JP3890946B2 - ハイブリッド車用電源回路の安全装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド車（ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）用電源回路の安全装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハイブリッド車は、例えば、化石燃料によりエンジンを回転し、そのエネルギーを電気に変換し、その電気エネルギーを走行用モータに供給することにより車両を駆動するシステムを有している。このため、直流を交流に変換するインバータとバッテリ、インバータとモータとの間には電源用ケーブルが接続されている。電源用ケーブルには車両の各種機器と接続するための専用コネクタが取り付けられている。
【０００３】
例えば、モータの電力供給のために用いられる電源ケーブルは、２５ｋＷのモータに使用する場合、バッテリ電圧４２Ｖで最大６００Ａの電流供給が必要となるため、電力ケーブルのみならず電源ケーブル用コネクタもその電流に耐えうるものが使用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の電源ケーブル用コネクタによると、電源ケーブルに大電流が流れるために、電源ケーブル用コネクタが接続機器から外れた場合には、火花が発生して、接続機器の焼損、人体の火傷、火災などの災害が発生するという問題がある。
【０００５】
従って、本発明の目的は、電源ケーブル用コネクタが接続機器から外れた場合であっても、接続機器や人体に損傷を与えず、また、火災などの災害の発生を防止したハイブリッド車用電源回路の安全装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために、電源から電源コネクタ付き電源ケーブルを介して電力機器へ電力を供給するハイブリッド車用電源回路の安全装置において、シールド線を有する電源ケーブルと、絶縁性ハウジングと該絶縁性ハウジング内の前記シールド線と接続されたシールドリングと電極とを有する電源コネクタと、前記電極と接続されたリード線と、電力機器への電力を遮断する遮断回路と、前記シールド線および前記リード線と接続され、前記シールドリングおよび前記シールド線と前記電極間の静電容量を測定する静電容量測定回路と、前記静電容量測定回路で測定した静電容量の変化を検出して前記遮断回路に電力を遮断させる制御回路と、を備えたことを特徴とするハイブリッド車用電源回路の安全装置を提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明によるハイブリッド車用電源回路の安全装置についての実施の形態を説明する。
【０００９】
図１は、本発明による電源ケーブル用コネクタを示し、電源ケーブルと接続された雌と他の接続機器に接続される雄を示す図である。
【００１０】
電源コネクタ１０は、絶縁性ハウジング３を外装とし、絶縁性ハウジング３の中には、電源ケーブル４の導体４０、導体４０と接続されて機器側（バッテリ、インバータ、モータなど）の接続導体と接続するためのソケットコンタクト３３、リード線２に接続された電極１などが収納されている。
【００１１】
絶縁性ハウジング３は、電源ケーブル４側が小径、他の接続機器側が大径に形成されている。絶縁性ハウジングの小径側３ｂの内側に、電源ケーブル４の固定、防塵などのためのワイヤスペーサ３１、ラバープラグ３２が取り付けられている。絶縁性ハウジング３の大径側３ａには、接続機器側のピンコンタクト７の先端のピン部７１と導体４０とを接続するための円筒状の穴があけられたソケットコンタクト３３を有している。
【００１２】
ソケットコンタクト３３の外周のソケットケース３４の外周は、シールドリング３５によりシールドされている。従って、ソケットコンタクト３３をシールドすることとなる。このシールドリング３５は、電源ケーブル４のシールド線４３と接続している。
【００１３】
ピンコンタクト７の先端のピン部７１の周囲には、ピン部７１を保護するとともに、ソケットケース３４とシールリング３６を介して嵌合し、防塵などの役目を果たすカバー７２が設けられている。
【００１４】
また、絶縁性ハウジング３の大径側３ａの上部は、キャップハウジング３７として下部より大径となっている。これは、ピンコンタクト７のカバー７２と嵌合したときに、両者の回転を防止するためである。カバー７２と連続するピンコンタクトの外周７３は、ねじ切りされ、図示しないナットによりピンコンタクト７をパネルなどに固定する。なお、絶縁性ハウジング３の大径側３ａは、小径側３ｂ方向にスライドでき、ピン部を含むピンコンタクト７との係合を確実にするとともに、着脱も容易にできるようになっている。
【００１５】
絶縁性ハウジング３は、ポリフェニレンサルファイド、ポリブチレンテレフタレート、架橋ポリエチレンなどにより作製する。
【００１６】
電極１は、所定の表面積を有する導電性材料により作製され、外被を絶縁性材料で被覆したリード線２が取り付けられている。リード線２は、他端が静電容量の変化を検出する変換器に接続される。リード線２は、電源ケーブル４の表面又はシース内に配置されて静電容量の測定・電源制御回路が取り付けられている場所まで延長される。
【００１７】
電源ケーブル４の導体４０は、後述する電源遮断回路に接続され、シールド線４３は、接地される。このことから、ソケットコンタクト３３及び電源ケーブル４の導体４０をシールドするシールドリング３５およびシールド線４３と電極１との間でコンデンサを形成することとなる。
【００１８】
なお、Ｌは、後述する引抜き長さであり、ソケットコンタクト３３からピン部７１がどのくらい引抜かれているかを示す長さである。
【００１９】
図２及び図３は、リード線２の引き回しの説明図である。図２（ａ）は、リード線２が電源ケーブル４のシース４２内に配置される例を示し、図２（ｂ）は、電源ケーブル４の断面図を示す。符号４１は、導体４０とシールド線４３の間の絶縁体、１ａは、電極１とリード線２との接点部である。図３（ａ）は、リード線２が電源ケーブル４の表面に配置される例を示し、図３（ｂ）は、リード線２を含む電源ケーブル４の断面図を示す。
【００２０】
上記の電源コネクタ１０は、接続される機器側のピンコネクト７の先端のピン部７１がソケットコンタクト３３に挿入されることによって、他の機器と接続される。
【００２１】
図４は、静電容量の測定・電源制御回路５０の一例を示す図である。静電容量の測定・電源制御回路５０は、電源ケーブル４のシールド線４３、すなわち、シールド線４３に接続されたシールドリング３５と絶縁性ハウジング３内に設けられた電極１との間に発振器５１により高周波電圧を印加し、変換器５２によりシールドリング３５と電極１との間の電流を所定時間ごとに測定し、得られた電流値から静電容量を算出する。算出された静電容量Ｃが変化した場合、その変化を検出回路５４で検出して、一定以上の変化があれば、電流遮断回路５５により電源ケーブル４を経由する各種機器への通電を遮断する。高周波電圧の使用周波数は、１ｋＨｚから１ＭＨｚ程度である。変換器５２は、抵抗ユニット又は巻き線を利用したインダクタンスユニットである。
【００２２】
ここで、静電容量Ｃは、
（ε：誘電率、Ｓ：電極面積、ｄ：導体と電極との厚さ）
で定まり、高周波電圧を一定とすると、検出電流Ｉは、
【００２３】
Ｉ＝ωＣＶ （ω:２πｆ、Ｃ：静電容量、Ｖ：高周波電圧、ｆ：周波数）
で表わされ、ωとＶが一定であることから、変換器５２により電流Ｉの変化を測定することで、静電容量を知ることができる。また、電流が変化することが測定できれば、静電容量の変化を知ることができる。更に、誘電率が変化すれば、静電容量も変化することがわかる。
【００２４】
すなわち、電極１に近接するピンコンタクト７のピン部７１がソケットコンタクト３３と完全に嵌合しているときは、一定の静電容量であるが、ピン部７１がソケットコンタクト３３に不十分な嵌合をしているときには、ピン部７１とソケットコンタクト３３の位置関係が完全に嵌合している場合と異なるため、ピン部７１の位置により静電容量が変化する。そこで、変換器５２により電流を測定し、得られた電流値から静電容量を算出する。得られた静電容量を検出回路５４で検出し、所定値以下になれば、ソケットコンタクト３３からピン部７１が抜けたかあるいは抜けかかっていると判断し、電源遮断回路５５に電源ケーブル４の通電を遮断する信号を送り、電源遮断回路５５において、電源ケーブル４とバッテリなどとの間の通電を遮断する。
【００２５】
図５は、ピンコンタクトの先端のピン部７１がソケットコンタクト３３からどれくらい抜けたかによって、静電容量がどのように変化するかを示す図である。図５（ａ）は、電源ケーブル４のシールド線４３と電極１に取り付けられたリード線２との間に静電容量計９を取り付けて、静電容量を測定する場合の説明図である。引抜き長さＬは、ピンコンタクトのピン部がソケットコンタクトからどのくらい抜けたかを意味する。図５（ｂ）は、静電容量と引抜き長さとの関係を示す図である。縦軸に静電容量（ｐＦ）、横軸にピン部の引抜き長さ（ｍｍ）をとると、静電容量は、引抜き長さに対し直線的に変化することが認められる。
【００２６】
従って、電極と電源ケーブルのシールド線との間の静電容量を測定し、静電容量が一定値以下になれば電源ケーブルへの通電を遮断することで、電源コネクタが接続機器の接続導体から外れることによる火花の発生を防止でき、機器や人体への損傷、火災などの災害の発生をなくすことができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による電源ケーブルによれば、電源コネクタが接続機器の接続導体から外れた場合や外れるおそれがあるときに電源ケーブルへの通電を遮断することとしたため、電源コネクタが接続機器の接続導体から外れたときに火花が発生しないので、接続機器や人体に損傷を与えず、また、火災などの災害の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による電源ケーブル用コネクタを他の機器の接続金具と接続した状態を示す図である。
【図２】 リード線をシース内に配置した図である。
【図３】 リード線をシース表面に配置した図である。
【図４】 静電容量の測定・電源制御回路の一例を示す図である。
【図５】 静電容量とピン部の引抜き長さの関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 電極
２ リード線
３ 絶縁性ハウジング
３ａ 大径側
３ｂ 小径側
４ 電源ケーブル
７ ピンコンタクト
９ 静電容量計
１０ 電源コネクタ
３１ ワイヤスペーサ
３２ ラバープラグ
３３ ソケットコンタクト
３４ ソケットケース
３５ シールドリング
３６ シールリング
３７ キャップハウジング
４０ 導体
４１ 絶縁体
４２ シース
４３ シールド線
５０ 静電容量の測定・電源制御回路
５１ 発振器
５２ 変換器
５４ 検出回路
５５ 電源遮断回路
７１ ピン部
７２ カバー
７３ ピンコンタクトの外周
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド車（ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）用電源回路の安全装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハイブリッド車は、例えば、化石燃料によりエンジンを回転し、そのエネルギーを電気に変換し、その電気エネルギーを走行用モータに供給することにより車両を駆動するシステムを有している。このため、直流を交流に変換するインバータとバッテリ、インバータとモータとの間には電源用ケーブルが接続されている。電源用ケーブルには車両の各種機器と接続するための専用コネクタが取り付けられている。
【０００３】
例えば、モータの電力供給のために用いられる電源ケーブルは、２５ｋＷのモータに使用する場合、バッテリ電圧４２Ｖで最大６００Ａの電流供給が必要となるため、電力ケーブルのみならず電源ケーブル用コネクタもその電流に耐えうるものが使用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の電源ケーブル用コネクタによると、電源ケーブルに大電流が流れるために、電源ケーブル用コネクタが接続機器から外れた場合には、火花が発生して、接続機器の焼損、人体の火傷、火災などの災害が発生するという問題がある。
【０００５】
従って、本発明の目的は、電源ケーブル用コネクタが接続機器から外れた場合であっても、接続機器や人体に損傷を与えず、また、火災などの災害の発生を防止したハイブリッド車用電源回路の安全装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために、電源から電源コネクタ付き電源ケーブルを介して電力機器へ電力を供給するハイブリッド車用電源回路の安全装置において、シールド線を有する電源ケーブルと、絶縁性ハウジングと該絶縁性ハウジング内の前記シールド線と接続されたシールドリングと電極とを有する電源コネクタと、前記電極と接続されたリード線と、電力機器への電力を遮断する遮断回路と、前記シールド線および前記リード線と接続され、前記シールドリングおよび前記シールド線と前記電極間の静電容量を測定する静電容量測定回路と、前記静電容量測定回路で測定した静電容量の変化を検出して前記遮断回路に電力を遮断させる制御回路と、を備えたことを特徴とするハイブリッド車用電源回路の安全装置を提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明によるハイブリッド車用電源回路の安全装置についての実施の形態を説明する。
【０００９】
図１は、本発明による電源ケーブル用コネクタを示し、電源ケーブルと接続された雌と他の接続機器に接続される雄を示す図である。
【００１０】
電源コネクタ１０は、絶縁性ハウジング３を外装とし、絶縁性ハウジング３の中には、電源ケーブル４の導体４０、導体４０と接続されて機器側（バッテリ、インバータ、モータなど）の接続導体と接続するためのソケットコンタクト３３、リード線２に接続された電極１などが収納されている。
【００１１】
絶縁性ハウジング３は、電源ケーブル４側が小径、他の接続機器側が大径に形成されている。絶縁性ハウジングの小径側３ｂの内側に、電源ケーブル４の固定、防塵などのためのワイヤスペーサ３１、ラバープラグ３２が取り付けられている。絶縁性ハウジング３の大径側３ａには、接続機器側のピンコンタクト７の先端のピン部７１と導体４０とを接続するための円筒状の穴があけられたソケットコンタクト３３を有している。
【００１２】
ソケットコンタクト３３の外周のソケットケース３４の外周は、シールドリング３５によりシールドされている。従って、ソケットコンタクト３３をシールドすることとなる。このシールドリング３５は、電源ケーブル４のシールド線４３と接続している。
【００１３】
ピンコンタクト７の先端のピン部７１の周囲には、ピン部７１を保護するとともに、ソケットケース３４とシールリング３６を介して嵌合し、防塵などの役目を果たすカバー７２が設けられている。
【００１４】
また、絶縁性ハウジング３の大径側３ａの上部は、キャップハウジング３７として下部より大径となっている。これは、ピンコンタクト７のカバー７２と嵌合したときに、両者の回転を防止するためである。カバー７２と連続するピンコンタクトの外周７３は、ねじ切りされ、図示しないナットによりピンコンタクト７をパネルなどに固定する。なお、絶縁性ハウジング３の大径側３ａは、小径側３ｂ方向にスライドでき、ピン部を含むピンコンタクト７との係合を確実にするとともに、着脱も容易にできるようになっている。
【００１５】
絶縁性ハウジング３は、ポリフェニレンサルファイド、ポリブチレンテレフタレート、架橋ポリエチレンなどにより作製する。
【００１６】
電極１は、所定の表面積を有する導電性材料により作製され、外被を絶縁性材料で被覆したリード線２が取り付けられている。リード線２は、他端が静電容量の変化を検出する変換器に接続される。リード線２は、電源ケーブル４の表面又はシース内に配置されて静電容量の測定・電源制御回路が取り付けられている場所まで延長される。
【００１７】
電源ケーブル４の導体４０は、後述する電源遮断回路に接続され、シールド線４３は、接地される。このことから、ソケットコンタクト３３及び電源ケーブル４の導体４０をシールドするシールドリング３５およびシールド線４３と電極１との間でコンデンサを形成することとなる。
【００１８】
なお、Ｌは、後述する引抜き長さであり、ソケットコンタクト３３からピン部７１がどのくらい引抜かれているかを示す長さである。
【００１９】
図２及び図３は、リード線２の引き回しの説明図である。図２（ａ）は、リード線２が電源ケーブル４のシース４２内に配置される例を示し、図２（ｂ）は、電源ケーブル４の断面図を示す。符号４１は、導体４０とシールド線４３の間の絶縁体、１ａは、電極１とリード線２との接点部である。図３（ａ）は、リード線２が電源ケーブル４の表面に配置される例を示し、図３（ｂ）は、リード線２を含む電源ケーブル４の断面図を示す。
【００２０】
上記の電源コネクタ１０は、接続される機器側のピンコネクト７の先端のピン部７１がソケットコンタクト３３に挿入されることによって、他の機器と接続される。
【００２１】
図４は、静電容量の測定・電源制御回路５０の一例を示す図である。静電容量の測定・電源制御回路５０は、電源ケーブル４のシールド線４３、すなわち、シールド線４３に接続されたシールドリング３５と絶縁性ハウジング３内に設けられた電極１との間に発振器５１により高周波電圧を印加し、変換器５２によりシールドリング３５と電極１との間の電流を所定時間ごとに測定し、得られた電流値から静電容量を算出する。算出された静電容量Ｃが変化した場合、その変化を検出回路５４で検出して、一定以上の変化があれば、電流遮断回路５５により電源ケーブル４を経由する各種機器への通電を遮断する。高周波電圧の使用周波数は、１ｋＨｚから１ＭＨｚ程度である。変換器５２は、抵抗ユニット又は巻き線を利用したインダクタンスユニットである。
【００２２】
ここで、静電容量Ｃは、
（ε：誘電率、Ｓ：電極面積、ｄ：導体と電極との厚さ）
で定まり、高周波電圧を一定とすると、検出電流Ｉは、
【００２３】
Ｉ＝ωＣＶ （ω:２πｆ、Ｃ：静電容量、Ｖ：高周波電圧、ｆ：周波数）
で表わされ、ωとＶが一定であることから、変換器５２により電流Ｉの変化を測定することで、静電容量を知ることができる。また、電流が変化することが測定できれば、静電容量の変化を知ることができる。更に、誘電率が変化すれば、静電容量も変化することがわかる。
【００２４】
すなわち、電極１に近接するピンコンタクト７のピン部７１がソケットコンタクト３３と完全に嵌合しているときは、一定の静電容量であるが、ピン部７１がソケットコンタクト３３に不十分な嵌合をしているときには、ピン部７１とソケットコンタクト３３の位置関係が完全に嵌合している場合と異なるため、ピン部７１の位置により静電容量が変化する。そこで、変換器５２により電流を測定し、得られた電流値から静電容量を算出する。得られた静電容量を検出回路５４で検出し、所定値以下になれば、ソケットコンタクト３３からピン部７１が抜けたかあるいは抜けかかっていると判断し、電源遮断回路５５に電源ケーブル４の通電を遮断する信号を送り、電源遮断回路５５において、電源ケーブル４とバッテリなどとの間の通電を遮断する。
【００２５】
図５は、ピンコンタクトの先端のピン部７１がソケットコンタクト３３からどれくらい抜けたかによって、静電容量がどのように変化するかを示す図である。図５（ａ）は、電源ケーブル４のシールド線４３と電極１に取り付けられたリード線２との間に静電容量計９を取り付けて、静電容量を測定する場合の説明図である。引抜き長さＬは、ピンコンタクトのピン部がソケットコンタクトからどのくらい抜けたかを意味する。図５（ｂ）は、静電容量と引抜き長さとの関係を示す図である。縦軸に静電容量（ｐＦ）、横軸にピン部の引抜き長さ（ｍｍ）をとると、静電容量は、引抜き長さに対し直線的に変化することが認められる。
【００２６】
従って、電極と電源ケーブルのシールド線との間の静電容量を測定し、静電容量が一定値以下になれば電源ケーブルへの通電を遮断することで、電源コネクタが接続機器の接続導体から外れることによる火花の発生を防止でき、機器や人体への損傷、火災などの災害の発生をなくすことができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による電源ケーブルによれば、電源コネクタが接続機器の接続導体から外れた場合や外れるおそれがあるときに電源ケーブルへの通電を遮断することとしたため、電源コネクタが接続機器の接続導体から外れたときに火花が発生しないので、接続機器や人体に損傷を与えず、また、火災などの災害の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による電源ケーブル用コネクタを他の機器の接続金具と接続した状態を示す図である。
【図２】 リード線をシース内に配置した図である。
【図３】 リード線をシース表面に配置した図である。
【図４】 静電容量の測定・電源制御回路の一例を示す図である。
【図５】 静電容量とピン部の引抜き長さの関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 電極
２ リード線
３ 絶縁性ハウジング
３ａ 大径側
３ｂ 小径側
４ 電源ケーブル
７ ピンコンタクト
９ 静電容量計
１０ 電源コネクタ
３１ ワイヤスペーサ
３２ ラバープラグ
３３ ソケットコンタクト
３４ ソケットケース
３５ シールドリング
３６ シールリング
３７ キャップハウジング
４０ 導体
４１ 絶縁体
４２ シース
４３ シールド線
５０ 静電容量の測定・電源制御回路
５１ 発振器
５２ 変換器
５４ 検出回路
５５ 電源遮断回路
７１ ピン部
７２ カバー
７３ ピンコンタクトの外周
Claims (1)
- 電源から電源コネクタ付き電源ケーブルを介して電力機器へ電力を供給するハイブリッド車用電源回路の安全装置において、
シールド線を有する電源ケーブルと、
絶縁性ハウジングと該絶縁性ハウジング内の前記シールド線と接続されたシールドリングと電極とを有する電源コネクタと、
前記電極と接続されたリード線と、
電力機器への電力を遮断する遮断回路と、
前記シールド線および前記リード線と接続され、前記シールドリングおよび前記シールド線と前記電極間の静電容量を測定する静電容量測定回路と、
前記静電容量測定回路で測定した静電容量の変化を検出して前記遮断回路に電力を遮断させる制御回路と、
を備えたことを特徴とするハイブリッド車用電源回路の安全装置。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001315653A JP3890946B2 (ja) | 2001-10-12 | 2001-10-12 | ハイブリッド車用電源回路の安全装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003125531A JP2003125531A (ja) | 2003-04-25 |
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2001
- 2001-10-12 JP JP2001315653A patent/JP3890946B2/ja not_active Expired - Fee Related
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