JP5212132B2

JP5212132B2 - 車両用充電システム

Info

Publication number: JP5212132B2
Application number: JP2009008059A
Authority: JP
Inventors: 真士市川; 憲治板垣; 将佐々木; 遠齢洪; 健次村里; 篤志水谷; 幸宏山本; 平菊池; 義和片岡; 真吾家田; 博樹澤田; 良徳藤竹
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-01-16
Filing date: 2009-01-16
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2029-01-16
Also published as: JP2010165596A

Description

本発明は、車両用充電システムに係り、特に、ユーザが車両側充電口に充電コネクタを接続する作業を容易にする車両用充電システムに関する。

従来、バッテリ等の蓄電装置から電力供給を受けて走行用動力を出力するモータを動力源として備える電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両がある。そして、このような電動車両のうち、車両が自宅等で駐車されている間に蓄電装置の充電を可能にするために、電力コードを介して外部電源に接続される充電コネクタを接続する充電口を備えたものが知られている。

例えば、特許文献１には、車両側コネクタ（１）を構成する案内筒部（１１）内に充電器側コネクタ（２）を挿入して回転させることで、案内筒部（１１）の内周面の螺旋溝（１４）に係合した充電器側コネクタ（１）の係合突起（２２ａ，２２ｂ）が螺旋溝（１４）に沿って移動し、上記両コネクタ（１，２）が半嵌合状態から完全嵌合状態になり、この位置で保持機構（１６）が作動して充電器側コネクタ（２）が車両側コネクタ（１）に対して完全嵌合状態に固定されるよう構成された、電気自動車充電用コネクタが開示されている。

特開平７−２９６３９号公報

上記特許文献１の電気自動車充電用コネクタでは、車両側コネクタおよび充電器側コネクタの両方について形状および構造が複雑なものになるという不都合がある。

上記のように車両側給電口に充電コネクタを接続して蓄電装置の充電を行う電動車両では、規格の都合上、給電口および充電コネクタに応じてそれぞれ設けられる接続端子の配置や接続構造によって、充電口に対する充電コネクタの挿入および接続は所定の決められた位置関係でしか行うこができない。

ユーザが上記所定の位置関係で充電口に対して充電コネクタを正確に挿入できるよう、互いに凹凸嵌合するガイド部が充電口および充電コネクタにそれぞれ形成されることが多いが、その場合でも充電コネクタを正確に位置合わせして充電口に１回で挿入することは、慣れたユーザにとっても容易ではない。

特に、ユーザが給電口を直視できないような狭い場所に車両が止められている場合や、車両が暗い場所に駐車されている場合等には、給電口に対して充電コネクタを正確に位置合わせして挿入する作業がより困難なものになる。

本発明の目的は、充電口に対して充電コネクタを所定の位置関係で挿入する作業を容易に行える車両用充電システムを提供することにある。

本発明に係る車両用充電システムは、外部電源に接続される充電コネクタと、車両に設けられ前記充電コネクタが挿入される充電口と、充電コネクタの先端挿入部の周囲に配置され充電口側に向けて発光する複数の発光部と、充電口の周囲に上記発光部に対応して配置される複数の受光部と、受光部が受光した前記発光部からの光に基づいて充電口に対する充電コネクタの先端挿入部位置に関する情報を判定する充電コネクタ位置判定部と、コネクタ位置判定部によって判定された充電コネクタの先端挿入部位置に関する情報をユーザに報知する報知部と、を備える。

この構成によれば、充電コネクタの発光部からの光によって充電口が照明されることで、車両が暗所に止められている場合でも、ユーザは充電口に対して充電コネクタを正確に位置合わせして容易に挿入および接続することができる。また、ユーザが充電口を直視できない状況でも、ユーザは報知部から得られる情報を基に、手で持っている充電コネクタの向き等を補正することで、充電口への充電コネクタの挿入を容易に行うことができる。

本発明に係る車両用充電システムにおいて、報知部は、ユーザに対して充電コネクタの先端挿入部位置に関する情報を、視認可能に表示する表示部および音声で報知する音声発生部の少なくとも一方で構成されてもよい。

この構成によれば、ユーザは、表示部に表示される情報を見ながら、または、音声発生部からの音声を聞きながら得られる充電コネクタの先端挿入部位置に関する情報を基に、手で持っている充電コネクタの向き等を補正することで、充電口への充電コネクタの挿入を容易に行うことができ、特に、音声による報知は視覚に若干障害があるユーザにとって有益である。

また、本発明に係る車両用充電システムにおいて、表示部および音声発生部は、充電時以外のときに給電口を閉じる給電口扉によって隠れる位置に設置されることが好ましい。

この構成によれば、表示部や音声発生部が充電口扉によって隠れるため、車両の外観を乱すことがない。

さらに、本発明に係る車両用充電システムにおいて、充電コネクタの先端挿入部位置に関する情報は、ユーザに対して充電コネクタの先端挿入部の位置を補正するようガイドするガイド情報を含んでもよい。

この構成によれば、ユーザは報知部から得られるガイド情報を基に、手で持っている充電コネクタの先端挿入部の位置を補正することで、充電口への充電コネクタの挿入を容易に行うことができる。

本発明に係る車両用充電システムによれば、ユーザが電動車両の充電口に充電コネクタを挿入および接続する作業を容易に行うことができる。

本発明の一実施の形態である充電システムを構成する充電コネクタおよび充電口を示す図である。充電コネクタの先端挿入部の正面図である。充電口およびその周辺の正面図である。図１に示す充電システムを構成する受光部、充電コネクタ位置情報判定部、表示部およびスピーカを示すブロック図である。充電口に対する充電コネクタの先端挿入部の距離および垂直方向角度位置を説明するための図である。充電口に対する充電コネクタの先端挿入部の水平方向角度位置を説明するための図である。表示部における表示例を示す図である。充電コネクタの先端挿入部がひねり角度方向へずれた状態を説明するための図である。表示部における別の表示例を示す図である。

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。

図１は、本発明の１つの実施の形態である車両用充電システム（以下、適宜に「充電システム」とだけいう。）１０を構成する充電コネクタ１２および充電口１４を示す図、図２は充電コネクタ１２の先端挿入部１６の正面図、図３は充電口１４とその周辺部を示す正面図である。

充電システム１０は、蓄電装置からの電力供給を受けて駆動されるモータを走行用動力源として有する電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池等の各種の電動車両に適用可能である。

図１に示すように、充電コネクタ１２は、充電口１４に挿入される先端挿入部１６と、この先端挿入部１６の基端側に段部１８を形成して連結される本体部２０と、本体部２０に連結されるハンドル部２２とからなっている。

円柱状をなす先端挿入部１６には、その先端外周縁部であって径方向に対向する位置に、一対の係合突起２４が外側に向かって突設されている。また、先端挿入部１６の少し奥まった端面２５には、３種類の異なる大きさの複数の接続端子２５が配置されている。接続端子２５は、規格に適合した配置および接続構造に設定されており、電力供給用の電力端子と、それ以外の電気的接続用の端子とを含む。

充電コネクタ１２の本体部２０は、先端挿入部１６よりも大径の略円柱状をなし、先端挿入部１６との境界部に環状に形成される段部１８に複数の発光部２６が配置されている。発光部２６は、例えば白色ＬＥＤ等の発光素子またはランプによって好適に構成され、充電コネクタ１２の挿入時に充電口１４側に向かって光を照射するものである。

図２に示すように、本実施形態の充電コネクタ１２では、３つの発光部２６が設けられている。具体的には、充電コネクタ１２を手で持つユーザ側から見て、左上側発光部２６ａ、右上側発光部２６ｂおよび下側発光部２６ｃである。左上側発光部２６ａと右上側発光部２６ｂとは、先端挿入部１６の上側の係合突起２４に関して対称位置に配置されており、下側発光部２６ｃは先端挿入部１６の下側の係合突起２４に対応する位置に配置されている。さらに、各発光部２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、所定の照射角をもって光を照射するように設定されている。この照射角は、後述する受光部等との関係で最適に設定されるものである。

なお、本実施形態では、３つの発光部２６ａ，２６ｂ，２６ｃを設けているが、発光部の数は２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。

充電コネクタ１２のハンドル部２２は、ユーザが握り易いように丸みを帯びた横断面形状を有する枠体として形成されており、その下端部に電力コード２３の一端が接続されている。電力コード２３の他端は、図示しない外部電源、例えば家庭用の電気コンセント、商業施設に設置される充電装置本体等に接続されている。

上記のようにハンドル部２２に接続される電力コード２３は、ハンドル部２２、本体部２０および先端挿入部１６の各内部に設けた送電経路を介して、上記接続端子２５に電気的に接続されている。

図１を再び参照すると、充電口１４は、車両ボディ２８の前部、後部、または側部に凹状に設けられる充電口収容部３０の底部に固定されている。車両内において充電口１４に接続される電力コード３２は、いずれも図示しない電力変換器を介して蓄電装置（例えばニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池、化学反応を伴わないキャパシタ等）に電気的に接続されている。

図１，３に示すように、充電口１４は、外形が略円柱状をなし、充電コネクタ１２の先端挿入部１６が挿入される外筒部３４と、外筒部３４の開口端部から奥まって位置する底部３６とを有する。充電口１４の底部３６には、充電コネクタ１２の接続端子２５に対応して複数の接続端子（図示せず。）が配置されている。これらの接続端子のうち電力端子は、充電コネクタ１２の雌型の電力端子２５に対して、雄型の接続端子または接続ピンとして構成されている。だたし、これらの接続端子の雌雄関係は、逆であってもよい。

図３に示すように、充電口１４の外筒部３４の内面には、径方向に対向する位置に一対のガイド溝３９が軸方向に延伸して形成されている。これらのガイド溝３９内に充電コネクタ１２の係合突起２４が係合および挿入される位置関係において、充電口１４に対して充電コネクタ１２の先端挿入部１６を挿入することができ、この位置関係で充電コネクタ１２をしっかりと最奥部まで押し込むことで充電コネクタ１２を充電口１４に電気的に接続する作業が完了することになる。

充電口収容部３０の底部３８であって充電口１４の周囲には、複数の受光部４０が配置されている。受光部４０は、受光センサで構成され、充電コネクタ１２の発光部２６から照射される光を受けて光量または照度を検出する機能を有する。具体的には、上記受光部４０は、左上側受光部４０ａ、右上側受光部４０ｂおよび下側受光部４０ｃの３つからなり、充電コネクタ１２の発光部２６ａ，２６ｂ，２６ｃと対応する位置に、すなわち左上側受光部４０ａと右上側受光部４０ｂとは充電口１４の上側のガイド溝３９に関して対称位置に配置されており、下側受光部４０ｃは下側のガイド溝部３８に対応する位置に配置されている。

また、充電口収容部３０の底部３８には、スピーカ４２が設置されている。このスピーカ４２は、ユーザが充電口１４に充電コネクタ１２を挿入しようとするときに、充電口１４に対する充電コネクタ１２の先端挿入部１６の位置に関する情報を音声でユーザに報知する報知部の一部を構成する。

充電口収容部３０の開口縁部には、車両ボディ２８に対して回動可能にヒンジ連結された充電口扉３１が設けられている。充電口扉３１は、車両への充電時に開かれて充電口１４への充電コネクタ１２の挿入を可能とし、それ以外のときは閉じられていて図示しない電磁式または機械式のロック機構によってロックされている。

充電口収容部３０を閉じた状態にある充電口扉３１の内面には、例えば液晶ディスプレイ（ＬＥＤ）等からなる表示部４４が設置されている。表示部４４は、ユーザが充電口１４に充電コネクタ１２を挿入しようとするときに、充電口１４に対する充電コネクタ１２の先端挿入部１６の位置に関する情報を視認可能に表示してユーザに報知する報知部の一部を構成する。

上記充電口扉３１が閉じられているとき、上記スピーカ４２および表示部４４は充電口扉３１によって隠れる位置に設けられているため、車両の外観を乱すことがない。

図４に示すように、本実施形態の充電システム１０は、車両側に設けられる充電コネクタ位置情報判定部４６を含む。充電コネクタ位置情報判定部４６は、例えばＣＰＵやメモリ等を含んで構成され、車両制御用のＥＣＵ(Electronic Control Unit)の一部として構成されてもよい。

充電コネクタ１２が充電口１４に挿入されようとするとき、充電口１４の周囲の受光部４０ａ，４０ｂ，４０ｃが充電コネクタ１２の発光部２６ａ，２６ｂ，２６ｃから照射される光の受光量または照度を検出し、その検出結果が充電コネクタ位置情報判定部４６に入力される。その入力を受けて、充電コネクタ位置情報判定部４６は、充電口１４に対する充電コネクタ１２の先端挿入部１６の位置に関する情報（以下、「先端挿入部位置情報」という。）を判定する機能を有する。この先端挿入部位置情報は、例えば所定の係数や数式を用いた演算、メモリに記憶されたテーブルの参照、受光センサ上での受光領域の特定等によって得られる。

このようにして得られた先端挿入部位置情報に基づいて、表示部４４にはユーザに対して充電コネクタ１２の先端挿入部１６の位置を補正するようガイドするガイド情報が表示される。また、これと同時に又はこれに代えて、スピーカ４２から上記ガイド情報が音声として発せられる。

続いて、図５〜９を参照して、ユーザが充電口１４に充電コネクタ１２を挿入しようとするときの上記構成からなる充電システム１０の動作について説明する。
図５，６に示すように、上記先端挿入部位置情報には、充電口１４と充電コネクタ１２の先端挿入部１６との間の距離Ｌの情報、充電口１４の軸心Ｃ方向に関する充電コネクタ１２の先端挿入部１６の垂直方向角度位置Ｖに関する情報、および、充電口１４の軸心Ｃ方向に関する充電コネクタ１２の先端挿入部１６の水平方向角度位置Ｈに関する情報が含まれる。また、上記先端挿入部位置情報には、充電コネクタ１２の軸心Ｃ方向に垂直な平面上における充電コネクタ１２の先端挿入部１６のひねり方向角度位置Ｒに関する情報がさらに含まれる。

ユーザが充電口１４を直視できる状態で充電コネクタ１２を充電口１４に挿入するとき、ユーザは、充電コネクタ１２のハンドル部２２を片手で握って、その先端挿入部１６を充電口扉３１が開かれて露出した充電口１４に向ける。これにより、充電口１４が充電コネクタ１２に設けた発光部２６ａ，２６ｂ，２６ｃからの光によって照明されることで、暗所での充電コネクタ１２の接続作業が容易になる。

それから、ユーザは、充電コネクタ１２の各発光部２６ａ，２６ｂ，２６ｃからそれぞれ照射される光によって充電口１４の周囲に形成される３つのスポットを受光部４０ａ，４０ｂ，４０ｃに重ねながら、充電コネクタ１２を充電口１４に接近させる。このとき、発光部２６ａ，２６ｂ，２６ｃからの光は所定照射角で照射されているため、充電コネクタ１２の接近に伴って上記スポットが絞り込まれるように小径になっていく。このようにして、小径になっていく各スポットを各受光部４０ａ，４０ｂ，４０ｃの外形に合致させるようにして充電コネクタ１２を充電口１４に接近させて押し込むことで、充電コネクタ１２の先端挿入部１６を充電口１４に正確かつ容易に挿入することができる。

次に、ユーザが充電口１４を直視できない状況下での充電コネクタ１２の接続について説明する。

ユーザは、充電コネクタ１２のハンドル部２２を片手で握って、その先端挿入部１６を充電口１４に向けて接近させていく。このとき、ユーザは、充電口１４に対する先端挿入部１６の位置関係を目視で確認できないことから、自分の目視以外の感覚で充電コネクタ１２を挿入可能と思われる位置または向きに保持している。

上述したように充電システム１０の充電コネクタ位置情報判定部４６は、充電コネクタ１２の発光部２６ａ，２６ｂ，２６ｃから照射される光の照度を受光部４０ａ，４０ｂ，４０ｃでそれぞれ検出し、これに基づいて充電口１４に対する充電コネクタ１２の先端挿入部１６の位置に関する情報、具体的には上記充電口１４までの距離Ｌと、上記垂直方向角度位置Ｖ、上記水平方向角度位置Ｈ、および、ひねり角度位置Ｒにそれぞれ関する情報とを判定している。

充電コネクタ１２の先端挿入部１６から充電口１４までの距離Ｌは、受光部４０ａ，４０ｂ，４０ｃにより検出される照度に基づいて、メモリに予め記憶されているテーブル等を参照することによって求められる。そして、その求められた距離Ｌの情報を表示部４４に「距離Ｌ：３ｃｍ」といったように文字表示し、充電口１４に対する充電コネクタ１２の接近具合を報知する。

また、充電コネクタ位置情報判定部４６は、上記垂直方向角度位置Ｖに関する情報を判定している。例えば、左上側受光部４０ａおよび右上側受光部４０ｂでそれぞれ検出される照度が下側受光部４０ｃで検出される照度よりも大きければ、充電コネクタ１２の左上側発光部２６ａおよび右上側発光部２６ｂが下側発光部２６ｃよりも接近している、すなわち充電口１４に対する充電コネクタ１２の先端挿入部１６の垂直方向角度位置Ｖが下を向き過ぎていると判定し、図７（ａ）に示すように、表示部４４に充電コネクタ１２の背面画像と共に上向きの矢印５０、および、「充電コネクタを少し上に向けてください」といったメッセージ５２を表示させ、ユーザに対して先端挿入部１６の垂直方向角度位置Ｖのずれを補正するようガイドする。このとき、スピーカ４２から上記メッセージ５２と同内容のアナウンスを発生させてもよい。

さらに、充電コネクタ位置情報判定部４６は、上記水平方向角度位置Ｈに関する情報を判定している。例えば、右上側受光部４０ｂで検出される照度が左上側受光部４０ｂで検出される照度よりも大きければ、充電コネクタ１２の右上側発光部２６ｂが左上側発光部２６ａよりも接近している、すなわち充電口１４に対する充電コネクタ１２の先端挿入部１６の水平方向角度位置Ｈが左方向に向き過ぎていると判定し、図７（ｂ）に示すように、表示部４４に、充電コネクタ１２の背面画像４８と共に右向きの矢印５４と、「充電コネクタを少し右に向けてください」といった文字メッセージ５６とを表示させ、ユーザに対して先端挿入部１６の水平方向角度位置Ｈのずれを補正するようガイドする。このとき、スピーカ４２から上記メッセージ５６と同内容のアナウンスを発生させてもよい。

さらにまた、充電コネクタ位置情報判定部４６は、上記ひねり方向角度位置Ｒに関する情報を判定している。例えば、図８に示すように、充電コネクタ１２の発光部２６ａ，２６ｂ，２６ｃからの光のよって形成されるスポットＳについて、受光部４０ａ，４０ｂ，４０ｃ上の受光領域が反時計回り方向にずれて検出されれば、充電口１４に対する充電コネクタ１２の先端挿入部１６のひねり方向角度Ｒが反時計周り方向に向き過ぎていると判定し、図７（ｃ）に示すように、表示部４４に、充電コネクタ１２の背面画像４８と共に時計周り方向の矢印５８と、「充電コネクタを少し時計周りにひねってください」といった文字メッセージ６０とを表示させ、ユーザに対して先端挿入部１６のひねり方向角度位置Ｈのずれを補正するようガイドする。このとき、スピーカ４２から上記メッセージ６０と同内容のアナウンスを発生させてもよい。

上述したように、本実施形態の充電システム１０によれば、充電コネクタ１２の発光部２６ａ，２６ｂ，２６ｃからの光によって充電口１４が照明されることで、車両が暗所に止められている場合でも、ユーザは充電口１４に対して充電コネクタ１２を正確に位置合わせして容易に挿入および接続することができる。また、ユーザが充電口１４を直視できない状況でも、ユーザは表示部４４やスピーカ４２から得られる先端挿入部位置情報を基に、手で持っている充電コネクタ１２の角度位置や向きを補正することで、充電口１４への充電コネクタ１２の挿入を容易に行うことができる。

また、ユーザは、スピーカ４２からの音声アナウンスを聞きながら得られる充電コネクタ１２の先端挿入部位置情報を基に、手で持っている充電コネクタ１２の角度位置や向きを補正することで、充電口への充電コネクタの挿入を容易に行うことができ、特に、音声アナウンスによる報知は視覚に若干障害があるユーザにとって有益である。

なお、本発明に係る車両用充電システムは、上記で説明した充電システム１０の構成に限定されるものではなく、種々の変更や改良が可能である。

例えば、上記充電システム１０では、表示部４４およびスピーカ４２を介してユーザに対して報知する情報を、充電コネクタ１２の先端挿入部１６の位置の補正を促す内容のものとしたが、これに限定されず、各角度方向に先端挿入部位置がずれていること自体を表示またはアナウンスするものとしてもよい。

また、充電コネクタ１２の先端挿入部位置情報を表示部４４に表示する方法は、図７に例示するものに限定されず、例えば表示色を変えることによって上記距離Ｌや各角度方向Ｖ，Ｈ，Ｒの位置ずれを表示してもよい。例えば、表示部４４に白色に発光する円形６２を表示させ、上記距離Ｌが小さくなるにつれて上記円形６２の白色発光度合い明るくすること表示し、上記先端挿入部１６が下方（または上方）に向き過ぎている場合にはそのずれ具合に応じて円中心に向かって拡張する上部（または下部）弓形領域６４を赤色発光させて表示し、上記先端挿入部１６が左側（または右側）に向き過ぎている場合にはそのずれ具合に応じて円中心に向かって拡張する右側（または左側）弓形領域６６を緑色発光させて表示し、上記先端挿入部１６が反時計周り方向（または時計周り方向）に向き過ぎている場合には、円形６２と同心上の小径円６８内において、そのずれ具合に応じて周方向に反時計周り方向（または時計周り方向）に拡張する中央扇形領域７０を青色発光させて表示してもよい。

１０車両用充電システム、１２充電コネクタ、１４充電口、１６先端挿入部、２０本体部、２２ハンドル部、２４係合突起、２６，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ発光部、２８車両ボディ、３０充電口収容部、３１充電口扉、３９ガイド溝、４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ受光部、４２スピーカ、４４表示部、４６充電コネクタ位置情報判定部。

Claims

外部電源に接続される充電コネクタと、
車両に設けられ前記充電コネクタの先端挿入部が挿入される充電口と、
前記充電コネクタの先端挿入部の周囲に配置され前記充電口側に向けて発光する複数の発光部と、前記充電口の周囲に前記発光部に対応して配置される複数の受光部と、
前記受光部が受光した前記発光部からの光に基づいて前記充電口に対する前記充電コネクタの先端挿入部位置に関する情報を判定する充電コネクタ位置判定部と、
前記コネクタ位置判定部によって判定された前記充電コネクタの先端挿入部位置に関する情報をユーザに報知する報知部と、を備える、車両用充電システム。
請求項１に記載の車両用充電システムにおいて、
前記報知部は、ユーザに対して前記充電コネクタの先端挿入部位置に関する情報を、視認可能に表示する表示部および音声で報知する音声発生部の少なくとも一方で構成されることを特徴とする車両用充電システム。
請求項２に記載の車両用充電システムにおいて、
前記表示部および前記音声発生部は、充電時以外のときに前記給電口を閉じる給電口扉によって隠れる位置に設置されることを特徴とする車両用充電システム。
請求項１に記載の車両用充電システムにおいて、
前記充電コネクタの先端挿入部位置に関する情報は、ユーザに対して前記充電コネクタの先端挿入部の位置を補正するようガイドするガイド情報を含むことを特徴とする車両用充電システム。