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公開番号2021005995
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210114
出願番号2019120433
出願日20190627
発明の名称充電装置及びレセプタクル制御方法
出願人パナソニックIPマネジメント株式会社
代理人個人
主分類H02J 7/04 20060101AFI20201211BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】充電装置のレセプタクルでのイオンマイグレーションの進行を抑制できる充電装置を提供する。
【解決手段】充電装置は、複数の端子を含むレセプタクル15と、CC1、2端子に電圧又は電流を供給する電源と、CC1、2端子の電圧を検出する第1電圧検出部33と、CC1、2端子の1つ隣の端子、2つ隣の端子又は3つ隣の端子である周辺端子の電圧を検出する第2電圧検出部36と、CC1、2端子の電圧が第1閾値以上である期間に、周辺端子の電圧が第2閾値以上であるか否かを判定し、周辺端子の電圧が第2閾値以上である場合、CC1、2端子に対する電源からの電圧又は電流の供給を停止させる制御部11と、を備える。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
複数の端子を含むレセプタクルと、
前記複数の端子に含まれる第1の端子に電圧又は電流を供給する電源と、
前記第1の端子の電圧を検出する第1電圧検出部と、
前記複数の端子に含まれ、前記第1の端子の1つ隣の端子、2つ隣の端子、又は3つ隣の端子である第2の端子の電圧を検出する第2電圧検出部と、
前記第1の端子の電圧が第1閾値以上である期間に、前記第2の端子の電圧が第2閾値以上であるか否かを判定し、前記第2の端子の電圧が第2閾値以上である場合、前記第1の端子に対する前記電源からの電圧又は電流の供給を停止させる制御部と、
を備える充電装置。
続きを表示(約 1,200 文字)【請求項2】
提示部を更に備え、
前記制御部は、前記第1の端子に対する前記電源からの電圧又は電流の供給を停止した場合、前記第1の端子と前記第2の端子との間に異物が付着していることを示す異物付着情報を前記提示部に提示させる、
請求項1に記載の充電装置。
【請求項3】
前記制御部は、前記第1の端子に対する前記電源からの電圧又は電流の供給の停止に応じて、前記第2の端子の電圧が前記第2閾値未満となった場合、前記異物付着情報を前記提示部に提示させる、
請求項2に記載の充電装置。
【請求項4】
前記制御部は、前記第1の端子が外部機器に接続されているか否かを判定し、
前記第1の端子が前記外部機器に接続されていると判定した場合、前記第2の端子の電圧が第2閾値以上であるか否かを判定しない、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の充電装置。
【請求項5】
前記第1の端子は、前記外部機器の端子が電気的に接続されていない期間に、前記電源から電圧又は電流の供給を受け、
前記第2の端子は、前記外部機器の端子が電気的に接続されていない期間に、前記電源から電圧又は電流の供給を受けない、
請求項4に記載の充電装置。
【請求項6】
前記充電装置による充電方式は、USB(Universal Serial Bus) Type−Cに従った充電方式である、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の充電装置。
【請求項7】
前記第1の端子は、CC1端子及びCC2端子のうち少なくとも1つの端子であり、
前記第2の端子は、VBUS端子、D+端子、D−端子、TX1−端子、TX1+端子、TX2−端子、TX2+端子、SBU1端子、SBU2端子、のうち少なくとも1つの端子である、
請求項6に記載の充電装置。
【請求項8】
前記充電装置は、車両に搭載される、
請求項1〜7のいずれか1項に記載の充電装置。
【請求項9】
充電装置が備える複数の端子を含むレセプタクルを制御するレセプタクル制御方法であって、
前記複数の端子に含まれる第1の端子に電圧又は電流を供給するステップと、
前記第1の端子の電圧を検出するステップと、
前記複数の端子に含まれる、前記第1の端子の1つ隣の端子、2つ隣の端子、又は3つ隣の端子である第2の端子の電圧を検出するステップと、
前記第1の端子の電圧が第1閾値以上である期間に、前記第2の端子の電圧が第2閾値以上であるか否かを判定し、前記第2の端子の電圧が第2閾値以上である場合、前記第1の端子に対する前記電圧又は電流の供給を停止させるステップと、
を有するレセプタクル制御方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、レセプタクルを用いて充電する充電装置及びレセプタクル制御方法に関する。
続きを表示(約 6,700 文字)【背景技術】
【0002】
従来、電子機器を接続するための端子に液体が付着することで、イオンマイグレーションが発生することが知られている。イオンマイグレーションは、電界の影響で金属成分が非金属媒体の表面や内部を通って移動する現象であり、端子を短期間で腐食させることがある。特許文献1では、イオンマイグレーションの発生を加味した構成を有する端末装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2017−79048号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
端末は例えば充電装置によって充電されるが、端末と接続される充電装置側のレセプタクルにおいても、イオンマイグレーションが発生し得る。充電装置側のイオンマイグレーションの抑制についても改善の余地がある。
【0005】
本開示は、充電装置のレセプタクルでのイオンマイグレーションの進行を抑制できる充電装置及びレセプタクル制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の一態様は、複数の端子を含むレセプタクルと、前記複数の端子に含まれる第1の端子に電圧又は電流を供給する電源と、前記第1の端子の電圧を検出する第1電圧検出部と、前記複数の端子に含まれ、前記第1の端子の1つ隣の端子、2つ隣の端子、又は3つ隣の端子である第2の端子の電圧を検出する第2電圧検出部と、前記第1の端子の電圧が第1閾値以上である期間に、前記第2の端子の電圧が第2閾値以であるか否かを判定し、前記第2の端子の電圧が第2閾値以上である場合、前記第1の端子に対する前記電源からの電圧又は電流の供給を停止させる制御部と、を備える充電装置である。
【0007】
また、本開示の一態様は、充電装置が備える複数の端子を含むレセプタクルを制御するレセプタクル制御方法であって、前記複数の端子に含まれる第1の端子に電圧又は電流を供給するステップと、前記第1の端子の電圧を検出するステップと、前記複数の端子に含まれる、前記第1の端子の1つ隣の端子、2つ隣の端子、又は3つ隣の端子である前記第2の端子の電圧を検出するステップと、前記第1の端子の電圧が第1閾値以上である期間に、前記第2の端子の電圧が第2閾値以上であるか否かを判定し、前記第2の端子の電圧が第2閾値以上である場合、前記第1の端子に対する前記電圧又は電流の供給を停止させるステップと、を有するレセプタクル制御方法である。
【発明の効果】
【0008】
本開示によれば、充電装置のレセプタクルでのイオンマイグレーションの進行を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
実施形態における充電器の外観を示す斜視図
充電器の充電制御に係わる部分の構成を示す図
USBレセプタクルの端子配列を示す図
充電器の異物検出に係わる部分の構成を示す図
USBレセプタクルの端子に導電性の異物が付着していることを判定する回路の動作原理を示す図
異物検出手順を示すフローチャート
異物検出時におけるUSBレセプタクルの端子電圧の変化を示すタイミングチャート
変形例における充電器の異物検出に係わる部分の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、適宜図面を参照しながら、本開示に係る充電装置及びレセプタクル制御方法を具体的に開示した実施形態である充電器を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
【0011】
(本開示の一形態を得るに至った経緯)
特許文献1の端末は、レセプタクルを有し、レセプタクルにプラグが接続されていない場合、CC端子からパルスを出力しない。この端末は、CC端子とは別の端子である第1GND端子に、プラグの接続を検知するためのパルスをCC端子より低い電圧で出力する。コントローラは、第1GND端子の電圧に基づいて、プラグの接続や液体の付着を検出する。
【0012】
しかし、GND端子は、本来、接地電位で安定していることが好ましい。GND端子の電圧を敢えて変化させて使用する場合、接地電位から切り離す必要がある。このため、GND端子を設置電位から切り離すためのトランジスタがレセプタクルに付加された。したがって、能動素子であるトランジスタが部品点数として加わり、コストが上昇する。このことは、同様の端子を備える充電装置側でも同様である。
【0013】
以下の実施形態では、充電装置のレセプタクルでのイオンマイグレーションの進行を抑制できる充電装置及びレセプタクル制御方法について説明する。
【0014】
(実施形態)
図1は、実施形態における充電器10の外観を示す斜視図である。充電器10は、例えば、車両に搭載され、車室内のセンターコンソール等に配置される。充電器10は、例えば、車載バッテリを電源とし、イグニッションキーがACCオン(つまりアクセサリー電源オン)に切り替えられたことにより車載バッテリから通電されて起動する。充電器10は、例えば、USB(Universal Serial Bus)のType−Cコネクタのレセプタクル(以下、USBレセプタクル15という)を備える。USBレセプタクル15に、外部機器のUSBプラグが直接接続されることにより、又はUSBケーブルを介して外部機器が接続されることにより、充電器10は外部機器を充電する。外部機器は、例えば携帯端末である。
【0015】
充電器10は、例えば箱形の筐体10zを有する。USBレセプタクル15は、筐体10zの上面に配置されてもよい。センターコンソールに充電器10が配置された場合、筐体10zの上面は、上向きとなるので、USBレセプタクル15は、落下してくる異物を受け入れ易い状態にある。落下してくる異物とは、例えば液体や埃である。なお、ここでは、充電器10は、1個のUSBレセプタクル15を備え、1個のUSBレセプタクル15に接続される機器を充電することを例示するが、複数個のUSBレセプタクル15を備え、複数のUSBレセプタクル15に接続される機器を同時に又は順に充電してもよい。また、筐体10zの上面には、表示器50が配置されてもよい。
【0016】
図2は、充電器10の充電制御に係わる部分の構成を示す図である。充電器10は、電圧制御部11、電源生成部12、電圧検出器36、電圧検出器33、及びUSBレセプタクル15を有する。USBレセプタクル15には、外部機器90のUSBプラグ80が接続される。なお、電圧検出器として電圧検出器36及び電圧検出器33を例示するが、電圧検出器の数はこれに限られず、1つでも3つ以上でもよい。
【0017】
電源生成部12は、VBUSラインを介してUSBレセプタクル15に接続される。電源生成部12は、直流電圧変換、つまりDC−DC変換を行うDCDCコンバータを備える。電源生成部12は、車載バッテリのバッテリ電圧を、USBレセプタクル15に接続される外部機器90に適した充電電圧に変換する。バッテリ電圧は、乗用車の場合、例えば12Vでもよく、その他の電圧でもよい。充電電圧は、例えば5Vであるが、その他の電圧でもよい。充電電圧は、例えば9Vや12Vでもよい。DCDCコンバータの出力は、VBUSラインを介してUSBレセプタクル15に入力される。また、電源生成部12は、DCDCコンバータの出力とVBUSラインとの接続を開閉するスイッチング素子を有してよい。その場合、電源生成部12は、電圧制御部11からの電源オン/電源オフの指示に従い、スイッチング素子を駆動する。それにより電源生成部12は、USBレセプタクル15のVBUSラインに繋がるDCDCコンバータの出力を開閉する。電源生成部12は、電圧制御部11からの電源オンの指示によりスイッチング素子をオンとし、電源オフの指示によりスイッチング素子をオフとする。なお、スイッチング素子として、電界効果トランジスタ(MOSFET:Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)等が用いられてよい。
【0018】
電圧制御部11は、電圧検出器36,33によってそれぞれ検出されたUSBレセプタクル15のCC1端子(図3参照)及びCC2端子(図3参照)の電圧を基に、電源生成部12に対し、VBUSラインへ充電電圧を供給するか否かつまり電源オン/電源オフを指示する。電圧制御部11は、例えばプロセッサ30の一部の機能として実現されてよい。
【0019】
なお、CC1端子とCC2端子とを総称して、「CC端子」ともいう。CC端子は、CC1端子及びCC2端子であるが、CC1端子及びCC2端子の少なくとも一方であってもよい。なお、図面では、「端子」の文字を省略して単に「CC1」、「CC2」等とも記載する。USBレセプタクル15における他の端子についても同様である。
【0020】
電圧検出器36,33は、それぞれUSBレセプタクル15のCC1端子の電圧及びCC2端子の電圧を検出し、電圧制御部11に出力する。電圧検出器36,33は、例えばA/Dコンバータを有し、A/Dコンバータで変換されたCC1端子及びCC2端子のデジタル電圧値を電圧として検出し、電圧制御部11にそれぞれ出力する。CC1端子の電圧及びCC2端子の電圧は、USBレセプタクル15に外部機器90のUSBプラグ80が接続された場合とUSBプラグ80が接続されていない場合とで異なる。なお、電圧検出器36,33は、A/Dコンバータ以外を有し、例えばコンパレータを有してもよい。
【0021】
なお、USBプラグ80は、外部機器90の筐体に直接あるいは進退自在に実装されてもよいし、外部機器90に接続されるUSBケーブルの端部に設けられてもよい。外部機器として、例えば携帯端末、PC(Personal Computer)が挙げられる。
【0022】
図3は、USBレセプタクル15の端子配列を示す図である。USBレセプタクル15は、USB Type−Cのコネクタのレセプタクルである。USB Type−Cでは、通信速度10Gbpsの高速通信が可能である。また、USB Type−Cでは、PD(Power Delivery)機能として、充電電圧20V、充電電力100Wまでの電力供給が可能である。また、USB Type−Cのコネクタは、オルタネートモードと呼ばれる制御モードにより、USB Type−C以外の他のUSB規格のコネクタと互換性がある。
【0023】
USB Type−CのコネクタのレセプタクルであるUSBレセプタクル15は、ピン端子A1〜A12、ピン端子B1〜B12の上下2段、24ピンの端子配列を有する。上段のピン端子と下段のピン端子とは、点対称に配列している。ピン端子A1〜A12は、それぞれ接地用のGND端子、SuperSpeedに対応した正極端子であるTX1+端子、SuperSpeedに対応した負極端子であるTX1−端子、バス電源用のVBUS端子、接続コンフィグ用のCC1端子、SuperSpeedに非対応の正極端子であるD+端子(Dp1端子とも呼ばれる)、SuperSpeedに非対応の負極端子であるD−端子(Dn1端子とも呼ばれる)、サイドバンド用のSBU1端子、バス電源用のVBUS端子、SuperSpeedに対応した負極端子であるRX2−端子、SuperSpeedに対応した正極端子であるRX2+端子、接地用のGND端子である。
【0024】
ピン端子B1〜B12は、それぞれ接地用のGND端子、SuperSpeedに対応した正極端子であるTX2+端子、SuperSpeedに対応した負極端子であるTX2−端子、バス電源用のVBUS端子、接続コンフィグ用のCC2端子、SuperSpeedに非対応の正極端子であるD+端子(Dp2端子とも呼ばれる)、SuperSpeedに非対応の負極端子であるD−端子(Dn2端子とも呼ばれる)、サイドバンド用のSBU2端子、バス電源用のVBUS端子、SuperSpeedに対応した負極端子であるRX1−端子、SuperSpeedに対応した正極端子であるRX1+端子、接地用のGND端子である。
【0025】
CC端子は、PD通信に使用される。PD通信とは、ネゴシエーションに係る通信である。充電器10のUSBレセプタクル15に外部機器90のUSBプラグ80が接続される場合、例えば、充電器10が電力を供給する側、つまりDFP(Downstream-Facing Port)側となり、外部機器が電力を受ける側、つまりUFP(Upstream-Facing Port)側となる。UFP側のCC端子とDFP側のCC端子とが接続されて、通信ラインCCが確立される。
【0026】
充電器10のUSBレセプタクル15にUSBプラグ80が接続されていない場合、USBレセプタクル15のCC端子の電圧は、プルアップ抵抗により例えば5Vである。また、USBプラグ80のCC端子の電圧は、プルダウン抵抗によりいずれも例えば0Vである。
【0027】
充電器10のUSBレセプタクル15にUSBプラグ80が接続されると、USBレセプタクル15のCC端子は、自身のプルアップ抵抗とUSBプラグ80側のプルダウン抵抗を介して、USBプラグ80側のCC端子に接続される。USBレセプタクル15のCC端子の電圧は、プルアップ抵抗とプルダウン抵抗の抵抗分圧により、例えば5.5Vより低い1.5Vになる。
【0028】
通信ラインCCは、PDプロトコルのネゴシエーションに係る通信等に使用される。充電器10は、USBレセプタクル15に外部機器90のUSBプラグ80が接続されたことを検知すると、VBUSラインに充電電圧を供給し、VBUSラインを介して外部機器90を充電する。充電電圧は例えば5Vである。
【0029】
また、図3に示すように、CC1端子の1つ隣には、VBUS端子及びD+端子が隣接して配置される。CC2端子の1つ隣には、VBUS端子及びD+端子が隣接して配置される。CC1端子及びCC2端子の1つ隣の端子を、本実施形態では「隣接端子」ともいう。隣接端子は、該当する4個の端子のうちの少なくとも1つを指す。
【0030】
また、CC1端子とCC1端子の3つ隣の端子までの間には、CC1端子の1つ隣の隣接端子とともに、CC1端子の2つ隣に位置するD−端子及びTX1−端子、並びに、CC1端子の3つ隣に位置するSUB1端子及びTX1+端子が配置されている。CC2端子とCC2端子の3つ隣の端子までの間には、CC2端子の1つ隣の隣接端子とともに、CC2端子の2つ隣に位置するTX2−端子及びD−端子、並びに、CC端子の3つ隣に位置するTX2+端子及びSUB2端子が配置されている。CC端子とCC端子の3つ隣の端子までの間の端子を、本実施形態では「周辺端子」ともいう。周辺端子は、該当する12個の端子のうちの少なくとも1つを指す。
(【0031】以降は省略されています)

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