JP4270849B2

JP4270849B2 - 電源遮断装置

Info

Publication number: JP4270849B2
Application number: JP2002337868A
Authority: JP
Inventors: 勉幸田; 清嗣大庭; 健長谷川; 信正見崎
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2002-11-21
Filing date: 2002-11-21
Publication date: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2022-11-21
Also published as: JP2004171987A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電源と負荷との間に配置され電源と負荷との間の電力の供給と遮断とを切り替える電源遮断装置に関し、更に詳しくは、負荷と並列に接続されたコンデンサの電荷を放電するための放電回路を備えた電源遮断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車用機器の多電子化に伴い、自動車用、特に高級乗用車用バッテリは１４ボルト（Ｖ）のものに代えて４２ボルトのものが主流になりつつある。このような高電圧化に伴い、バッテリと負荷としての自動車用機器との間には、電源遮断装置が搭載されている。
【０００３】
こうした電源遮断装置では、電源側接点部と負荷側接点部との間にプラグを装着したり離脱させたりすることにより、電源の供給と遮断とを切り替えている。
しかし、この装着及び離脱の操作のとき、接点部とプラグとの間にアーク放電が発生し、そのエネルギーによりプラグや接点部を損傷することがあった。
【０００４】
そこで、コンデンサと放電回路を設けることによりこうした問題を解決するようにした電源遮断装置も、例えば非特許文献１により知られている。図８は、この非特許文献１に開示された電源遮断装置を示している。この電源遮断装置１´は、図８に示すように、負荷５を駆動するインバータ４と並列にコンデンサＣを接続するとともに、このコンデンサＣに蓄積した電荷を放電する放電回路を抵抗Ｒ２により構成し、電源遮断動作時にはリレー１０３を閉じることによりこの放電回路を閉ループとしてコンデンサＣの電荷を放電する。
【０００５】
一方、電源接続動作時には、最初にリレー１０３を開いて放電回路を開ループとし、さらにリレー１０２を閉じることにより、抵抗Ｒ１を介してバッテリ２の電圧をヒューズ６を介してコンデンサＣに印加することによりコンデンサＣを充電する。コンデンサＣの充電完了後にリレー１０１を閉じてバッテリ２を直接負荷４に印加する。リレー１０１−１０３の開閉動作のタイミングは、コンデンサの時定数等を考慮して、タイマ１０４により制御される。
【０００６】
【非特許文献１】
トヨタ・プリウスの取扱説明書
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この非特許文献１に開示された電源遮断装置では、リレーが少なくとも３つ必要となるとともに、これらを制御するタイマが必要となる。電源の接続、遮断という動作だけのためにこうした機構を設けることは、装置の大型化を招く上、不経済でもある。
本発明は、この点に鑑み、電源の接続、遮断のための構成を簡素化し、省スペースで操作も簡単なものとした電源遮断装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的達成のため、本発明に係る電源遮断装置は、電源と負荷との間に接続されるように構成され、前記電源と前記負荷との間を、電力の供給状態と、電力供給を遮断する遮断状態と、前記遮断状態から前記供給状態に移行する間に前記負荷と並列に接続されたコンデンサに対して充電を行う充電状態との間で切り替え可能に構成された電源遮断装置において、前記コンデンサに対する充放電経路を形成する抵抗と、この抵抗を介して前記負荷に接続される充電用電極と、前記遮断状態時に前記充電用電極と接触し前記コンデンサに蓄積された電荷の放電回路を形成する放電用電極と、前記電源の正極側に接続されるメイン電極と、前記負荷と接続された供給用電極と、前記メイン電極、前記放電用電極、前記充電用電極及び前記供給用電極の間に挿入することにより前記遮断状態と前記充電状態との間又は前記充電状態と前記供給状態との間の切替を実行するように構成され、前記充電状態では、前記充電用電極と前記放電用電極とを電気的に離隔すると共に前記メイン電極と前記充電用電極とを導通状態に切替え、前記供給状態では、前記メイン電極と前記供給用電極とを導通状態とする切替部材とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、切替部材により、遮断状態と充電状態との間の切替動作、又は充電状態と供給状態との間の切替動作が行われる。前者の切替動作により放電回路が開ループとされるとともにコンデンサへの充電及び負荷への電力の供給が開始される。後者の切替動作が、コンデンサの充電完了後に行われることにより、後者の切替動作時におけるアーク放電を無くすか又は非常に少なくことができる。また、切替部材により、非特許文献１に開示されるようなリレー、タイマが不要となる。また、抵抗が充放電経路を形成することにより、回路が簡素化されている。
【００１０】
本発明において、前記切替部材は、前記放電用電極と前記充電用電極との間に挿入されるように構成された絶縁部材と、前記メイン電極と前記充電用電極又は前記供給電極との間に挿入され得る導電部材とを備え、前記遮断状態と前記充電状態へとの間の切替動作は、前記絶縁部材を前記放電用電極と前記充電用電極との間に挿脱する動作と、前記導電部材を前記充電用電極と前記メイン電極との間に挿脱する動作とにより実行され、前記充電状態と前記供給状態との間の切替動作は、前記供給用電極と前記メイン電極との間に前記導電部材を挿脱する動作により実行されるように構成することができる。この場合、前記絶縁部材と前記導電部材とは、共通の保持部材により保持されており、前記絶縁部材と前記導電部材のいずれか一方は、前記保持部材に対し相対的に移動可能に構成することができる。さらに、前記移動可能とされた部材を固定するための固定部材を備えることもできる。また、前記抵抗は、１つの抵抗を充電回路と放電回路とで兼用したものとすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
図１及び図２は、本発明の実施の形態に係る電源遮断装置１の構造を示す斜視図である。
図１に示すように、本実施の形態に係る電源遮断装置１は、サービスプラグ１０と、ケース２０と、電極部カバー５０とを備えている。ケース２０は、アッパーケース３０とロウアーケース４０とからなる。
【００１２】
まず各部の概要を説明する。
サービスプラグ１０は、電源（バッテリ）と負荷との間の遮断状態、充電状態、充電状態とを切り替えるため、ケース２０に対し挿入されたりケース２０から離脱されたりするためのものである。この明細書において、遮断状態とは、電源からの電力が負荷に供給されておらず、放電回路が閉ループにされていることにより、負荷と並列に接続されたコンデンサの電荷が放電されている状態をいう。また、充電状態とは、放電回路が閉ループから開ループに変更されてコンデンサへの充電が開始されるとともに負荷への電力の供給がされている状態をいう。供給状態とはコンデンサの充電が完了し、電源からの電力が負荷に定常的に供給されている状態をいう。
アッパーケース３０とロウアーケース４０は、電源遮断装置１の構成部品を収納するものであり、凸嵌込部３１Ｌ、３１Ｒを、凹嵌込部４１Ｌ、４１Ｒに嵌めこむことができるようにされている。アッパーケース３０はサービスプラグ１０を挿入するためのスロット３２を備えている。
【００１３】
電極部カバー５０は、図２に示すように、ネジ５２，５３，５４がネジ孔４２，４３，４４にネジ止めされることにより、ロウアーケース４０に対し固定されるものであり、これにより、後述する電極４５−４８をカバーする。電極部カバー５０には切り欠き部５５が形成されており、ロウアーケース４０にネジ止めされたときギャップＧが形成されるようにされている。前述のスロット３２とこのギャップＧより、サービスプラグ１０がケース２０内部に進入するようにされている。
【００１４】
次に、サービスプラグ１０の構成の詳細について説明する。
サービスプラグ１０は、図３に示すように、プラグカバー１１、ブレード１２、放電用電極遮断部１３、ロックレバー１４、及びロック部１５を備えている。
ブレード１２は、導電性金属、例えばアルミニウムで構成され、ここではプラグカバー１１に固着されているものとする。ブレード１２は、ケース２０に挿入する場合の位置決めのための凸部１２ａ，１２ｂを備えている。
【００１５】
放電用電極遮断部１３は、後述する放電用電極４５と充電用電極４６とを電気的に遮断するためのものであり、プラスチックなどの絶縁物質により構成される。放電用電極遮断部１３は、図示しないスライド機構により図３（ｂ）に示すように左右方向にスライド可能に構成されているとともに、図示しないバネにより、ブレード１２方向に付勢されている。
【００１６】
ロックレバー１４は、サービスプラグ１０がケース２０に挿入された後、図２及び図３（ｂ）に示す矢印Ａ方向に移動させる場合に操作するものである。ロックレバー１４の図中右側部分を押すことにより、図示しない爪のロックが外れ、これによりサービスプラグ１０は矢印Ａ方向に移動可能になる。逆に、ロックレバー１４の図中左側部分を押すことにより、図示しない爪のロックが外れ、これによりサービスプラグ１０は矢印Ａ方向と反対方向に移動可能になる。
ロック部１５は、サービスプラグ１０をケース２０に挿入し矢印Ａ方向に移動させた後、放電用電極遮断部１３を固定するためのものである。ロック部１５は、回転軸を中心にして回転可能に構成されている。突起部１５ａを図の矢印Ｂ方向に持ち上げると、図３（ｃ）に示すように反対側の突起部１５ｂがプラグカバー１１の内部に進入するとともに、図示しない係止機構によりロック部１５の回転が抑止される。この突起部１５ｂが放電用電極遮断部１３に当たることにより、放電用電極遮断部１３が固定される。
【００１７】
次に、ロウアーケース４０に設置される各種部材について説明する。図２に示すように、電極部カバー５０よりカバーされるロウアーケース４０の部分には、放電用電極４５、充電用電極４６，供給用電極４７，メイン電極４８とが配置されている。これら電極は、バッテリ、充放電回路、負荷及びコンデンサを接続するためのものであり（接続関係は後述する）、前述のように、サービスプラグ１０によりその接続状態を変化させられる。
【００１８】
放電用電極４５は、図２に示すように、サービスプラグ１０がケース２０に挿入される前の状態においては、充電用電極４６の接触部４６ａに接触している。放電用電極４５と接触部４６ａとは板バネ状に形成され、互いの方向に向かう弾性力を付与されている。このため、サービスプラグ１０がケース２０に挿入される前の状態においては、両者は離れることなく接触状態が保たれる。
供給用電極４７は、サービスプラグ１０がケース２０に挿入された後、矢印Ａ方向に移動されたときにおいて、前述のブレード１２の表側の面と接触するような位置に配置されている。
なお、絶縁材料で構成される基台Ｂには、上述のサービスプラグ１０の凸部１２ａ，１２ｂとの関係において、サービスプラグ１０の位置決めを行うための位置決め用レール４９が形成されている。
【００１９】
次に、各電極４５−４８と充放電回路、バッテリ２、コンデンサ３、インバータ４、負荷５及びサービスプラグ１０との接続関係を図４を用いて説明する。
図４に示すように、放電用電極４５は、バッテリ２の負極（−極）側に接続されている。また、充電用電極４６は、充放電回路を構成する抵抗Ｒの一端と接続されている。抵抗Ｒの他端は、負荷５と並列に接続されたコンデンサ３と接続されている。
一方、メイン電極４８は、バッテリ２の正極（＋極）側に接続されている。また、供給用電極４７は、コンデンサ３の正極側である接点Ｏ１に接続されている。
【００２０】
次に、この電源遮断装置によるバッテリ２と負荷５の接続及び遮断の動作を、図５乃至７に基づいて説明する。図５乃至図７は、サービスプラグ１０と、このサービスプラグ１０により接続関係を切り替えられる各電極４５−４８を拡大して表示したものである。
図５は、サービスプラグ１０がケース２０内に挿入される前の状態を示している。このとき、放電用電極４５と、充電用電極４６の接触部４６ａとは、両者が有する弾性力により接触状態が保たれている。
図６は、凸部１２ａ，１２ｂを、それぞれ位置決め用レール４９に沿わせてサービスプラグ１０をケース２０内に挿入させた状態を示している。
サービスプラグ１０の挿入により、放電用電極遮断部１３の壁面が放電用電極４５と接触部４６ａとの間に挿入される。これにより、接触部４６ａは、それ自体が有する弾性力に抗して図中の矢印方向に移動し、放電用電極４５と離隔され、放電回路の開ループ化が完了する。また、ブレード１２が充電用電極４６とメイン電極４８との間に挿入されることにより、正極側（＋）から見てバッテリ２、メイン電極４８、ブレード１２、充電用電極４６の順で電気的な接触が得られ、これにより抵抗Ｒにバッテリ２の電圧がヒューズ６を介して供給され、コンデンサ３への充電が開始される。この図６に示す状態では、供給用電極４７は未だブレード１２とは接触していない。このため、コンデンサ３へダイレクトにバッテリ２の電圧が印加されることはない。
【００２１】
図７は、ロックレバー１４を操作して、サービスプラグ１０を図２に示す矢印Ａ方向に移動させ、これによりバッテリ２の電圧が直接コンデンサ３やインバータ４に印加されている場合の状態を示している。すなわち、供給用電極４７とブレード１２とメイン電極４８とが電気的に接触した状態を示している。
ロックレバー１４の右側を押すと、サービスプラグ１０とケース２０との間のロック機構（図示せず）が解除され、サービスプラグ１０を矢印Ａ方向に移動させることが可能となる。この移動により、ブレード１２が供給用電極４７とメイン電極４８との間に挿入される。すなわち、バッテリ２の電圧が直接コンデンサ３およびインバータ４に供給されるようになる。
【００２２】
ブレード１２の供給用電極４７への接触は、アーク放電を防止するため、コンデンサ３の充電が十分に進んだ後としなければならない。しかし、本実施の形態では、
(1)図６に示す状態となるようにサービスプラグ１０をケース２０内に挿入する動作、及び
(2)図７に示す状態となるようにサービスプラグ１０を矢印Ａ（図２）方向に移動させる動作
の２つの動作を段階的に実行させるようにしている。(2)の動作を行うには、ロックレバー１４の操作を必要としているので、時間を稼ぐことができ、この時間の間にコンデンサ３の充電が完了するから、アーク放電が防止される。
最後に、ロック部１５を操作し、放電用電極遮断部１３がバネ力によりブレード１２の方向に戻ることを防止して、バッテリ２の接続動作が完了する。バッテリ２を遮断するときは、ロック部１５のロックを外し、ロックレバー１４の左側を押してサービスプラグを矢印Ａと反対方向に移動限界まで移動させ、ケース２０から引き抜くことにより、遮断動作が完了する。
【００２３】
以上、発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上記実施の形態では、放電用電極遮断部１３をプラグカバー１１に対しスライド可能としていたが、ブレード１２の方をプラグカバー１１に対しスライド可能に構成することも可能である。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電源の接続、遮断のための構成が簡素化され、省スペースで操作も簡単な電源遮断装置が得られるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る電源遮断装置を備えたメインヒューズ電源遮断装置１の構造を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る電源遮断装置を備えたメインヒューズ電源遮断装置１の構造を示す斜視図である。
【図３】サービスプラグ１０の構造及び機能を示す。
【図４】各電極４５−４８と充放電回路、バッテリ２、コンデンサ３、インバータ４、負荷５及びサービスプラグ２０との接続関係を説明する。
【図５】電源遮断装置によるバッテリ２と負荷５の接続及び遮断の動作を説明している。
【図６】電源遮断装置によるバッテリ２と負荷５の接続及び遮断の動作を説明している。
【図７】電源遮断装置によるバッテリ２と負荷５の接続及び遮断の動作を説明している。
【図８】従来技術に係る電源遮断装置を示す。
【符号の説明】
１，１´…電源遮断装置、２…バッテリ、３…コンデンサ、４…インバータ、５…負荷、６…ヒューズ、１０…サービスプラグ、２０…ケース、３０…アッパーケース、４０…ロウアーケース、５０…電極部カバー、１１…プラグカバー、１２…ブレード、１３…放電用電極遮断部、１４…ロックレバー、１５…ロック部、３１Ｌ，３１Ｒ，４１Ｌ，４１Ｒ…係止部、４２，４３，４４…ネジ孔、４５…放電用電極、４６…充電用電極、４７…供給用電極、４８…メイン電極、４９…位置決め用レール、５２，５３，５４…ネジ

Claims

電源と負荷との間に接続されるように構成され、前記電源と前記負荷との間を、電力の供給状態と、電力供給を遮断する遮断状態と、前記遮断状態から前記供給状態に移行する間に前記負荷と並列に接続されたコンデンサに対して充電を行う充電状態との間で切り替え可能に構成された電源遮断装置において、
前記コンデンサに対する充放電経路を形成する抵抗と、
この抵抗を介して前記負荷に接続される充電用電極と、
前記遮断状態時に前記充電用電極と接触し前記コンデンサに蓄積された電荷の放電回路を形成する放電用電極と、
前記電源の正極側に接続されるメイン電極と、
前記負荷と接続された供給用電極と、
前記メイン電極、前記放電用電極、前記充電用電極及び前記供給用電極の間に挿入することにより前記遮断状態と前記充電状態との間又は前記充電状態と前記供給状態との間の切替を実行するように構成され、前記充電状態では、前記充電用電極と前記放電用電極とを電気的に離隔すると共に前記メイン電極と前記充電用電極とを導通状態に切替え、前記供給状態では、前記メイン電極と前記供給用電極とを導通状態とする切替部材とを備えたことを特徴とする電源遮断装置。
前記切替部材は、前記放電用電極と前記充電用電極との間に挿入されるように構成された絶縁部材と、前記メイン電極と前記充電用電極又は前記供給電極との間に挿入され得る導電部材とを備え、
前記遮断状態と前記充電状態へとの間の切替動作は、前記絶縁部材を前記放電用電極と
前記充電用電極との間に挿脱する動作と、前記導電部材を前記充電用電極と前記メイン電極との間に挿脱する動作とにより実行され、
前記充電状態と前記供給状態との間の切替動作は、前記供給用電極と前記メイン電極と
の間に前記導電部材を挿脱する動作により実行されるように構成された請求項１に記載の電源遮断装置。
前記絶縁部材と前記導電部材とは、共通の保持部材により保持されており、前記絶縁部材と前記導電部材のいずれか一方は、前記保持部材に対し相対的に移動可能に構成された請求項２に記載の電源遮断装置。
前記移動可能とされた部材を固定するための固定部材を備えた請求項３に記載の電源遮断装置。
前記抵抗は、１つの抵抗を充電回路と放電回路とで兼用したものである請求項１に記載の電源遮断装置。
前記充電用電極、前記放電用電極、前記メイン電極、及び前記供給用電極が設置されるケースを備え、
前記切替部材は、前記充電用電極、前記メイン電極、及び前記供給用電極に対する前記導電部材の接続を切り替えるために移動可能に構成されると共に、その移動を制限するためのロック部材を備えた
ことを特徴とする請求項２記載の電源遮断装置。