JP2018133238A - 充電インレット - Google Patents

Abstract

【課題】感電を防止した上で車両の走行またはバッテリの充電を可能とすること。【解決手段】ＤＣ充電インレット１０７に接続されるＤＣ充電コネクタ１５は、外部電源から供給されて高圧バッテリ２５に充電される電流が流れるピン５’，６’を有する。一方で、ＤＣ充電インレット１０７は、ピン５’，６’にそれぞれ対応する端子５，６を有する。そして、ＤＣ充電インレット１０７においては、ＤＣ充電コネクタ１５をＤＣ充電インレット１０７に嵌める操作である第一の操作前には、端子５，６が高圧バッテリ２５と接続されておらず、ＤＣ充電コネクタ１５に対する第二の操作であって、第一の操作に後続する第二の操作によって、端子５，６が高圧バッテリ２５と接続される。【選択図】図２

Description

本発明は、充電インレットに関する。

近年、ＥＶ（Electric Vehicle）及びＰＨＶ（Plug-in Hybrid Vehicle）等の充電可能な自動車（以下では「充電可能車」と呼ぶことがある）が数多く開発されている。充電可能車にはモータと定格電圧が２００Ｖ程度の高圧バッテリとが搭載され、充電可能車は、この高圧バッテリに充電された電力によってモータが駆動されることによりモータによる走行が可能となる。また、充電可能車には、ＤＣ充電により急速充電が可能なものがある。

充電可能車において、高圧バッテリとモータとは、昇圧コンバータ及びインバータを介して接続される。昇圧コンバータは、高圧バッテリから供給される電力の電圧（例えば２００Ｖ）をモータの定格電圧（例えば５００Ｖ）へ昇圧する。インバータは、昇圧コンバータでの昇圧後の電力を直流から交流に変換し、変換後の交流の電力をモータへ供給する。

さらに、充電可能車において、高圧バッテリと昇圧コンバータとは、リレーを介して接続される。以下では、高圧バッテリと昇圧コンバータとの間に設置されるリレーを「高圧リレー」と呼ぶことがある。高圧リレーが閉成されているときは、高圧バッテリから出力された電力が昇圧コンバータへ供給される一方で、高圧リレーが開放されているときは、高圧バッテリから出力された電力は昇圧コンバータへ供給されない。

また、充電可能車は、ＤＣ充電時にＤＣ充電のコネクタ（以下では「ＤＣ充電コネクタ」と呼ぶことがある）を車両外部から接続されるインレット（以下では「ＤＣ充電インレット」と呼ぶことがある）を有する。ＤＣ充電インレットは、ＤＣ充電インレットと高圧リレーとの間に設置されたリレー（以下では「ＤＣ充電リレー」と呼ぶことがある）と、高圧リレーとを介して高圧バッテリに接続される。ＤＣ充電リレー及び高圧バッテリが閉成されているときは、ＤＣ充電インレットから出力された電力が高圧バッテリへ供給されて高圧バッテリが充電可能な一方で、ＤＣ充電リレーまたは高圧リレーが開放されているときは、ＤＣ充電インレットから出力された電力は高圧バッテリへ供給されず、高圧バッテリは充電されない。

特開２０１６−１８７２６１号公報

充電可能車において、ＤＣ充電リレーに対する開放及び閉成の制御を行うＥＣＵ（Electronic Control Unit）に故障が発生すると、ＤＣ充電リレーが閉成状態のまま固着されてしまう可能性がある。以下では、リレーに対する開放及び閉成の制御を「開閉制御」と呼ぶことがある。一方で、充電可能車を走行させるためには、高圧リレーを閉成させる必要がある。ここで、ＤＣ充電リレーに閉成固着が発生してＤＣ充電リレーが閉成されたままで、充電可能車の走行時に高圧リレーが閉成されると、高圧バッテリから出力された電力が昇圧コンバータへ供給されるとともに、ＤＣ充電インレットへも供給されてしまう。充電可能車の走行時には、ＤＣ充電インレットにはＤＣ充電コネクタが接続されていないため、ＤＣ充電インレットがＤＣ充電コネクタとの接続のために有する接続端子（以下では「充電接続端子」と呼ぶことがある）が車外に露出してしまう可能性がある。従来、充電接続端子はＤＣ充電リレーと常に接続されていたため、ＤＣ充電リレーが閉成されたままで高圧リレーが閉成されると、車外に露出した充電接続端子に人体の一部が接触した場合等には、感電が発生してしまう可能性がある。

一方で、ＤＣ充電リレーに閉成固着が発生したときに、高圧リレーを開放させることにより、充電接続端子への接触による感電を防止することができる。しかし、高圧リレーを開放すると、感電を防止することはできるが、モータによる走行ができなくなってしまうとともに、高圧バッテリの充電ができなくなってしまう。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、感電を防止した上で車両の走行またはバッテリの充電を可能とすることを目的とする。

開示の態様では、外部電源から供給されてバッテリに充電される電流が流れる第一端子を有する充電コネクタが接続される充電インレットが、前記第一端子に対応する第二端子を備える。前記充電インレットにおいては、前記充電コネクタを前記充電インレットに嵌める操作である第一の操作前には、前記第二端子が前記バッテリと接続されておらず、前記充電コネクタに対する第二の操作であって、前記第一の操作に後続する前記第二の操作によって、前記第二端子が前記バッテリと接続される。

開示の態様によれば、感電を防止した上で車両の走行またはバッテリの充電が可能となる。

図１は、実施例１の車両電源システムの構成例を示す図である。 図２は、実施例１のＤＣ充電インレットの構造例を示す図である。 図３は、実施例１のＤＣ充電インレットの構造例を示す図である。

以下に、本願の開示する充電インレットの実施例を図面に基づいて説明する。なお、この実施例により本願の開示する充電インレットが限定されるものではない。例えば、以下の説明では充電方式としてCHAdeMO（登録商標）を一例に挙げて説明するが、本願の開示する充電インレットは、CHAdeMO（登録商標）以外の充電方式（例えばCombined Charging System等）にも適用可能である。また、以下の説明ではＤＣ充電を一例に挙げて説明するが、本願の開示する充電インレットは、ＡＣ充電にも適用可能である。また、以下の実施例において同一の構成には同一の符号を付す。

［実施例１］
＜車両電源システムの構成＞
図１は、実施例１の車両電源システムの構成例を示す図である。図１において、車両電源システム２１は、高圧バッテリ２５と、高圧リレー１０１−１，１０１−２と、ＰＣＵ２２と、ＤＣ充電リレー１０６−１，１０６−２と、ＤＣ充電インレット１０７と、制御部１１２とを有する。ＰＣＵ２２にはモータ２６が接続される。車両電源システム２１及びモータ２６は、充電可能車に搭載される。高圧バッテリ２５の定格電圧は例えば２００Ｖであり、モータ２６の定格電圧は例えば５００Ｖである。高圧リレー１０１−１，１０１−２、及び、ＤＣ充電リレー１０６−１，１０６−２は、「開閉器」の一例である。以下では、高圧リレー１０１−１，１０１−２を区別しない場合には高圧リレー１０１と総称し、ＤＣ充電リレー１０６−１，１０６−２を区別しない場合にはＤＣ充電リレー１０６と総称することがある。

ＰＣＵ２２は、昇圧コンバータ１０３と、インバータ１０４とを有する。

高圧リレー１０１が閉成されているとき、昇圧コンバータ１０３は、高圧バッテリ２５から出力される電力の電圧（例えば２００Ｖ）をモータ２６の定格電圧（例えば５００Ｖ）へ昇圧し、昇圧後の電力をインバータ１０４へ出力する。

インバータ１０４は、昇圧コンバータ１０３での昇圧後の電力を直流から交流に変換し、変換後の交流の電力をモータ２６へ供給する。

モータ２６は、インバータ１０４での変換後の交流の電力によって駆動される。

ＤＣ充電インレット１０７とＤＣ充電リレー１０６−１とは電源ケーブルＡＦによって接続され、ＤＣ充電インレット１０７とＤＣ充電リレー１０６−２とは電源ケーブルＢＥによって接続される。また、ＤＣ充電インレット１０７と制御部１１２とは信号ラインＣによって接続される。

制御部１１２は、高圧リレー１０１及びＤＣ充電リレー１０６の開閉制御を行う。

＜車両電源システムの動作＞
以下、車両電源システム２１の動作例について、ＤＣ充電時の動作（動作例１）と、走行時の動作（動作例２）とに分けて説明する。車両電源システム２１が搭載される車両は、モータ２６を駆動させる「走行モード」、または、モータ２６を駆動させない「非走行モード」の何れかで起動される。ＤＣ充電が行われる際には、車両電源システム２１が搭載される車両は「非走行モード」で起動される。一方で、走行の際には、車両電源システム２１が搭載される車両は「走行モード」で起動される。つまり、以下の動作例１は、車両電源システム２１が搭載される車両が「非走行モード」で起動される場合の動作例であり、以下の動作例２は、車両電源システム２１が搭載される車両が「走行モード」で起動される場合の動作例である。なお、動作例１及び動作例２の何れでも、起動前の初期状態において、高圧リレー１０１及びＤＣ充電リレー１０６は開放されている。

＜動作例１：ＤＣ充電時の動作＞
ＤＣ充電インレット１０７にＤＣ充電コネクタが接続されると、ＤＣ充電インレット１０７から信号ラインＣを介して制御部１１２へＤＣ充電コネクタ接続検出信号が入力される。このＤＣ充電コネクタ接続検出信号に応じて、制御部１１２は、高圧リレー１０１及びＤＣ充電リレー１０６を開放状態から閉成状態にする。

高圧リレー１０１及びＤＣ充電リレー１０６が閉成されることで、ＤＣ充電コネクタからＤＣ充電インレット１０７を介して供給される電圧２００Ｖの電力は、ＤＣ充電リレー１０６及び高圧リレー１０１を通って高圧バッテリ２５に充電される。

＜動作例２：走行時の動作＞
車両のイグニッションスイッチ（図示省略）がオンになると、車両電源システム２１が搭載される車両が「走行モード」で起動される。車両が「走行モード」で起動されると、制御部１１２は、高圧リレー１０１を開放状態から閉成状態にする。

高圧リレー１０１が閉成されることで、高圧バッテリ２５から出力された電力が昇圧コンバータ１０３及びインバータ１０４を介してモータ２６へ供給されるため、モータ２６による車両の走行が可能となる。

＜ＤＣ充電インレットの構造＞
図２及び図３は、実施例１のＤＣ充電インレットの構造例を示す図である。図２には、ＤＣ充電インレット１０７がＤＣ充電リレー１０６に接続されていないときの状態（以下では「状態１」と呼ぶことがある）を示し、図３には、ＤＣ充電インレット１０７がＤＣ充電リレー１０６に接続されているときの状態（以下では「状態２」と呼ぶことがある）を示す。

図２及び図３に示すように、図１に示す電源ケーブルＡＦは、電源ケーブルＡと電源ケーブルＦとに二分割されている。同様に、図１に示す電源ケーブルＢＥは、電源ケーブルＢと電源ケーブルＥとに二分割されている。

また、図２及び図３において、ＤＣ充電インレット１０７は、ソケット１〜１０を有する。ソケット１〜１０は、ＤＣ充電インレット１０７が有する「端子」の一例であり、メス端子に相当する。ソケット１〜１０のうち、ソケット５には電源ケーブルＥが接続され、ソケット６には電源ケーブルＦが接続されている。また、ソケット１〜４及びソケット７〜１０には、信号ラインＣ（図１）を介して、常に制御部１１２が接続されている。よって、ソケット１〜１０のうち、ソケット５，６は高い電圧が印加される「高圧端子」に該当し、ソケット１〜４及びソケット７〜１０は、ソケット５，６に印加される電圧よりも低い電圧が印加される「低圧端子」に該当する。

ＤＣ充電コネクタ１５は、ＤＣ充電インレット１０７のソケット１〜１０にそれぞれ対応するピン１’〜１０’を有する（図示省略）。すなわち、ピン１’〜４’，７’〜１０’はソケット１〜４，７〜１０にそれぞれ対応し、ピン５’，６’はソケット５，６にそれぞれ対応する。ピン１’〜１０’は、ＤＣ充電コネクタ１５が有する「端子」の一例であり、オス端子に相当する。ＤＣ充電コネクタ１５がＤＣ充電インレット１０７に嵌められるときには、ピン１’〜４’，７’〜１０’の各々が、それぞれ対応するソケット１〜４，７〜１０の各々と嵌合し、ピン５’，６’の各々が、それぞれ対応するソケット５，６の各々と嵌合する。よって、ＤＣ充電コネクタ１５がＤＣ充電インレット１０７に嵌められることにより、ＤＣ充電コネクタ１５がＤＣ充電インレット１０７に嵌められる前には外部に露出していたソケット１〜１０が外部に露出しなくなる。また、ピン１’〜１０’のうち、ピン５’，６’は高い電圧が印加される「高圧端子」に該当し、ピン１’〜４’，７’〜１０’は、ピン５’，６’に印加される電圧よりも低い電圧が印加される「低圧端子」に該当する。

また、ＤＣ充電コネクタ１５は、ＤＣ充電コネクタ接続検出信号の出力元である充電スタンドを介して、商用電源等の外部電源に接続されている。つまり、ＤＣ充電コネクタ１５が有するピン１’〜１０’のうち、ピン５’，６’は、外部電源から供給されて高圧バッテリ２５に充電される電流が流れるピンであり、ピン１’〜４’，７’〜１０’は、充電スタンドから出力される信号が流れるピンである。

状態１（図２）において、電源ケーブルＡの一端はＤＣ充電リレー１０６−１に接続されている一方で電源ケーブルＡの他端は開放されており、電源ケーブルＢの一端はＤＣ充電リレー１０６−２に接続されている一方で電源ケーブルＢの他端は開放されている。また、状態１（図２）において、電源ケーブルＥの一端はソケット５に接続されている一方で電源ケーブルＥの他端は開放されており、電源ケーブルＦの一端はソケット６に接続されている一方で電源ケーブルＦの他端は開放されている。つまり、状態１において、電源ケーブルＡと電源ケーブルＦとは接続されていないため、ＤＣ充電リレー１０６−１とソケット６とは接続されていない。また、状態１において、電源ケーブルＢと電源ケーブルＥとは接続されていないため、ＤＣ充電リレー１０６−２とソケット５とは接続されていない。このため、ＤＣ充電インレット１０７が図２に示す状態にあるときは、たとえ高圧リレー１０１及びＤＣ充電リレー１０６の双方が閉成されていても、高圧バッテリ２５から出力された電力は、ＤＣ充電インレット１０７のソケット５，６に到達しない。よって、ＤＣ充電インレット１０７が図２に示す状態にあるときは、たとえソケット５，６に人体の一部が接触したとしても、感電は発生しない。

そして、ＤＣ充電インレット１０７が図２に示す状態にあるときに、ＤＣ充電コネクタ１５をＤＣ充電インレット１０７に嵌める操作（以下では「第一の操作」と呼ぶことがある）がＤＣ充電コネクタ１５に対して行われる。この第一の操作により、ＤＣ充電コネクタ１５のピン１’〜４’，７’〜１０’と信号ラインＣ（図１）とがＤＣ充電インレット１０７のソケット１〜４，７〜１０を介して接続されるため、ピン１’〜４’，７’〜１０’と制御部１１２とがソケット１〜４，７〜１０を介して接続される。

一方で、第一の操作が行われた段階（つまり、第一段階）では、電源ケーブルＡと電源ケーブルＦとは接続されておらず、かつ、電源ケーブルＢと電源ケーブルＥとは接続されていない。このため、第一段階では、たとえ高圧リレー１０１及びＤＣ充電リレー１０６の双方が閉成されていても、高圧バッテリ２５から出力された電力は、ＤＣ充電インレット１０７のソケット５，６に到達しない。

次いで、第一の操作に後続して、ＤＣ充電インレット１０７に嵌められた後のＤＣ充電コネクタ１５を回転させる操作（以下では「第二の操作」と呼ぶことがある）が行われる（図２）。回転の角度は、例えば９０°である。この第二の操作により、図３に示すように、電源ケーブルＡと電源ケーブルＦとが接続されるとともに、電源ケーブルＢと電源ケーブルＥとが接続される（図３）。このため、第一の操作に後続する第二の操作によって、ＤＣ充電コネクタ１５のピン６’とＤＣ充電リレー１０６−１とがＤＣ充電インレット１０７のソケット６を介して接続されるとともに、ＤＣ充電コネクタ１５のピン５’とＤＣ充電リレー１０６−２とがＤＣ充電インレット１０７のソケット５を介して接続される。よって、第二の操作が行われた段階（つまり、第二段階）において、外部電源による高圧バッテリ２５の充電が可能となる。

また、ＤＣ充電インレット１０７は、第二の操作前にはＤＣ充電インレット１０７に対してＤＣ充電コネクタ１５が着脱可能であるのに対し、第二の操作後はＤＣ充電インレット１０７からＤＣ充電コネクタ１５を取り外すことができなくなる機構を有する。これにより、充電中において、ＤＣ充電コネクタ１５のＤＣ充電インレット１０７からの脱落を防ぐことができる。なお、充電完了時には、第二の操作での回転方向と逆方向にＤＣ充電コネクタ１５を回転させることにより、ＤＣ充電インレット１０７からＤＣ充電コネクタ１５を抜き外すことが可能になる。

以上のように、実施例１では、ＤＣ充電コネクタ１５がＤＣ充電インレット１０７に接続される。ＤＣ充電コネクタ１５は、外部電源から供給されて高圧バッテリ２５に充電される電流が流れるピン５’，６’を有する。一方で、ＤＣ充電インレット１０７は、ピン５’，６’にそれぞれ対応するソケット５，６を有する。そして、ＤＣ充電インレット１０７においては、ＤＣ充電コネクタ１５をＤＣ充電インレット１０７に嵌める操作である第一の操作前には、ソケット５，６が高圧バッテリ２５と接続されておらず、ＤＣ充電コネクタ１５に対する第二の操作であって、第一の操作に後続する第二の操作によって、ソケット５，６が高圧バッテリ２５と接続される。

こうすることで、第一の操作前にはソケット５，６が高圧バッテリ２５と接続されていないため、第一の操作前の状態、つまり、ソケット５，６が外部に露出している状態でも、感電を防止することができる。よって、ソケット５，６が外部に露出している状態でも、感電を防ぎつつ、高圧バッテリ２５から出力された電力をモータ２６へ供給することができる。また、第一の操作後にはソケット５，６が外部に露出しなくなるため、第一の操作後は、ソケット５，６が高圧バッテリ２５と接続されても、感電を防止することができる。また、第二の操作によって、ソケット５，６が高圧バッテリ２５と接続されるため、第二の操作後は、外部電源による高圧バッテリ２５の充電が可能になる。

つまり、実施例１によれば、感電を防止した上で車両の走行または高圧バッテリ２５の充電が可能となる。

また、実施例１では、ＤＣ充電コネクタ１５は、充電スタンドから出力される信号が流れるピン１’〜４’，７’〜１０’をさらに有する。また、ＤＣ充電インレット１０７は、ピン１’〜４’，７’〜１０’にそれぞれ対応するソケット１〜４，７〜１０をさらに有する。そして、ＤＣ充電インレット１０７においては、第一の操作によって、ピン１’〜４’，７’〜１０’と制御部１１２とがソケット１〜４，７〜１０を介して接続される。

こうすることで、ソケット５，６が高圧バッテリ２５と接続される前に、前もって、充電スタンドから出力される信号を制御部１１２に送ることができるため、感電を防ぎつつ、充電スタンドと車両電源システム２１との間の通信を高圧バッテリ２５の充電に先立って行うことができる。

また、実施例１では、第二の操作は、ＤＣ充電インレット１０７に嵌められた後のＤＣ充電コネクタ１５を回転させる操作である。

こうすることで、高圧バッテリ２５の充電が可能になったことをＤＣ充電コネクタ１５の操作者が違和感なく把握することができるとともに、簡易な機構でソケット５，６を高圧バッテリ２５に接続することができる。

［実施例２］
図１に示す制御部１１２は、例えば、プロセッサとメモリとを有するＥＣＵ（Electronic Control Unit）によって実現される。プロセッサの一例として、ＣＰＵ（Central Processing Unit），ＤＳＰ（Digital Signal Processor），ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等が挙げられる。メモリの一例として、ＳＤＲＡＭ（Synchronous Dynamic Random Access Memory）等のＲＡＭ（Random Access Memory），ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ等が挙げられる。

［実施例３］
実施例１では、充電方式としてCHAdeMO（登録商標）を一例に挙げて説明した。充電方式がCHAdeMO（登録商標）である場合は、上記のように、ＤＣ充電コネクタ１５が、オス端子であるピン１’〜１０’を有し、ＤＣ充電インレット１０７が、メス端子であるソケット１〜１０を有する。これに対し、充電方式がCombined Charging Systemである場合には、充電コネクタがメス端子を有し、充電インレットがオス端子を有する。しかし、充電方式がCHAdeMO（登録商標）及びCombined Charging Systemの何れであっても、オス端子とメス端子とが嵌合されることにより充電コネクタと充電インレットとが導通される点は共通である。よって、本願の開示する充電インレットは、Combined Charging Systemを含め、CHAdeMO（登録商標）以外の充電方式にも適用可能である。

１５ ＤＣ充電コネクタ
２１ 車両電源システム
２２ ＰＣＵ
２５ 高圧バッテリ
２６ モータ
１０１ 高圧リレー
１０３ 昇圧コンバータ
１０４ インバータ
１０６ ＤＣ充電リレー
１０７ ＤＣ充電インレット
１１２ 制御部

Claims (3)

1. 外部電源から供給されてバッテリに充電される電流が流れる第一端子を有する充電コネクタが接続される充電インレットであって、
   前記第一端子に対応する第二端子を備え、
   前記充電コネクタを前記充電インレットに嵌める操作である第一の操作前には、前記第二端子が前記バッテリと接続されておらず、
   前記充電コネクタに対する第二の操作であって、前記第一の操作に後続する前記第二の操作によって、前記第二端子が前記バッテリと接続される、
   充電インレット。
2. 充電スタンドから出力される信号が流れる第三端子をさらに有する前記充電コネクタが接続される前記充電インレットであって、
   前記第三端子に対応する第四端子をさらに備え、
   前記第一の操作によって、前記第四端子を介して、前記第三端子と、開閉器の開閉制御を行う制御部とが接続される、
   請求項１に記載の充電インレット。
3. 前記第二の操作は、前記充電インレットに嵌められた後の前記充電コネクタを回転させる操作である、
   請求項１または２に記載の充電インレット。

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