JP6698976B1

JP6698976B1 - 温度検出基板、コネクタ及び給電中継装置

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Publication number: JP6698976B1
Application number: JP2020513674A
Authority: JP
Inventors: 智之藤枝; 明春森
Original assignee: Pacific Industrial Co Ltd
Current assignee: Pacific Industrial Co Ltd
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2019-09-27
Publication date: 2020-05-27
Anticipated expiration: 2039-09-27
Also published as: JPWO2021059467A1; WO2021059467A1

Abstract

【課題】コネクタ端子の温度の検出精度を向上させる。【解決手段】本開示の温度検出基板１０は、電源９０から線間電圧２００［Ｖ］の交流電圧を受ける充電ケーブル５０の末端に接続されたコネクタ２０Ａに収容されている。温度検出基板１０は、コネクタ２０Ａのコネクタ端子２４に固定されて、温度センサ４０によりコネクタ端子２４の温度を検出する。温度検出基板１０は、温度センサ４０を含む回路部１３と、コネクタ端子２４が固定された端子固定部１１との間に無金属部１２を備えていて、温度センサ４０とコネクタ端子２４との間は３［ｍｍ］離して配置されている。また、端子固定部１１と回路部１３には、伝熱用金属層１５が積層されている。【選択図】図５

Description

本開示は、電力ケーブルの末端に備えられるコネクタ、及びこのコネクタ内に収容される温度検出基板、及び給電中継装置に関する。

従来、この種の温度検出基板として、二次電池を充電するための充電ケーブルのコネクタに備えられ、コネクタのコネクタ端子が相手コネクタ端子と通電しているときのコネクタ端子の温度を温度センサにより検出するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１１００５５号公報（段落［００１８］、図１）

上記した従来の温度検出基板に対して、コネクタ端子の温度を精度よく検出することが求められている。

上記課題を解決するためになされた請求項１の発明は、線間電圧２００［Ｖ］の交流電圧を受け得る電力ケーブルの末端に接続されるコネクタ端子と共にコネクタハウジングに収容され、前記コネクタ端子と相手コネクタ端子とが通電しているときの温度を検出する温度検出基板であって、温度センサを含む回路を有し、前記コネクタハウジングの内部で線間電圧２００［Ｖ］の交流電圧を受け得る金属体から３［ｍｍ］以上離して配置される回路部と、前記回路部から３［ｍｍ］以上離れた位置まで形成され、金属体を有しない無金属部と、前記無金属部を挟んで前記回路部の反対側に設けられ、前記コネクタ端子が重ねられて固定されると共に伝熱用金属層と樹脂層との積層構造をなした端子固定部と、を備える温度検出基板である。

本発明の一実施形態に係るコネクタの斜視図充電ケーブルの概略回路図コネクタの側面図温度検出基板の斜視図温度検出基板の側断面図他の実施形態に係る温度検出基板の斜視図

［第１実施形態］
以下、本開示の一実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。本実施形態の温度検出基板１０は、図１に示されるように、充電ケーブル５０の末端に接続されるコネクタ２０Ａに収容されている。この充電ケーブル５０は、例えば、図２に示されるように、電気自動車８１の二次電池８０を充電するためのものである。コネクタ２０Ａは、充電ケーブル５０の一方の末端に備えられていて、電気自動車８１に備えた車両側コネクタ８２とコネクタ接続される。なお、充電ケーブル５０の他方の末端は、電源９０と接続される端子台２０Ｂが備えられている。

電源９０は、例えば、三相交流電源であって、スター結線（Ｙ結線）された３つの相ライン９１を有し、スター結線の線間電圧は２００［Ｖ］となっている。そして、それら相ライン９１の結線部分が接地されたグランドＧＮＤになっている。なお、３つの相ライン９１及びグランドＧＮＤの末端には図示しない端子金具が備えられていて、上述した端子台２０Ｂに導通接続されている。

一方、電気自動車８１には、充電回路８３が備えられている。充電回路８３は、三相交流を直流に変換するコンバータ回路であって、その入力側に３つの相ライン８４に接続された図示しない端子金具が車両側コネクタ８２に備えられている。また、充電回路８３の出力側は、二次電池８０に接続されている。

充電ケーブル５０は、電源９０と、充電回路８３との間を接続する給電ケーブル５１を備える。具体的には、給電ケーブル５１は、３つ備えられていて、それら給電ケーブル５１の途中部分には、遮断スイッチ３０が接続されている。遮断スイッチ３０は、通常はオン状態に保持されて、給電ケーブル５１による電源９０から充電回路８３への給電が可能となっている。そして、給電ケーブル５１のうち、遮断スイッチ３０とは反対側の末端には、図３に示されるように、それぞれケーブル端子５２が圧着され、コネクタ２０Ａ又は端子台２０Ｂに接続されている。そして、電源９０の相ライン９１と、充電回路８３の相ライン８３とが、コネクタ２０Ａ及び端子台２０Ｂを介して給電ケーブル５１と接続されている。

遮断スイッチ３０は、上述したように、給電ケーブル５１の途中部分に配置されて、通常はオン状態に保持されている。つまり、コネクタ２０Ａが車両側コネクタ８２に接続されると、給電ケーブル５１を介して、電源９０の電力がコネクタ２０Ａと接続された車両側コネクタ８２を介して充電回路８３に供給される。

なお、充電ケーブル５０は、グランド用ケーブル５１Ｅも有していて、図２に示されるように、電源９０のグランドＧＮＤと電気自動車８１のグランドラインに接続されている。

ここで、本実施形態の充電ケーブル５０においては、コネクタ２０Ａが、車両側コネクタ８２との接続の際に、不完全な接続や、空気中の湿気や塵等によるトラッキング現象により、異常な発熱が発生して充電ケーブル５０に過電流が流れる虞がある。そのため、コネクタ２０Ａ内に、図２に示されるように、温度センサ４０が備えられている。温度センサ４０は、信号線５１Ｄに接続され、温度センサ４０が検出した温度信号は、信号線５１Ｄを介してスイッチ制御部３１に出力される。なお、信号線５１Ｄは、シールドケーブルであって、給電ケーブル５１及びグランド用ケーブル５１Ｅと一緒に束ねられている（図１参照）。

スイッチ制御部３１は、温度センサ４０から信号線５１Ｄを介して入力された温度信号が基準温度を超えた発熱異常であった場合に、スイッチ制御部３１から遮断スイッチ３０に異常検出信号が付与され、遮断スイッチ３０は、給電ケーブル５１を遮断する。なお、スイッチ制御部３１は、図示しない電池から受電して作動している。本実施形態の温度センサ４０、信号線５１Ｄ、スイッチ制御部３１、遮断スイッチ３０、給電ケーブル５１から、特許請求の範囲の「給電中継装置」の主要部が構成されている。

図３には、コネクタ２０Ａの側面図が示されている。コネクタ２０Ａは、樹脂製のコネクタハウジング２１でパッケージされていて、コネクタハウジング２１には、コネクタ本体部２２と、給電ケーブル５１の末端に接続されたケーブル端子５２と、上述した温度センサ４０が実装された温度検出基板１０とが収容されている。なお、コネクタ２０Ａが車両側コネクタ８２と接続されたときに、車両側コネクタ８２を向く側を先端側と呼び、給電ケーブル５１を向く側を基端側と呼ぶこととする。

コネクタ本体部２２は、コネクタハウジング２１の先端側に配置されていて、樹脂製の端子保持部２２Ａと、端子保持部２２Ａから基端側に向かって突出した直方体形状のコネクタ端子２４とを備えている。端子保持部２２Ａは、車両側コネクタ８２の端子金具が差し込まれる挿入孔２３を備え、端子金具が差し込まれたときに、端子金具とコネクタ端子２４とが電気的に接続される。

コネクタ端子２４には、ケーブル端子５２が重ねられて、コネクタ端子２４とケーブル端子５２とが電気的に接続される。このとき、ケーブル端子５２及びコネクタ端子２４には、それぞれ上下方向に貫通した第１リング部５２Ａ、第２リング部２４Ａが設けられていて、それら第１リング部５２Ａ、第２リング部２４Ａの内側に通したボルト６０によって共締めされている。

温度検出基板１０は、コネクタ端子２４のうちケーブル端子５２が重ねられた面と反対側の面に重ねられている。温度検出基板１０も、上下方向に貫通した貫通孔１０Ａを備えて、コネクタ端子２４及びケーブル端子５２と共にボルト６０によって共締めされている。

なお、コネクタ本体部２２には、図１に示されるように、電源９０のグランドＧＮＤに接続される挿入孔２５Ａとグランド用コネクタ端子２５も備えられている。グランド用コネクタ端子２５には上述したグランド用ケーブル５１Ｅの末端に圧着されたグランド用ケーブル端子５３が接続されて、コネクタ２０Ａと車両側コネクタ８２との結合によって電気自動車８１のグランドラインに接続される。

温度検出基板１０は、図４に示されるように、温度センサ４０とプリント配線板１９を備えている。プリント配線板１９は、扁平な板状をなして、一端側は、平行に延びる３つの突片１９Ａに分岐し、他端側はそれら突片１９Ａが連結した連結部１９Ｂとなっている。なお、各突片１９Ａが延びる方向を「Ｈ１方向」と呼ぶこととする。

そして、各突片１９Ａの先端部は、コネクタ端子２４が固定される貫通孔１０Ａが備えられた端子固定部１１となっている。また、温度検出基板１０のうち、各突片１９ＡのＨ１方向の中央部分から他端部までが、温度センサ４０を実装するためのプリント配線４１が積層された回路部１３となっている。温度センサ４０は、積層されたプリント配線４１のうち端子固定部１１の近傍に実装されている。また、プリント配線４１のうち他端寄り位置に中継コネクタ４１Ａが接続されていて、中継コネクタ４１Ａを介して温度センサ４０は信号線５１Ｄと接続される（図１参照）。ここで、端子固定部１１と回路部１３とに挟まれた部分は後述する無金属部１２となっている。

図５にプリント配線板１９の断面構造が示されている。プリント配線板１９は、多層構造であって、第１絶縁層１４、伝熱用金属層１５、第２絶縁層１６、第３絶縁層１７が順次積層されている。

第１絶縁層１４、第２絶縁層１６及び第３絶縁層１７は、樹脂などの絶縁体を素材とする。第１絶縁層１４及び第３絶縁層１７は、それぞれ、プリント配線板１９の上面と下面を構成している。第１絶縁層１４の上面にプリント配線４１が積層されている。プリント配線４１は、銅などの導体を素材とする。一方、第３絶縁層１７の下面に、コネクタ端子２４が重ねられる。ここで、コネクタ端子２４は、第３絶縁層１７のうち端子固定部１１の下面に対向するように重ねられており、無金属部１２とは対向していない。

また、第１絶縁層１４の上面のうち、端子固定部１１である貫通孔１０Ａの周縁部には、例えば銅からなる保護用金属層１８が積層されていて、ボルト６０が挿通されたときに、ボルト６０のフランジ部６０Ａが保護用金属層１８の上面に重ねられる。

なお、本開示の第１絶縁層１４、第２絶縁層１６及び第３絶縁層１７は、特許請求の範囲の「樹脂層」に相当し、プリント配線４１が特許請求の範囲の「導電用金属層」に相当する。

伝熱用金属層１５は、銅などの導体を素材とする。伝熱用金属層１５は、第１絶縁層１４と第２絶縁層１６との間に積層されている。伝熱用金属層１５は、図５に示されるように、第２絶縁層１６及び第３絶縁層１７を挟んでコネクタ端子２４と対向する位置に配置された端子側伝熱用金属層１５Ａと、第１絶縁層１４を挟んでプリント配線４１と対向する位置に配置された回路側伝熱用金属層１５Ｂとからなる。つまり、伝熱用金属層１５は、端子固定部１１と回路部１３にのみ備えられている。これにより、温度検出基板１０の無金属部１２は、金属を有しない構成となっている。このとき、無金属部１２のＨ１方向の幅は３［ｍｍ］となっている。なお、コネクタ端子２４に重ねられるケーブル端子５２も無金属部１２と厚み方向で対向しないように配置されている（図３参照）。

温度センサ４０は、例えば、集積化（ＩＣ）されたデジタル温度センサである。温度センサ４０は、上述したように、車両側コネクタ８２の端子金具と電気的に接続するコネクタ端子２４の異常な発熱を検出するために備えられている。図５に示されるように、温度センサ４０は、プリント配線板１９を挟んでコネクタ端子２４と反対側に積層されると共に、無金属部１２を挟んでコネクタ端子２４と反対側、すなわち、コネクタ端子２４からＨ１方向で３［ｍｍ］離れた位置に配置されている。

本実施形態の温度検出基板１０の構成に関する説明は以上である。上述したように、この温度検出基板１０によれば、実装された温度センサ５０によりコネクタ端子２４の温度が検出され、その信号を信号線５１Ｄを介してスイッチ制御部３１に出力される。そして、温度センサ４０の検出した温度が基準温度を超えた発熱異常であった場合に、スイッチ制御部３１から遮断スイッチ３０に異常検出信号が付与され、遮断スイッチ３０により、給電ケーブル５１が遮断される。これにより、異常な発熱によって電力ケーブルに過電流が流れることを防止することができる。

ここで、温度センサ４０は、コネクタ端子２４の温度を精度よく検出する必要があるが、そのために温度センサ４０をコネクタ端子２４に接触させたり、コネクタ端子２４に接近させて絶縁距離が不足しさせてしまうと、両者間で短絡が生じるため、温度センサ４０はコネクタ端子２４との間に十分な絶縁距離を確保する必要がある。

本実施形態の温度検出基板１０では、温度センサ４０を配置した回路部１３とコネクタ端子２４を配置した端子固定部１１との間に３［ｍｍ］の幅を有する無金属部１２を配置した構成となっている。これにより、電源９０から線間電圧２００［Ｖ］の交流電圧を受けた場合でも、温度センサ４０とコネクタ端子２４との間に十分な絶縁距離を確保し、温度センサ４０とコネクタ端子２４との間で絶縁破壊が生じることを防ぐことができる。

ここで、温度センサ４０とコネクタ端子２４との間に十分な絶縁距離を確保することで、温度センサ４０がコネクタ端子２４の熱を検出しづらくなり、検出温度の精度が低下するという問題がある。さらに、プリント配線板１９が伝熱用金属層１５を備えない樹脂層だけで構成された従来の構成では、コネクタ端子２４の発する熱は熱伝導の低い樹脂層には伝わりにくく、温度センサ４０が樹脂層を介してコネクタ端子２４の熱を検出することは困難である。しかも、コネクタ端子２４の発する熱は、コネクタ端子２４に接続されたケーブル端子５２や給電ケーブル５１等に放熱してしまうこともある。

これに対して、本実施形態の温度検出基板１０では、プリント配線板１９の内部に伝熱用金属層１５が積層されている。伝熱用金属層１５のうち端子固定部１１に設けられた端子側伝熱用金属層１５Ａは、ボルト６０を通じてコネクタ端子２４と熱的に結合されるので、コネクタ端子２４の発する熱が端子固定部１１内部に伝わりやすくなると共に、ケーブル等に放熱することも抑えることができる。これにより、温度センサ４０が端子固定部１１の端子側伝熱用金属層１５に伝わった熱を介してコネクタ端子２４の温度を検出することができ、温度センサ４０のコネクタ端子２４の温度の検出の精度を向上させることができる。

また、本実施形態では、伝熱用金属層１５は、回路部１３にも備えられている。回路部１３にも伝熱用金属層１５（回路側伝熱用金属層１５Ｂ）が備えられることで、コネクタ端子２４の熱が回路側伝熱用金属層１５Ｂに伝導されるので、回路部１３が樹脂層だけの構成よりもコネクタ端子２４の発する熱が回路部１３に伝わりやすくなり、温度センサ４０は、回路側伝熱用金属層１５Ｂを介してコネクタ端子２４の熱を検出することも可能となり、温度センサ４０のコネクタ端子２４の温度の検出の精度をさらに向上させることができる。

しかも、伝熱用金属層１５は、第１絶縁層１４と第２絶縁層１６との間に挟まれた構成となっているので、伝熱用金属層１５に伝えられた熱が空気中に放熱されることが抑制され、温度センサ４０に精度よくコネクタ端子２４の温度を検出させることができる。
［他の実施形態］

（１）前記実施形態の電源９０は、三相交流電源であったが、二相交流電源と充電回路８３との間を前記実施形態の充電ケーブル５０で接続してもよい。また、スター結線の線間電圧は１００［Ｖ］の交流電源９０であってもよい。

（２）遮断スイッチ３０を漏電発生時にも作動して給電ケーブル５１を遮断する構成にして、発熱異常と漏電の両方の異常に遮断スイッチ３０を兼用する構成にしてもよい。

（３）前記実施形態の充電ケーブル５０は、電池でスイッチ制御部３１が駆動されるようになっていたが、外部又は給電ケーブル５１から受電する構成としてもよい。

（４）前記実施形態の充電ケーブル５０では、温度センサ４０として集積化（ＩＣ）されたデジタル温度センサを用いていたが、例えば、サーミスタ又は熱電対であってもよい。

（５）前記実施形態の温度検出基板１０では、端子固定部１１が一分岐した３つの突片１９Ａの先端部で構成されていたが、図６に示される温度検出基板１０Ｐのように、端子固定部１１が分岐していない構成であってもよい。

（６）前記実施形態の温度検出基板１０では、第２伝熱用金属層１５は、銅などの導体を素材とする。伝熱用金属層１５は、第１絶縁層１４と第２絶縁層１６との間に積層されていたが、第２絶縁層１６と第３絶縁層１７との間に積層されていてもよい。また、第２絶縁層１６を備えなくてもよい。

（７）前記実施形態の温度検出基板１０では、伝熱用金属層１５は、プリント配線板１９に１層積層されていたが、２層以上積層されていてもよい。この場合、複数の伝熱用金属層１５の間に樹脂からなる絶縁層が積層されていてもよい。

（８）前記実施形態の温度検出基板１０では、伝熱用金属層１５は、端子側伝熱用金属層１５Ａと回路側伝熱用金属層１５Ｂとを備えていたが、端子側伝熱用金属層１５Ａだけを備えて、回路部１３に回路側伝熱用金属層１５Ｂを備えていなくてもよい。

（９）前記実施形態の温度検出基板１０では、充電ケーブル５０の末端のうち、電気自動車８１に接続される一方の末端がコネクタ２０Ａに接続されて、電気自動車８１とコネクタ接続される構成であったが、電源９０ともコネクタ接続される構成であってもよい。この構成では、充電ケーブル５０の末端のうち、電源９０とコネクタ接続される他方の末端も温度検出基板１０を収容したコネクタに接続されて、コネクタ端子の温度を検出する構成としてもよい。

（１０）前記実施形態の温度検出基板１０では、端子側伝熱用金属層１５Ａ及び回路側伝熱用金属層１５Ｂは、温度検出基板１０の外側面に露出していたが、露出しない構成としてもよい。これにより、伝熱用金属層１５の熱が空気中に放熱されることを抑制すると共に、空気中の熱が伝熱用金属層１５に伝わることも抑制し、コネクタ端子２４の温度をさらに精度よく検出することができる。

１０温度検出基板
１１端子固定部
１２無金属部
１３回路部
１４第１絶縁層（樹脂層）
１５伝熱用金属層
１５Ａ端子側伝熱用金属層
１５Ｂ回路側伝熱用金属層
１６第２絶縁層（樹脂層）
１７第３絶縁層（樹脂層）
２１コネクタハウジング
２４コネクタ端子
４０温度センサ
５０充電ケーブル（電力ケーブル）

Claims

線間電圧２００［Ｖ］の交流電圧を受け得る電力ケーブルの末端に接続されるコネクタ端子と共にコネクタハウジングに収容され、前記コネクタ端子と相手コネクタ端子とが通電しているときの温度を検出する温度検出基板であって、
温度センサを含む回路を有し、前記コネクタハウジングの内部で線間電圧２００［Ｖ］の交流電圧を受け得る金属体から３［ｍｍ］以上離して配置される回路部と、
前記回路部から３［ｍｍ］以上離れた位置まで形成され、金属体を有しない無金属部と、
前記無金属部を挟んで前記回路部の反対側に設けられ、前記コネクタ端子が重ねられて固定されると共に伝熱用金属層と樹脂層との積層構造をなした端子固定部と、を備える温度検出基板。
前記回路部は、前記伝熱用金属層と導電用金属層と前記樹脂層との積層構造をなしている請求項１に記載の温度検出基板。
前記伝熱用金属層は、前記樹脂層の間に挟まれている請求項１又は２に記載の温度検出基板。
前記樹脂層に挟まれている前記伝熱用金属層は、温度検出基板の外側面に露出していない請求項３に記載の温度検出基板。
平行に延びる複数の突片を有し、前記複数の突片の先端部が前記端子固定部になっている請求項１乃至４の何れか１の請求項に記載の温度検出基板。
請求項１乃至５の何れか１の請求項に記載の温度検出基板を内蔵するコネクタであって、
前記電力ケーブルの末端に固定されるケーブル端子と、
前記ケーブル端子の先端部に設けられる第１リング部と、
前記コネクタ端子の基端部に設けられる第２リング部と、
前記端子固定部を貫通する貫通孔と、
前記第１リング部及び前記第２リング部の内側と前記貫通孔とを貫通し、前記第１リング部及び前記第２リング部と前記端子固定部とを重ねた状態に固定する連結部材と、を有するコネクタ。
請求項６に記載のコネクタと、
前記コネクタ端子に接続される電力ケーブルと、
前記電力ケーブルの途中に設けられるスイッチと、
前記スイッチを通常はオン状態に維持し、異常時に前記スイッチをオフして前記電力ケーブルを断絶させるスイッチ制御部と、
前記温度検出基板の前記回路と前記スイッチ制御部との間を接続するシールドケーブルである信号ケーブルと、を備える給電中継装置。