JP7269178B2 - 電気推進車両用充電ケーブルおよび電気推進車両用充電ケーブルに装着される電源アダプター - Google Patents

電気推進車両用充電ケーブルおよび電気推進車両用充電ケーブルに装着される電源アダプター Download PDF

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Description

本開示は、例えば、電気自動車やハイブリッド車のような電気推進車両のバッテリに充電するために使用される電気推進車両用充電ケーブルおよび電気推進車両用充電ケーブルに装着される電源アダプターに関する。
近年、環境に優しい自動車として電気推進車両の開発が急ピッチで進められている。電気推進車両の充電インフラ(充電インフラストラクチャー)としては、電力網の末端である住宅用電源を利用する住宅用充電設備と、市街地などに設けられる不特定多数の利用を前提とする公共用充電設備がある。電気推進車両においては、充電動作を容易に行えると共に、充電時間を短くすることが、電気推進車両の普及において重要な課題である。
使用者が充電設備を利用して電気推進車両のバッテリに充電を行う場合、充電設備における電源と電気推進車両側のコネクタとを接続するために電気推進車両用充電ケーブル(以下、充電ケーブルと略称)が用いられる。このような充電ケーブルを用いて充電時間の短縮を図った構成が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
国際公開公報第2012/117743号パンフレット
充電設備においては、電源電圧が単相交流100V/200Vの住宅用電源、三相交流200Vの工業用電源などの電源電圧および電源プラグ(電極構造)の形状が異なる各種電源が用いられている。しかし、電気推進車両においては、充電ケーブルを収容する空間が限定されているため、充電設備の各種電源に対応する複数の充電ケーブルを用意することは困難である。また、充電時間の短縮化(急速充電)を図るためには、充電ケーブルとして、定格の大きな電源プラグ、例えば、定格電圧250V、定格電流50Aの電源プラグを用いて大電流による充電を行うことが望ましい。しかし、電気推進車両のバッテリに充電を行う場合には、100Vの住宅用電源を使用するときがあるため、定格電圧250V、定格電流50Aの電源プラグが設けられた充電ケーブルの他に、例えば、定格電圧125V、定格電流15Aの電源プラグが設けられた充電ケーブルを備える必要があった。
さらに、海外においては、例えば、米国においては、単相交流115V/230V、三相交流230Vの電源があり、それぞれに対応する電源プラグが異なっている。また、電源電圧が異なる複数の国が陸続きで繋がっている欧州などの大陸においては、電気推進車両が電源電圧が異なる地域や国境を越えて移動するため、各地域又は各国の各種電源事情に対応した充電ケーブルを予め車に搭載しておく必要がある。
しかしながら、前述のように、電気推進車両においては充電ケーブルを収容するための空間が限られているため、多くの充電ケーブルを車に搭載することができず、電気推進車両の普及における大きな障害となっていた。
本開示は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、規格の異なる電源に対応することが可能な電気推進車両用充電ケーブルおよび電気推進車両用充電ケーブルに装着される電源アダプターを提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本開示の電気推進車両用充電ケーブルは、
充電設備の電源に接続される電源プラグを一端に有し、他端にコントロールユニットを介して電気推進車両に着脱自在に接続される充電カプラを有する電気推進車両用充電ケーブルにおいて、
前記電源プラグが三極の高電圧用電極と高電圧用アースピンとを有する電極構造を有し、前記三極の高電圧用電極のうち二極の高電圧用電極を使用して電気推進車両のバッテリに充電するために使用される電気推進車両用充電ケーブルであって、
前記三極の高電圧用電極と前記高電圧用アースピンが接続される電極受けを有し、前記電源プラグの電極構造と規格が異なる電源に対応する電極構造の接続端子を有する電源アダプター、を備えている。
また、本開示の電気推進車両用充電ケーブルに装着される電源アダプターは、
充電設備の電源に接続される電源プラグを一端に有し、他端にコントロールユニットを介して電気推進車両に着脱自在に接続される充電カプラを有する電気推進車両用充電ケーブルにおいて、
前記電源プラグが三極の高電圧用電極と高電圧用アースピンとを有する電極構造を有し、前記三極の高電圧用電極のうち二極の高電圧用電極を使用して電気推進車両のバッテリに充電するために使用される電気推進車両用充電ケーブルに装着される電源アダプターであって、
前記三極の高電圧用電極と前記高電圧用アースピンが接続される電極受けを有し、前記電源プラグの電極構造と規格が異なる電源に対応する電極構造の接続端子を有する、電気推進車両用充電ケーブルに装着される。
本開示によれば、規格の異なる電源に対応することが可能な電気推進車両用充電ケーブルおよび電気推進車両用充電ケーブルに装着される電源アダプターを提供することができる。
本開示に係る実施の形態1の充電ケーブルを使用して、充電設備から電気推進車両のバッテリに充電するときの状態を模式的に示す図 電気推進車両と充電設備を接続するための実施の形態1の充電ケーブルを示す図 実施の形態1における電源側ケーブルの電源プラグを示す側面図 実施の形態1における電源側ケーブルの電源プラグを示す正面図 実施の形態1における電源側ケーブルの電源プラグを示す断面図 実施の形態1における電源アダプターを上から見た平面図 実施の形態1における電源アダプターの正面図(a)、側面図(b)および背面図(c) 実施の形態1における電源アダプターの電極構造を示す断面図 実施の形態1における電源プラグと電源アダプターとの接続過程を示す図 実施の形態1における電源プラグと電源アダプターとの接続過程を示す図 実施の形態1における充電ケーブルの主要な構成を示すブロック図
以下に述べる本開示におけるそれぞれの態様において、主な要素には後述する実施の形態1において説明する参照符号を付すが、これらの参照符号は、本開示を実施の形態に記載した構成に限定するものではなく、単に理解を容易なものとするためである。
本開示の第1の態様の電気推進車両用充電ケーブルは、
充電設備の電源に接続される電源プラグ(12)を一端に有し、他端にコントロールユニット(9)を介して電気推進車両に着脱自在に接続される充電カプラ(11)を有する電気推進車両用充電ケーブル(1)において、
前記電源プラグが三極の高電圧用電極(14a,14b,14c)と高電圧用アースピン(15)とを有する電極構造を有し、前記三極の高電圧用電極のうち二極の高電圧用電極(14a,14b)を使用して電気推進車両のバッテリに充電するために使用される電気推進車両用充電ケーブルであって、
前記電気推進車両用充電ケーブルは、前記三極の高電圧用電極と前記高電圧用アースピンが接続される電極受け(20,21,22,23)を有し、前記電源プラグの電極構造と規格が異なる電源に対応する電極構造の接続端子(18a,18b,19)を有する電源アダプター(13)、を備えている。
本開示の第2の態様の電気推進車両用充電ケーブルは、前記の第1の態様における前記電源アダプターの接続端子が、前記電源プラグの電極構造と規格が異なる二極の低電圧用電極(18a,18b)と低電圧用アースピン(19)とを有する電極構造を持ち、
前記電源アダプターおいて、前記電源プラグにおける前記三極の高電圧用電極のうち充電電極として使用されない一極の高電圧用電極(14c)が接続される電極受け(22又は23)と、前記高電圧用アースピン(15)が接続される電極受け(23又は22)とが互いに電気的に接続されており、
前記二極の低電圧用電極(18a,18b)が、前記電源プラグにおける前記三極の高電圧用電極のうち充電電極として使用される二極の高電圧用電極(14a,14b)とそれぞれ接続される2つの電極受け(20,21)にそれぞれ電気的に接続された構成としてもよい。
本開示の第3の態様の電気推進車両用充電ケーブルは、前記の第2の態様の前記電源アダプターにおいて、前記電源プラグにおける前記三極の高電圧用電極と前記高電圧用アースピンとが挿入されてそれぞれの電極受け(20,21,22,23)に導く4つの電極孔(13a,13b)を有し、
前記電源プラグとの当接面(13e)において、前記4つの電極孔が対称的に配置され、
前記4つの電極孔において、前記充電電極として使用されない前記一極の高電圧用電極(14c)が接続される電極受け(22又は23)に導く電極孔(13b)と、前記高電圧用アースピン(15)が接続される電極受け(23又は22)に導く電極孔(13b)とは実質的に同じ形状を有する構成としてもよい。
本開示の第4の態様の電気推進車両用充電ケーブルは、前記の第3の態様における前記電源アダプターが、前記電源プラグとの当接面において、前記4つの電極孔に対する配置中心に対して180度回転した位置で前記電源プラグに装着されるように構成されてもよい。
本開示の第5の態様の電気推進車両用充電ケーブルは、前記の第4の態様における前記電源アダプターが、前記充電電極として使用されない前記一極の高電圧用電極(14c)が接続される電極受け(22又は23)に導く電極孔(13b)と、前記高電圧用アースピン(15)が接続される電極受け(23又は22)に導く電極孔(13b)とが、前記当接面に含まれる配置中心線(P)の上に配設されており、
前記充電電極として使用される二極の高電圧用電極(14a,14b)のそれぞれに接続される電極受け(20,21)に導く2つの電極孔(13a)が、前記配置中心線の両側に対称的に配置されてもよい。
本開示の第6の態様の電気推進車両用充電ケーブルは、前記の第1の態様乃至第5の態様のいずれかの態様において、前記電源アダプターが、装着された電源プラグに対して係合する係止手段(17)を有する構成としてもよい。
本開示の第7の態様の電気推進車両用充電ケーブルに装着される電源アダプターは、
充電設備の電源に接続される電源プラグ(12)を一端に有し、他端にコントロールユニット(9)を介して電気推進車両に着脱自在に接続される充電カプラ(11)を有する電気推進車両用充電ケーブル(1)において、
前記電源プラグが三極の高電圧用電極(14a,14b,14c)と高電圧用アースピン(15)とを有する電極構造を有し、前記三極の高電圧用電極のうち二極の高電圧用電極(14a,14b)を使用して電気推進車両のバッテリに充電するために使用される電気推進車両用充電ケーブルに装着される電源アダプターであって、
前記三極の高電圧用電極と前記高電圧用アースピンが接続される電極受け(20,21,22,23)を有し、前記電源プラグの電極構造と規格が異なる電源に対応する電極構造の接続端子(18a,18b,19)を有する。
本開示の第8の態様の電気推進車両用充電ケーブルに装着される電源アダプターは、前記の第7の態様において、前記電源アダプターの接続端子が、前記電源プラグの電極構造と規格が異なる二極の低電圧用電極(18a,18b)と低電圧用アースピン(19)とを有する電極構造を持ち、
前記電源プラグにおける前記三極の高電圧用電極のうち充電電極として使用されない一極の高電圧用電極(14c)が接続される電極受け(22又は23)と、前記高電圧用アースピン(15)が接続される電極受け(23又は22)とが互いに電気的に接続されており、
前記二極の低電圧用電極(18a,18b)が、前記電源プラグにおける前記三極の高電圧用電極のうち充電電極として使用される二極の高電圧用電極(14a,14b)とそれぞれ接続される2つの電極受け(20,21)にそれぞれ電気的に接続された構成としてもよい。
本開示の第9の態様の電気推進車両用充電ケーブルに装着される電源アダプターは、前記の第8の態様において、前記電源プラグにおける前記三極の高電圧用電極と前記高電圧用アースピンとが挿入されてそれぞれの電極受け(20,21,22,23)に導く4つの電極孔(13a,13b)を有し、
前記電源プラグとの当接面(13e)において、前記4つの電極孔が対称的に配置され、
前記4つの電極孔において、前記充電電極として使用されない前記一極の高電圧用電極(14c)が接続される電極受け(22又は23)に導く電極孔(13b)と、前記高電圧用アースピン(15)が接続される電極受け(23又は22)に導く電極孔(13b)とは実質的に同じ形状を有する構成としてもよい。
本開示の第10の態様の電気推進車両用充電ケーブルに装着される電源アダプターは、前記の第9の態様の前記電源プラグとの当接面において、前記4つの電極孔に対する配置中心に対して180度回転した位置で前記電源プラグに装着されるように構成されてもよい。
本開示の第11の態様の電気推進車両用充電ケーブルに装着される電源アダプターは、前記の第10の態様において、前記充電電極として使用されない前記一極の高電圧用電極(14c)が接続される電極受け(22又は23)に導く電極孔(13b)と、前記高電圧用アースピン(15)が接続される電極受け(23又は22)に導く電極孔(13b)とが、前記当接面に含まれる配置中心線(P)の上に配設されており、
前記充電電極として使用される二極の高電圧用電極(14a,14b)のそれぞれに接続される電極受け(20,21)に導く2つの電極孔(13a)が、前記配置中心線の両側に対称的に配置されてもよい。
本開示の第12の態様の電気推進車両用充電ケーブルに装着される電源アダプターは、前記の第7の態様乃至第11の態様のいずれかの態様において、装着された電源プラグに対して係合する係止手段(17)を有する構成としてもよい。
以下、本開示に係る実施の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。図面において、同じ要素には同じ符号を付しており、説明を省略する場合もある。また、図面は、理解しやすくするために、それぞれの構成要素を模式的に示している。
なお、以下で説明する実施の形態は、本開示の一具体例を示すものである。以下の実施の形態において示される数値、形状、構成などは、一例を示すものであり、本開示を限定するものではない。以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。実施の形態における各々の変形例の構成も同様であり、各変形例に記載した構成をそれぞれ組み合わせてもよい。
(実施の形態1)
図1は、本開示に係る実施の形態1の電気推進車両用充電ケーブル1(以下、単に「充電ケーブル1」という。)を使用して、充電設備である一般家庭で用いられる住宅用電源(100V/200V)から電気推進車両2のバッテリ5に充電するときの状態を模式的に示している。
なお、充電ケーブル1は、例えば、一般家庭の住宅の外壁などに設けられた一般住宅用電源(100V/200V)の他にさらに規格が異なる電源設備(三相200V)に対しても電気推進車両2の充電を行うことが可能な構成を有している。
図1に示されているように、電気推進車両2が充電ケーブル1を介して高電圧の住宅用電源A(200V)に接続されることにより、当該電気推進車両2のバッテリ5が充電されるように構成されている。また、電気推進車両2は、高電圧の住宅用電源A(200V)とは規格が異なる低電圧の住宅用電源B(100V)に対しても、後述する電源アダプター13が装着された充電ケーブル1を用いることにより、当該電気推進車両2のバッテリ5を充電できる構成である。
高電圧、大電流であれば急速充電が可能であることは言うまでもないが、充電ケーブル1は、それぞれの住宅用電源A,Bの規格に応じて適切な充電を行うことができる構成となっている。
電気推進車両2は、走行用モータ3と、インバータ4と、バッテリ5と、充電制御装置6とを備えており、互いに電気的に接続されている。電気推進車両2は、充電制御装置6に接続されたコネクタ7を介して充電ケーブル1に接続される。充電ケーブル1は、例えば、高電圧の200Vの住宅用電源Aに接続されて、電気推進車両2に搭載されたバッテリ5を充電するために用いられる。また、充電ケーブル1は、一般家庭で常用される低電圧の住宅用電源B(100V)のような規格が異なる電源に対しても対応可能な構成を有しており、当該電気推進車両2に搭載されたバッテリ5に対して電源の規格に応じて最適な充電を行うことができる。
図2は、実施の形態1における充電ケーブル1を示す全体図である。図2に示すように、充電ケーブル1は、コントロールユニット9を備えており、コントロールユニット9から電源側に導出する電源側ケーブル8、および電気推進車両側に導出する車両側ケーブル10が設けられている。車両側ケーブル10の導出端部には、電気推進車両2のコネクタ7に対して着脱自在に接続される充電カプラ11が設けられている。一方、電源側ケーブル8の導出端部には住宅用電源(A,B)などの充電設備に装着するための電源プラグ12が設けられている。
電源プラグ12は、200Vの住宅用電源Aに接続されるように、接続端子として三極の電極板14(14a,14b,14c)と1本のアースピン(15)を有している(後述する図4参照)。また、電源プラグ12が一般家庭で常用される低電圧の住宅用電源B(100V)においても、実施の形態1における充電ケーブル1が用いられるように、二極の電極板(18a,18b)と1本のアースピン(19)を有する電源アダプター13(後述する図7参照)が当該電源プラグ12に装着されうるように構成されている。本開示においては、充電ケーブル1が電源アダプター13を含むものとして説明するが、電源アダプター13は電気推進車両用充電ケーブル1の電源アダプターとして単独で市場に流通するものである。
電源プラグ12には、電極板(14a,14b)の近傍に温度検出手段である温度センサ(例えば、測温抵抗体)が埋設されている。温度センサ(16:図5参照)により検出された電源プラグ12の温度情報は、電源側ケーブル8を介してコントロールユニット9に送信される。コントロールユニット9は電源プラグ12の温度を監視できる構成を有している。
以下、実施の形態1の充電ケーブル1における電源プラグ12および電源アダプター13について説明する。
[電源プラグ12]
図3は、実施の形態1における電源側ケーブル8の端部に設けられた電源プラグ12を示す側面図である。図3においては、電源プラグ12の左側に三極の電極板14およびアースピン15が突設されている。図4は、電源プラグ12の正面図であり、三極の電極板14(14a,14b,14c)およびアースピン15が突設された接続端子側を示している。図5は、図3に示した電源プラグ12の略中央部分で縦に切断した断面図である。
図3に示すように、実施の形態1の充電ケーブル1における電源プラグ12は、三極の高電圧用電極(14:14a,14b,14c)とアースピン15とを有する電極構造を有している。三極の高電圧用電極のうち二極の高電圧用電極(14a,14b)が充電電極として使用される。電源プラグ12は、三極の高電圧用電極である電極板14(14a,14b,14c)およびアースピン15が設けられた本体部12aと、本体部12aから電源側ケーブル8を導出する導出部12bとを有する。また、電源プラグ12の本体部12aにおいては、電極板14およびアースピン15が電源プラグ受けである電源コンセントと当接する当接面12eに対して直交する方向に突出するように設けられている。導出部12bは、本体部12aから電源側ケーブル8を当接面12eと平行に導出するように、即ち鉛直下方に案内する。即ち、図3に示すように、電源プラグ12においては、電極板14およびアースピン15が当接面12eから水平方向に突設されている。そして、電源側ケーブル8は鉛直下方に導出するように形成されている。従って、電源プラグ12においては、電極板14およびアースピン15の突出方向と、電源側ケーブル8の導出方向が略直交する構成となっている。
図3および図4に示すように、電源プラグ12の接続端子としては、三極の電極板14(14a,14b,14c)および接地用のアースピン15が当接面12eから突設されている。電源プラグ12における三極の電極板14(14a,14b,14c)のうち第1電極板14aおよび第2電極板14bが200Vの充電電極として使用される二極の高電圧用電極である。なお、電源プラグ12が三相3線式の200Vの住宅用電源Aに接続されて使用されるときには、電源プラグ12における3番目の電極板である第3電極板14cは使用されない。このため、電源プラグ12においては、第3電極板14cがいずれにも電気的に接続されていない、所謂電気的に浮いた状態で保持されている。
図4に示すように、電源プラグ12における接続端子において、電源に接続される平板な板状の導出部分である第1電極板14aおよび第2電極板14bは、それぞれの平坦面が対向するように配設されている。なお、第1電極板14aおよび第2電極板14bと同じ板状の導出形状である第3電極板14cは、その突設位置が第1電極板14aと第2電極板14bとの間における当接面12eに含まれる中心線上に配設されており、第1電極板14aと第2電極板14bの対向する位置からずれた位置(図4において下側にオフセットした位置)に配置されている。
上記のように、実施の形態1における充電ケーブル1においては、電源プラグ12の第1電極板14a、第2電極板14b、および第3電極板14cが、住宅用電源A(200V)である電源コンセントと電源プラグ12との当接面12eにおいて対称的に配設されている。そして、第3電極板14cは、第1電極板14aと第2電極板14bの対向する間の中間位置である中心線上に配設されている。
また、アースピン15はその中心線上に配設されており、第1電極板14aと第2電極板14bが対向する位置からずれた位置(図4において上側にオフセットした位置)に配置されている。従って、電源プラグ12の4つの接続端子である、第1電極板14a、第2電極板14b、第3電極板14c、およびアースピン15は、第1電極板14aと第2電極板14bとの間の中心線に対して対称的に配置されている。実施の形態1における電源プラグ12における接続端子の電極配置としては、例えば、NEMA規格(National Electrical Manufacturers Association)におけるNEMA14-50(定格電圧240V、定格電流50A)が用いられている。実施の形態1における充電ケーブル1においては、米国の電源規格を想定した構成となっている。
上記のように、実施の形態1における電源プラグ12においては、電源側ケーブル8が本体部12aから鉛直下方に導出するように本体部12aの下側に導出部12bが設けられている。また、アースピン15と第3電極板14cは、対向して配置された第1電極板14aと第2電極板14bとの対向位置に対して上下の位置に対称的に配置されている。即ち、アースピン15は、第1電極板14aと第2電極板14bとの対向位置に対して上側に設けられており、第3電極板14cは、第1電極板14aと第2電極板14bとの対向位置に対して下側に設けられている。
また、図3および図4に示すように、実施の形態1の構成において、電源プラグ12の本体部12aの両側面には位置規制溝12d,12dが形成されている(図3および図4参照)。位置規制溝12d,12dは、本体部12aの両側面における対向する位置に当接面12eに対して直交する方向に延設されている。
図5に示すように、本体部12aから略水平方向に突出するように設けられた第3電極板14cは、本体部12aに埋設された電極部分が本体部12aに固着されているが、いずれにも電気的に接続されていない状態である。第1電極板14aと第2電極板14bのそれぞれにおける本体部12a内にある電極部分の近傍には温度センサ16(測温抵抗体)が設けられている。第1電極板14aと第2電極板14bのそれぞれに設けられた温度センサ16からの電気信号(温度情報)は、電源側ケーブル8を通ってコントロールユニット9に送信される。コントロールユニット9は、第1電極板14aと第2電極板14bのそれぞれの温度を監視できる構成を有している。
なお、コントロールユニット9は、電源プラグ12と充電カプラ11との間の充電電路を開閉する開閉回路28(例えば、リレー)と、充電電路を流れる電流を監視して漏電を検出する漏電検出部29とを備えている(後述する図11参照)。コントロールユニット9内の制御部25は、温度センサ16からの温度情報により異常温度を検知したとき、電気推進車両2の充電制御装置6に充電電流を低下させるようにパイロット信号を送信する。また、制御部25は漏電検出部29が漏電を検出したとき、開閉回路28を介して充電電路を遮断し、充電設備の電源(A,B)から電気推進車両2への電力供給を中止する。
[電源アダプター13]
図6は、実施の形態1における電源アダプター13を上から見た平面図である。図7は、電源アダプター13の正面図(a)、側面図(b)、および背面図(c)である。
図6に示すように、電源アダプター13は、一般住宅用電源(100V)に接続するために突設された雄型電極構造と、前述の電源プラグ12の接続端子に接続される雌側電極構造とを有している。また、後述するように、電源アダプター13の雌側電極構造は、電源プラグ12に対して180度回転した状態でも当該電源アダプター13が電源プラグ12に容易に、且つ安全に接続される特殊な電極構造を有している。
更に、電源アダプター13には、電源プラグ12からの抜けを防止するために、係止手段が設けられている。電源アダプター13における係止手段は、係止爪17で構成されている。電源アダプター13が電源プラグ12に適切な状態で接続されたとき、電源アダプター13の係止爪17が電源プラグ12の側面に形成された凹部である係止部12c(図5参照)に係合する。
図7に示すように、電源アダプター13の一方の面(図7の(a)に示す電源側の面)には、100V用電源に接続される二極の低電圧用電極である電極板18(18a,18b)、および低電圧用アースピンであるアースピン19が突設されている。電源アダプター13の他方の面(図7の(c)に示す電源プラグ側の面)には、200V用の電源プラグ12の第1電極板14aまたは第2電極板14bが挿入される2つの第1/第2電極孔(13a,13a)、および第3電極板14cまたはアースピン15が挿入される2つの第3/アース電極孔(13b,13b)が形成されている。
図7の(c)に示すように、電源アダプター13における電源プラグ12との当接面13eにおいて、2つの第1/第2電極孔(13a,13a)および2つの第3/アース電極孔(13b,13b)は、対称的に配置されている。これらの4つの電極孔(13a,13a,13b,13b)に対して同じ距離となる中心点である配置中心Cに対して、当接面13eにおいて180度回転しても、4つの電極孔(13a,13a,13b,13b)は同じ配置となる。また、図7の(c)に示すように、2つの第3/アース電極孔(13b,13b)は、当接面13eにおいて配置中心Cを含む配置中心線P上における配置中心Cの上下位置に形成されている。一方、2つの第1/第2電極孔(13a,13a)は、配置中心線Pを中心として対称的に配置されている。即ち、電源アダプター13における4つの電極孔(13a,13a,13b,13b)は、電源プラグ12における3つの電極板14(14a,14b,14c)とアースピン15に対向する配置となり、電極板14とアースピン15により挿入されうる配置となっている。
また、図7に示す電源アダプター13において、上端と下端の位置に係止手段としての係止爪17が設けられている。電源アダプター13において上端と下端とにある係止爪17は、電源プラグ側の方向(図7の(b)における右側方向)に略平行に突設されており、その突出先端が互いに向かい合う方向に突出する突起17aを有している。電源プラグ12の接続端子である各電極(14a,14b,14c,15)が電源アダプター13の各電極孔(13a,13b)に挿入されたとき、突起17aが電源プラグ12の上下位置にある係止部12c(図5参照)の凹部に係合して、電源アダプター13が電源プラグ12と確実に一体化された装着状態となる。この装着状態において、電源アダプター13の上下にある係止爪17は、電源プラグ12の本体部12aを挟み付ける方向に押圧するように、例えばバネなどによる弾性部材が設けられており、電源アダプター13が電源プラグ12から外れない状態となっている。
電源アダプター13を電源プラグ12から外すときには、係止爪17に設けられた凸部を押圧して対向する係止爪17を開放する方向に開くことにより、係止爪17の突起17aが電源プラグ12の係止部12cの凹部から外れて、電源アダプター13が電源プラグ12から外すことができる状態となる。
実施の形態1における充電ケーブル1において、電源アダプター13を電源プラグ12に装着するとき、電源アダプター13は電源プラグ12に対して180度回転した位置でも装着可能に構成されている。以下、電源アダプター13が電源プラグ12に対して180度回転した位置で装着できる構成について説明する。
図8は、電源アダプター13の電極構造を示す断面図であり、電源プラグ12の接続端子が差し込まれる高電圧用電極受けの内部構造を示している。図8の断面図は図7の(c)に示した背面図に対応する。図8に示すように、電源アダプター13における高電圧用電極受けとしては、電源プラグ12の第1電極板14aまたは第2電極板14bを挟着して電気的に接続状態とする第1/第2電極受け20、および第2/第1電極受け21がある。また、電源プラグ12の第3電極板14cまたはアースピン15を挟着して電気的に接続状態とする第3/アース電極受け22、およびアース/第3電極受け23が設けられている。第3/アース電極受け22およびアース/第3電極受け23は、電源アダプター13の内部の電極構造において互いに接続状態となっており、接続板24により電気的に接続されている。
図7の(b)に示した電源アダプター13において、電源側である左側の面には、100V用電源に接続される2つの100V用の電極板18(18a,18b)、およびアースピン19が突設されている。電源アダプター13における第1電極板18aおよび第2電極板18bは、第1/第2電極受け20および第2/第1電極受け21に対してそれぞれが電気的に接続されている。即ち、電源アダプター13の内部の電極構造において、第1電極板18aが第1/第2電極受け20に電気的に接続されており、第2電極板18bが第2/第1電極受け21に電気的に接続されている。また、電源アダプター13において、電源側(100V側)に突設されたアースピン19は、第3/アース電極受け22およびアース/第3電極受け23に電気的に接続されている。従って、電源アダプター13における第3/アース電極受け22およびアース/第3電極受け23は、両方ともアース側の電極受けとなる。
図7の(c)に示すように、電源アダプター13には、電源プラグ12の第1電極板14aまたは第2電極板14bに挿入される2つの第1/第2電極孔13a,13a、および電源プラグ12の第3電極板14cまたはアースピン15に挿入される2つの第3/アース電極孔13b,13bが設けられている。電源アダプター13における電源プラグ12との当接面13e(電極孔の形成面)において、2つの第3/アース電極孔13b,13bは鉛直方向の配置中心線P上における上下位置に配設されている。また、2つの第1/第2電極孔13a,13aは、当接面13e(電極孔の形成面)において、鉛直方向の配置中心線Pに対して左右に対称の位置に形成されている。
また、第3/アース電極孔13bは、電源プラグ12の第3電極板14cおよびアースピン15のいずれもが挿入可能な形状を有する。なお、第1/第2電極孔13aは、挿入される第1電極板14aおよび第2電極板14bが同じ形状であるため、同じ形状を有する。第1/第2電極孔13aに挿入された第1電極板14aまたは第2電極板14bは、電源アダプター13の内部の高電圧用電極受けである第1/第2電極受け20または第2/第1電極受け21に対して電気的に確実に接続状態(挟着状態)となるように構成されている。
上記のように、電源プラグ12における第1電極板14aまたは第2電極板14bは、第1/第2電極孔13aに挿入され案内されて、第1/第2電極受け20または第2/第1電極受け21に電気的に接続される。また、電源プラグ12における第3電極板14aまたはアース電極15は、第3/アース電極孔13bに挿入され案内されて、第3/アース電極受け22またはアース/第3電極受け23に電気的に接続される。
上記のように、電源プラグ12が電源アダプター13に装着されたとき、電源プラグ12の第1電極板14aまたは第2電極板14bは、電源アダプター13において第1/第2電極受け20または第2/第1電極受け21を介して低電圧用電極板である第1電極板18aおよび第2電極板18bに電気的にそれぞれ接続され、且つ熱伝導可能な接触状態となる。このため、第1電極板14aおよび第2電極板14bの近傍に設けられたに温度センサ16からの温度情報は、電源アダプター13における充電電路の異常温度を検知できる温度情報となる。このため、コントロールユニット9内の制御部25は、温度センサ16からの温度情報により充電電路における異常温度を検知したとき、電気推進車両2の充電制御装置6に充電電流を低下させるようにパイロット信号を送信し、充電設備の電源から電気推進車両2への電力供給を低下させることが可能な構成となる。
また、図7の(c)に示すように、電源アダプター13においては、接続される電源プラグ12の本体部12aの当接側先端部分を包み込むように形成された円環状のスカート部13cが形成されている。スカート部13cの内面側には対向する方向に突出した2つの位置規制突起13d,13dが形成されている。
[電源プラグ12と電源アダプター13との接続]
図9および図10は、電源プラグ12と電源アダプター13との接続状態を説明する図である。図9において、(a)が電源プラグ12と電源アダプター13の接続直前の状態を示しており、(b)が電源プラグ12における高電圧用電極板14(14a,14b,14c)およびアースピン15の先端部分が電源アダプター13の電極孔(13a,13b)に対する挿入途中の状態を示しており、(c)が電源プラグ12と電源アダプター13の接続完了時(装着時)の状態を示している。図10においては、(a)が図9の(a)の接続直前に対応し、(b)が図9の(b)の挿入途中に対応し、そして(c)が図9の(c)の接続完了時に対応する状態を示している。図9は、電源プラグ12と電源アダプター13における右側面を示した図であり、図10は、電源プラグ12と電源アダプター13を下から見た裏面図である。
実施の形態1の構成において、電源プラグ12の本体部12aの両側面には位置規制溝12dが形成されており、これらの位置規制溝12dに電源アダプター13に形成された位置規制突起13d(図7の(c)参照)が嵌まるように構成されている。位置規制溝12dは、本体部12aの両側面における対向する位置(180度回転した反対側の位置)に設けられている。また、電源アダプター13においては、接続される電源プラグ12の本体部12aの当接側先端部分を包み込むように形成された円環状のスカート部13cが形成されており、スカート部13cの内側には対向する位置に位置規制突起13dが形成されている。これらの位置規制突起13dは、電源アダプター13が電源プラグ12に装着(接続)されるとき、電源プラグ12の本体部12aの両側面に形成された位置規制溝12dとそれぞれ係合するよう構成されている。従って、実施の形態1の構成においては、電源アダプター13が電源プラグ12に対して、位置規制突起13dが位置規制溝12dと係合可能な180度回転した二カ所の位置でのみ接続可能となる。
上記のように、実施の形態1の充電ケーブル1においては、電源プラグ12の接続端子の電極配置として、例えば、NEMA規格(National Electrical Manufacturers Association)におけるNEMA14-50(定格電圧240V、定格電流50A)が用いられている。従って、例えば、住宅用充電設備としては、三極の電極板(14a,14b,14c)とアースピン15が挿入される住宅用電源が想定されている。このようなアースピンを有する住宅用電源(100V/200V)において、アースピンの挿入口が電極の挿入口より上側となるように設置されている場合や、下側となるように設置されている場合がある。実施の形態1の電源プラグ12を屋内の住宅用電源A(200V用)に装着して充電する場合、アースピン挿入口が電極の挿入口より上側にあると、電源プラグ12は、アースピン15が上にある状態(図3に示した状態)で装着することができる。このとき、電源プラグ12の導出部12bからの電源側ケーブル8は、鉛直下方に導出する状態で配線される。
一方、アースピン挿入口が電極の挿入口より下側にある場合には、電源側ケーブル8が電源プラグ12から上方に導出するため、電源側ケーブル8などの自重により電源プラグ12に対して住宅用電源Aから抜ける方向の力が加わる。電源プラグ12は、三極の電極板(14a,14b,14c)とアースピン15の4箇所で住宅用電源A(200V用)に装着される。さらに、各電極板、アースピンが高電圧・高電流用であるため十分な大きさを有し、電源プラグ12に対してそのような住宅用電源Aから抜ける方向の力が加わっても抜けることはない。
次に、実施の形態1の電源プラグ12に電源アダプター13を装着した状態で、住宅用電源B(100V用)に装着して充電する場合について説明する。アースピン挿入口が電極の挿入口より上側にあると、電源プラグ12は、アースピン15が上にある状態(図9の(c)に示した状態)で電源アダプター13に装着することができる。このため、電源プラグ12の導出部12bからの電源側ケーブル8は、鉛直下方に導出する状態で配線される。
一方、アースピン挿入口が電極の挿入口より下側にある場合には、図9の(c)に示した状態では、電源側ケーブル8が電源プラグ12から上方に導出する。そのため、電源プラグ12と一体化された電源アダプター13、および電源アダプター13が挿入された電源に対して無用な荷重が加わる。電源アダプター13は、二極の電極板(18a,18b)とアースピン19の3箇所で住宅用電源B(100V用)に装着される。さらに、二極の電極板(18a,18b)とアースピン19は低電圧・低電流用であるため、電源プラグ12の電極板(14a,14b,14c)とアースピン15と比較するとかなり小さい。電源側ケーブル8が電源プラグ12から上方に導出して電源アダプター13に対して電源から抜ける方向の力が加わると、電源アダプター13が電源(B)から抜けることが考えられる。
しかし、実施の形態1の充電ケーブル1においては、電源プラグ12は180度回転した反対の位置で、電源アダプター13に装着することができる。アースピン挿入口が電極の挿入口より下側にある場合であっても、電源プラグ12の導出部12bからの電源側ケーブル8が、鉛直下方に導出する状態で配線することができる。そのため、電源プラグ12と一体化された電源アダプター13が電源(B)から抜けるなどの事故を抑制することが可能となる。
上記のように、実施の形態1の電源アダプター13の構成においては、電源プラグ12の第3電極板14cとアースピン15が挿入される高電圧用電極孔(第3/アース電極孔13b)は共用である。また、電源アダプター13の構成においては、電源プラグ12の第3電極板14cとアースピン15が電気的に接続される第3/アース電極受け22とアース/第3電極受け23は電気的に接続状態である。このため、電源プラグ12が電源アダプター13に対していずれの位置(180度回転した位置)に装着されても、電源プラグ12のアースピン15は、電源アダプター13のアースピン19と電気的に確実に接続状態となる。
従って、実施の形態1における充電ケーブル1を用いて充電を行う場合には、電源プラグ12の導出部12bが常に鉛直下方に導出するように、電源アダプター13に装着(接続)することが可能な構成である。
上記のように、実施の形態1の充電ケーブル1において、電源プラグ12および電源アダプター13が接続端子としてアースピン(15,19)を有し、当該アースピン(15,19)が充電電極となる接続端子より上側位置、または下側位置に配置されており、充電電極の接続端子より突出長さが長く設定されている。このため、実施の形態1の充電ケーブル1が電源(B)に接続された状態において、電源プラグ12と一体化された電源アダプター13が、電源(B)から抜け落ちることが抑制された構成となる。
図11は、実施の形態1の充電ケーブル1における主要な構成を示すブロック図である。図11に示すように、充電ケーブル1におけるコントロールユニット9には、マイクロコンピュータで構成された制御部25と、電源プラグ12に設けられた温度センサ16からの信号(温度情報)を受け取る電源プラグ温度検出部26と、電源プラグ12により供給された電源電圧情報を検知する電源電圧検知部27と、電源プラグ12と充電カプラ11との間の充電電路を開閉する開閉回路28(例えば、リレー)と、充電電路を流れる電流を監視して漏電を検出する漏電検出部29とを備えている。
制御部25においては、電源プラグ温度検出部26からの温度情報が入力されており、検出された温度情報に基づいて、充電動作が制御される。また、漏電検出部29が漏電を検出すると、制御部25は開閉回路28を介して充電電路を遮断し、電源から電気推進車両2への電力供給を中止する。
実施の形態1の充電ケーブル1においては、電源プラグ12における温度情報、電源プラグ12により供給された電源電圧情報などがコントロールユニット9の制御部25で検知されて、検知された情報に基づいて、制御部25がパイロット信号を形成する。制御部15は、形成されたパイロット信号を車両側ケーブル10を介して接続された電気推進車両2に送信する構成である。制御部25においては、電源電圧情報に応じて、例えばパイロット信号のデューティ比を変更して、電源から供給すべき充電電流などの充電情報を電気推進車両2へ送信する。
以上のように、実施の形態1の充電ケーブル1の構成は、規格の異なる充電設備の電源(100V/200V)に対応することが可能な充電ケーブル1および充電ケーブル1に用いる電源アダプターを提供することができるものである。上記のように、本開示に係る実施の形態1の充電ケーブル1においては、電源アダプター13に電圧を変換するような機構はなく、電源から供給された電力を充電ケーブル1を介して電気推進車両2に送電するものであり、電気推進車両2において供給された電力および充電情報に基づいて適切な充電動作が行われる構成である。
なお、実施の形態1の構成においては、電源プラグ12に温度検出手段である温度センサ16を用いて電源プラグ12および電源アダプター13の温度情報に基づいて充電動作を制御する構成ついて説明したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、本発明においては、電源側ケーブル8におけるコントロールユニット9との接続部分、車両側ケーブル10の充電カプラ11、および/または本体であるコントロールユニット9などの主要な構成要素に温度検出手段を用いて、それぞれの構成要素の温度情報に基づいて充電動作を制御してもよい。
充電ケーブル1を用いたときに生じる異常発熱は、充電設備の電源(電源コンセント)と電源プラグ12との接続部分、充電カプラ11と電気推進車両2のコネクタ7との接続部分、本体であるコントロールユニット9における充電電流が流れるパワーラインの接続端子間の接続部分などにおいて不完全な接触やトラッキング現象により発生する。したがって、温度検出手段(温度センサ16)は、異常発熱が発生する充電電路における各接続部分近傍に配設することが好ましい。
前述のように、電気推進車両2においては、充電ケーブル1のコントロールユニット9における制御部25から送信されてくるパイロット信号に基づき、バッテリ5への充電電流が制御される。実施の形態1の構成によれば、温度検出手段が異常発熱を検出すると、温度検出手段の検出温度に応じて、電気推進車両側において充電電流を可変設定することが可能である。したがって、例えば、電源プラグ12の温度が高くなった場合には、充電電流を小さくし、電源プラグ12の温度上昇を抑制した状態で、バッテリ5への充電を遮断するのではなく、継続することができる。これにより、充電時間を短縮できるばかりでなく、リレーなどの耐久性を向上させることができる。
また、電源プラグ12および/または充電カプラ11に第1の温度検出手段を配置するとともに、コントロールユニット9に第2の温度検出手段を配置することにより、制御部25が2つの第1/第2の温度検出手段の出力に基づいて電源プラグ12、電源アダプター13および/または充電カプラ11の不具合を判別することができ、機器の信頼性の向上につながる構成となる。
さらに具体的には、コントロールユニット9の制御部25は、温度検出手段で検出された温度が予め設定されている閾値に到達すると、波形を変更したパイロット信号を電気推進車両2に送信して、充電電流を下げるよう当該電気推進車両2に通知することにより、電源プラグ12の過熱を防止することができ、安全性をさらに向上させることが可能となる。
また、コントロールユニット9の制御部25は、温度検出手段で検出した温度が閾値に到達したとき、パルス幅を変更したパイロット信号を電気推進車両2に送信して、充電電流を無段階で下げるよう当該電気推進車両2に通知することによっても、同様の効果を奏することができる。
また、コントロールユニット9の制御部25は、温度検出手段で検出した温度が閾値に到達したとき、パイロット信号を用いて、充電電流を段階的に下げるよう電気推進車両2に通知してもよい。
また、コントロールユニット9の制御部25は、温度検出手段で検出された温度が閾値に到達したとき、振幅を変更したパイロット信号を電気推進車両に送信して、充電電流を下げるよう当該電気推進車両2に通知するようにしてもよい。
また、コントロールユニット9の制御部25は、温度検出手段で検出された温度を演算することにより、閾値に到達しないように、事前に振幅を徐々に変更したパイロット信号を電気推進車両2に送信して、充電電流を下げるよう当該電気推進車両2に通知するようにしてもよい。
さらに、前述の各制御方法に加えて、温度検出手段で検出された温度が閾値に到達したとき、最終的に充電電路を遮断する方式としてもよい。
なお、上記の実施の形態において説明した構成のうちの任意の構成を適宜組み合わせることにより、それぞれが有する優れた効果を奏することができる。
本開示は、添付図面を参照しながら好ましい実施の形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本開示の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
本開示に係る充電ケーブルは、規格の異なる充電設備における電源に対して簡単な構成で容易に対応することが可能となり、少なくとも走行用バッテリを搭載して走行する電気推進車両用の充電ケーブルとして有用である。
1 電気推進車両用充電ケーブル(充電ケーブル)
2 電気推進車両
3 走行用モータ
4 インバータ
5 バッテリー
6 充電制御装置
7 コネクタ
8 電源側ケーブル
9 コントロールユニット
10 車両側ケーブル
11 充電カプラ
12 電源プラグ
12a 本体部
12b 導出部
12c 係止部(係止手段)
12d 位置規制溝
12e 当接面
13 電源アダプター
13a 第1/第2電極孔
13b 第3/アース電極孔
13c スカート部
13d 位置規制突起
13e 当接面
14 電極板(200V用)
14a 第1電極板
14b 第2電極板
14c 第3電極板
15 アースピン
16 温度センサ(温度検出手段)
17 係止爪(係止手段)
18 電極板(100V用)
18a 第1電極板
18b 第2電極板
19 アースピン
20 第1/第2電極受け
21 第2/第1電極受け
22 第3/アース電極受け
23 アース/第3電極受け
24 接続板
25 制御部
26 電源プラグ温度検出部
27 電源電圧検知部
28 開閉回路
29 漏電検出部

Claims (10)

  1. 充電設備の電源に接続される電源プラグを一端に有し、他端にコントロールユニットを介して電気推進車両に着脱自在に接続される充電カプラを有する電気推進車両用充電ケーブルにおいて、
    前記電源プラグが三極の高電圧用電極と高電圧用アースピンとを有する電極構造を有し、前記三極の高電圧用電極のうち二極の高電圧用電極を使用して電気推進車両のバッテリに充電するために使用される電気推進車両用充電ケーブルであって、
    前記三極の高電圧用電極と前記高電圧用アースピンが接続される電極受けを有し、前記電源プラグの電極構造と規格が異なる電源に対応する電極構造の接続端子を有する電源アダプターを備え
    前記電源アダプターの接続端子は、前記電源プラグの電極構造と規格が異なる二極の低電圧用電極と低電圧用アースピンとを有する電極構造を持ち、
    前記電源アダプターにおいて、前記電源プラグにおける前記三極の高電圧用電極のうち充電電極として使用されない一極の高電圧用電極が接続される電極受けと、前記高電圧用アースピンが接続される電極受けとが互いに電気的に接続されており、
    前記二極の低電圧用電極が、前記電源プラグにおける前記三極の高電圧用電極のうち充電電極として使用される二極の高電圧用電極とそれぞれ接続される2つの電極受けにそれぞれ電気的に接続された
    電気推進車両用充電ケーブル。
  2. 前記電源アダプターにおいては、前記電源プラグにおける前記三極の高電圧用電極と前記高電圧用アースピンとが挿入されてそれぞれの電極受けに導く4つの電極孔を有し、
    前記電源プラグとの当接面において、前記4つの電極孔が対称的に配置され、
    前記4つの電極孔において、前記充電電極として使用されない前記一極の高電圧用電極が接続される電極受けに導く電極孔と、前記高電圧用アースピンが接続される電極受けに導く電極孔とは実質的に同じ形状を有する請求項に記載の電気推進車両用充電ケーブル。
  3. 前記電源アダプターは、前記電源プラグとの当接面において、前記4つの電極孔に対する配置中心に対して180度回転した位置で前記電源プラグに装着されるように構成された請求項に記載の電気推進車両用充電ケーブル。
  4. 前記電源アダプターは、前記充電電極として使用されない前記一極の高電圧用電極が接続される電極受けに導く電極孔と、前記高電圧用アースピンが接続される電極受けに導く電極孔とが、前記当接面に含まれる配置中心線の上に配設されており、
    前記充電電極として使用される二極の高電圧用電極のそれぞれに接続される電極受けに導く2つの電極孔が、前記配置中心線の両側に対称的に配置された請求項に記載の電気推進車両用充電ケーブル。
  5. 前記電源アダプターは、装着された電源プラグに対して係合する係止手段を有する請求項1乃至のいずれか一項に記載の電気推進車両用充電ケーブル。
  6. 充電設備の電源に接続される電源プラグを一端に有し、他端にコントロールユニットを介して電気推進車両に着脱自在に接続される充電カプラを有する電気推進車両用充電ケーブルにおいて、
    前記電源プラグが三極の高電圧用電極と高電圧用アースピンとを有する電極構造を有し、前記三極の高電圧用電極のうち二極の高電圧用電極を使用して電気推進車両のバッテリに充電するために使用される電気推進車両用充電ケーブルに装着される電源アダプターであって、
    前記三極の高電圧用電極と前記高電圧用アースピンが接続される電極受けを有し、前記電源プラグの電極構造と規格が異なる電源に対応する電極構造の接続端子を有
    前記電源アダプターの接続端子は、前記電源プラグの電極構造と規格が異なる二極の低電圧用電極と低電圧用アースピンとを有する電極構造を持ち、
    前記電源プラグにおける前記三極の高電圧用電極のうち充電電極として使用されない一極の高電圧用電極が接続される電極受けと、前記高電圧用アースピンが接続される電極受けとが互いに電気的に接続されており、
    前記二極の低電圧用電極が、前記電源プラグにおける前記三極の高電圧用電極のうち充電電極として使用される二極の高電圧用電極とそれぞれ接続される2つの電極受けにそれぞれ電気的に接続された
    電気推進車両用充電ケーブルに装着される電源アダプター。
  7. 前記電源プラグにおける前記三極の高電圧用電極と前記高電圧用アースピンとが挿入されてそれぞれの電極受けに導く4つの電極孔を有し、
    前記電源プラグとの当接面において、前記4つの電極孔が対称的に配置され、
    前記4つの電極孔において、前記充電電極として使用されない前記一極の高電圧用電極が接続される電極受けに導く電極孔と、前記高電圧用アースピンが接続される電極受けに導く電極孔とは実質的に同じ形状を有する請求項に記載の電源アダプター。
  8. 前記電源プラグとの当接面において、前記4つの電極孔に対する配置中心に対して180度回転した位置で前記電源プラグに装着されるように構成された請求項に記載の電源アダプター。
  9. 前記充電電極として使用されない前記一極の高電圧用電極が接続される電極受けに導く電極孔と、前記高電圧用アースピンが接続される電極受けに導く電極孔とが、前記当接面に含まれる配置中心線の上に配設されており、
    前記充電電極として使用される二極の高電圧用電極のそれぞれに接続される電極受けに導く2つの電極孔が、前記配置中心線の両側に対称的に配置された請求項に記載の電源アダプター。
  10. 装着された電源プラグに対して係合する係止手段を有する請求項乃至のいずれか一項に記載の電源アダプター。
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