JP2007066855A

JP2007066855A - 電源の安全プラグ装置

Info

Publication number: JP2007066855A
Application number: JP2005255251A
Authority: JP
Inventors: Masato Sakurai; 正人桜井
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2005-09-02
Filing date: 2005-09-02
Publication date: 2007-03-15
Anticipated expiration: 2025-09-02
Also published as: JP4732077B2

Abstract

【課題】安全プラグをリリースする際の放電に対する安全を確保すると共に、意図しない再接続を防止する。
【解決手段】プラグ１０がソケット１から離脱すると、コネクタ端子１１，１２が接触子３，５から乖離すると同時に、コネクタ端子１１，１２と接触子３，５との間をリリースコイル２０の封止体２２が覆う。これにより、コネクタ端子１１，１２と接触子３，５との乖離に伴う放電アークの発生が抑制され、また、放電アークが生じても、放電アークの火花が外部へ飛び出ることがなく、防爆構造を実現して安全を確保することができる。しかも、プラグ１０をソケット１からリリースさせた後は、コネクタ端子１１，１２と接触子３，５との間に封止体２２が介在するため、プラグ１０が自重によって下降してコネクタ端子１１，１２が接触子３，５に接触するといったことがなく、意図しない再接続を確実に防止することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、電源回路の中途に電気的に介挿される一対の接触子と一対の端子とを接続・乖離する電源の安全プラグ装置に関する。

一般に、ハイブリッド車や電気自動車等の主電源装置は、走行用モータ等の駆動のため、複数のセルを筐体内で並列及び直列に接続して直流高電圧電源として構成されており、点検作業時や整備作業時の感電・電撃を防止して安全性を確保するため、高電圧回路を機械的に切断するための安全プラグを備えている。

このような安全プラグは、例えば、特許文献１に開示されているように、高電圧バッテリの中間部に直列に介装され、これをバッテリ回路から乖離することで、高電圧回路が機械的に切断状態となる。この安全プラグの機能は、主に製造時や整備点検上の安全確保のために備わっているが、高電圧バッテリ搭載車両が事故等の非常事態に陥ったときの救助作業においても、高電圧バッテリ回路を確実に遮断状態にするため、安全プラグを抜いての救助作業が実施されている。

以上の安全プラグにおいては、高電圧電源回路が活線時に安全プラグを強制的に抜去するときの放電を考慮し、事故等により発生した可燃性ガスに注意して作業を慎重に行う必要がある。このため、特許文献２には、バッテリ回路に１つのメイン接点を設けると共に、直列接続されたバッテリの間にサブ接点を介装し、加速度センサから所定の信号が入力された場合は、先ず、メイン接点を遮断し、次いで、各サブ接点を遮断することで事故時の安全性を向上する技術が開示されている。
特開平７−２１２９１８号公報特開平７−１７０６０２号公報

しかしながら、事故時を想定して多数の機械的接点を回路中に挿入することは経済的にもレイアウト的にも不利であるばかりでなく、事故発生時においては、その衝撃等によってリレースイッチがＯＦＦされない可能性がある。従って、電源側から負荷側への通電が継続されたままの状態で安全プラグの抜去作業が行われると、放電によるアークが発生して不具合が発生する虞があるばかりでなく、中途半端な抜去状態で作業を開始すると、安全プラグが自重等によって勝手に再接触してしまい、思わぬ事態を招く虞がある。このような問題は、通常のメンテナンス時にも同様に注意すべき問題である。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、リリースする際の放電に対する安全を確保すると共に、意図しない再接続を防止することのできる電源の安全プラグ装置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、本発明による電源の安全プラグ装置は、電源回路の中途に介挿される一対の接触子を有するソケットと、各接触子にそれぞれ対応した各端子を有し、上記ソケットへの装着時に各端子が各接触子に電気的に接触する一方、上記ソケットからの離脱時に各端子が各接触子から電気的に乖離するプラグとを備えた電源の安全プラグ装置において、上記ソケットと上記プラグとの間に、離脱方向に付勢力を生じる弾性体を絶縁材で被覆して伸縮自在に配設され、該絶縁材で上記接触子と上記端子とを内部に封止するリリースコイルを備えたことを特徴とする。

本発明による電源の安全プラグ装置は、リリースする際の放電に対する安全を確保すると共に、不用意な再接続を防止することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図６は本発明の実施の第１形態に係わり、図１は安全プラグの分解説明図、図２はリリースコイルの説明図、図３はセット状態の安全プラグを示す説明図、図４はリリース状態の安全プラグを示す説明図、図５は変形例を示し、安全プラグをセットする場合の説明図、図６は変形例の安全プラグをリリースする場合の説明図である。

図１において、符号５０は、ハイブリッド自動車や電気自動車等に搭載される電源装置の安全プラグであり、電源回路の中途を電気的に分断する位置に介挿される。電源装置は、例えば、リチウムイオン電池や電気二重層キャパシタ等の蓄電体セル或いは燃料電池セル等の発電体セルを複数個接続してモジュール化し、更に複数組のモジュールを接続してパッケージ化した直流高電圧電源として構成される。

安全プラグ５０は、このような高電圧電源の高圧回路の中途に、適宜設定された数及び位置（例えば、２８８Ｖの高電圧電源に対して１４４Ｖで等分する位置や、７２Ｖで４等分する位置）で介挿され、高電圧回路を電気的に分断して低電圧化することができる。この安全プラグ５０は、電源回路に電気的に介挿されたソケット１と、ソケット１に脱着されて電気的接点を形成し、電源回路を電気的に閉開するプラグ１０と、ソケット１とプラグ１０との脱着に応じて伸縮するリリースコイル２０とを主として構成されている。

ソケット１は、電源回路の中途を電気的に分断する位置に介挿され、＋極側のターミナル板２に立設されたピン状の接触子３と、−極側のターミナル板４に立設されたピン状の接触子５とが絶縁体からなるソケットケース６によって囲繞されて構成されている。ソケットケース６は、電源装置の筺体の一部として形成される等して、中央部にプラグ１０を装脱する際の案内となる絶縁体からなるガイドシャフト７が立設されている。

プラグ１０は、ソケット１の＋極側の接触子３が挿入・嵌合される円筒状のコネクタ端子１１と、−極側の接触子５が挿入・嵌合される円筒状のコネクタ端子１２とを共通のターミナル板１３に立設して構成されている。ターミナル板１３は、コネクタ端子１１，１２を互いに電気的に接続する共通の部材であり、表側（コネクタ端子１１，１２と反対側）に蓋状のカバー１４が装着されている。カバー１４には、手動操作或いはワイヤやリンク等を介したアクチュエータによってコネクタ端子１１，１２の接触子３，５に対する抜き差しを行うための外部連結用のリング１５が取り付けられている。

これにより、プラグ１０のソケット１への装着時には、ソケット１の＋極側のターミナル板２及び接触子３からプラグ１０のコネクタ端子１１及びターミナル板１３への電気的な経路が形成され、更にプラグ１０のターミナル板からコネクタ端子１２を経てソケット１の−極側の接触子５を経てターミナル板４に至る電気的経路が形成されて、電源回路の中途に介挿されたバスバーとして役割を果たす。一方、ソケット１からプラグ１０が抜去されたときには、ソケット１の＋極側のターミナル板２と−極側のターミナル板４との間の電気的経路を切断する回路遮断装置としての機能を果たして安全を確保する。

この回路遮断における接触子３，５とコネクタ端子１１，１２との乖離は、リリースコイル２０によって補助される。リリースコイル２０は、プラグ１０のソケット１からの離脱（リリース）方向に付勢力を生じる弾性体としてのコイルバネ２１を絶縁性材料からなる伸縮自在な封止体２２によって被覆して形成され、ソケット１の＋極側のターミナル板２とプラグ１０のターミナル板１３との間で接触子３及びコネクタ端子１１の外周を覆って封止する位置、ソケット１の−極側のターミナル板４とプラグ１０のターミナル板１３との間で接触子５及びコネクタ端子１２の外周を覆って封止する位置との２箇所に配設されている。

尚、図１においては、ガイドシャフト７の先端面に当接するストッパ３１を中央に立設したアダプタ３０がターミナル板１３に装着され、このアダプタ３０にリリースコイル２０のプラグ１０側の座面が当接される。アダプタ３０は省略可能であり、カバー１４の中央部からストッパ３１を延出するようにしても良い。

コイルバネ２１を被覆する封止体２２は、図２（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、円筒形状の中央部に、径方向に拡開・復帰が可能な空間部２２ａを有する弁としての機能を有している。この弁としての機能は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、空間部２２ａの接触子３，５及びコネクタ端子１１，１２の挿入による拡開と抜去による復元とによって実現される。つまり復元とは弁が閉じた状態である。具体的には、例えば、軟性のゴム材等でコイルバネ２１に沿って成形した蛇腹構造、コイルバネ２１の径方向に設けたスリットや軸方向に配列したフィン状の膜による弁膜構造、更には、空間部２２ａを除く全体を発泡ゴムで埋めた構造等によって形成される。

以上の構成を有する安全プラグ５０は、図３に示すように、ソケット１に、ガイドシャフト７とアダプタ３０のストッパ３１とが当接するまでプラグ１０を挿入してセットする。このセット状態では、コネクタ端子１１に接触子３が挿入されると共にコネクタ端子１２に接触子５が挿入されて電気的接続が確立し、また、リリースコイル２０が軸方向に圧縮されて、ソケットケース６の内壁面とプラグ１０のカバー１４の側壁との嵌合によって保持されている。また、このとき、接触子３及びコネクタ端子１１の周囲、接触子５及びコネクタ端子１２の周囲はリリースコイル２０によって封止されており、防水構造を形成している。

そして、プラグ１０がリング１５を把持して手動で牽引、或いは、リング１５に連結されたワイヤやリンクを介して機械的に牽引されると、リリースコイル２０のコイルバネ２１に蓄えられた圧縮エネルギーによってプラグ１０がソケット１から離脱する方向に押し上げられ、図４に示すように、コネクタ端子１１，１２が接触子３，５から抜去されて電源内の回路が切断される。このとき、リリースコイル２０のコイルバネ２１を被覆する封止体２２の弁としての機能により、コネクタ端子１１，１２が接触子３，５から乖離すると同時に、コネクタ端子１１，１２と接触子３，５との間に生じる領域（図４に横線のハッチングで示す領域）を、封止体２２が覆うように作用する。

この封止体２２の弁作用により、コネクタ端子１１，１２と接触子３，５との乖離に伴う放電アークの発生が抑制され、また、放電アークが生じても、接触子３及びコネクタ端子１１の周囲、接触子５及びコネクタ端子１２の周囲が封止されているため、放電アークの火花が外部へ飛び出ることがなく、防爆構造を実現して安全を確保することができる。しかも、プラグ１０をソケット１からリリースさせた後は、コネクタ端子１１，１２と接触子３，５との間に封止体２２が介在するため、プラグ１０が自重によって下降してコネクタ端子１１，１２が接触子３，５に接触するといったことがなく、意図しない再接続を確実に防止することができる。

図５は、リリース後の再接続を更に確実に防止するため、ソケット１側のソケットケース６の一部、プラグ１０側のカバー１４の一部を変更するものである。すなわち、ソケットケース６の開口端に、外壁側から内側に向かって傾斜・下降し、内部に突出する爪部６ａを設けると共に、カバー１４側壁の先端に、爪部６ａの傾斜に沿った傾斜面を有する爪部１４ａを設ける。

そして、ソケットケース６の爪部６ａの傾斜面にカバー１４側壁の爪部１４ａの傾斜面を当接してプラグ１０をソケット１に押圧すると、図５に矢印で示すように、爪部６ａ，１４ａの楔作用によってソケットケース６側壁が弾性変形してプラグ１０がソケット１内に挿入され、プラグ１０がセットされる。この状態では、図６に示すように、カバー１４の肩部にソケットケース６の爪部６ａが係合しており、コイルバネ２１による開放力によってプラグ１０が抜けることはない。

ソケット１にセットされたプラグ１０をリリースする場合には、図６に示す治具４０を用いてソケットケース６の爪部６ａを押圧して拡開させることにより、プラグ１０をリリースすることができる。このリリース状態では、前述した封止体２２とソケットケース６の爪部６ａとにより、確実に意図しない再接続を防止することができる。

次に、本発明の実施の第２形態について説明する。図７及び図８は本発明の実施の第２形態に係り、図７は安全プラグ及び駆動系を示す説明図、図８は他の安全プラグ及び駆動系を示す説明図である。

第２形態は、アクチュエータを用いて安全プラグの装着（プラグイン；安全プラグのセット）・抜去（プラグアウト；安全プラグのリリース）の少なくとも一方を自動的に行う例を示すものである。

図７に示す安全プラグ５０Ａは、第１形態の安全プラグ５０と基本的に同様の構成であるが、アクチュエータ６０を連結するために若干の変更を加えている。すなわち、安全プラグ５０は、アダプタ３０を用いずにカバー１４の中央部からストッパ３１を延出し、このストッパ３１に連結部材６１を介してアクチュエータ６０を連結する。ガイドシャフト７には、連結部材６１を挿通するための孔を設け、また、接触子３，５の基部、コネクタ端子１１，１２の開口端には、それぞれ、調芯のためのテーパを設けている。

連結部材６１としては、ロッドやワイヤ等を用いることができる（但し、ワイヤの場合には、プラグインが主となる）。また、連結部材６１には、レバー６２を設けることで、手動によるプラグイン・プラグアウトも可能なようにする。アクチュエータ６０は、図示しない制御装置によって制御され、例えば、加速度センサ等によって車両の衝突等を検出したとき、制御装置によってアクチュエータ６０が駆動され、連結部材６１を介して安全プラグ５０Ａをプラグアウトさせ、電源回路を遮断して安全を確保する。

一方、図８に示す安全プラグ５０Ｂは、第１形態の安全プラグ５０のガイドシャフト７に、ボールネジ等によるリニアアクチュエータ７０を取り付け、このリニアアクチュエータ７０をラッチ回路７１によって駆動するものである。ラッチ回路７１は、前述したように、加速度センサ等からの信号を処理する制御装置からの指令に応じてリニアアクチュエータ７０を進退動作させ、安全プラグ５０Ｂをプラグアウト（プラグイン）させる。

第２形態では、第１形態と同様、リリースコイル２０によって防水・防爆構造を実現し、リリースした後の意図しない再接続を確実に防止することができると共に、制御システムを介した遠隔操作でのプラグアウトによる安全確保や遠隔操作でのプラグインによる電源復旧が可能となり、より効率的に電源システムを管理することができる。

本発明の実施の第１形態に係り、安全プラグの分解説明図同上、リリースコイルの説明図同上、セット状態の安全プラグを示す説明図同上、リリース状態の安全プラグを示す説明図同上、変形例を示し、安全プラグをセットする場合の説明図同上、変形例の安全プラグをリリースする場合の説明図本発明の実施の第２形態に係り、安全プラグ及び駆動系を示す説明図同上、他の安全プラグ及び駆動系を示す説明図

符号の説明

１ソケット
３，５接触子
１０プラグ
１１，１２コネクタ端子
２０リリースコイル
２１コイルバネ
２２封止体
５０，５０Ａ，５０Ｂ安全プラグ
６０，７０アクチュエータ

Claims

電源回路の中途に介挿される一対の接触子を有するソケットと、各接触子にそれぞれ対応した各端子を有し、上記ソケットへの装着時に各端子が各接触子に電気的に接触する一方、上記ソケットからの離脱時に各端子が各接触子から電気的に乖離するプラグとを備えた電源の安全プラグ装置において、
上記ソケットと上記プラグとの間に、離脱方向に付勢力を生じる弾性体を絶縁材で被覆して伸縮自在に配設され、該絶縁材で上記接触子と上記端子とを内部に封止するリリースコイルを備えたことを特徴とする電源の安全プラグ装置。
上記リリースコイルは、内部に上記接触子及び上記端子が挿入されたときに上記絶縁材が拡開し、上記接触子と上記端子とが乖離したとき、上記絶縁材が復元して上記接触子と上記端子との間を覆う弁構造を備えることを特徴とする請求項１記載の電源の安全プラグ装置。
上記プラグの上記ソケットへの装着と上記プラグの上記ソケットからの離脱との少なくとも一方を遠隔操作可能なアクチュエータを、上記プラグに連設したことを特徴とする請求項１又は２記載の電源の安全プラグ装置。