WO2014049654A1

WO2014049654A1 - コネクタ、電池ブロック

Info

Publication number: WO2014049654A1
Application number: PCT/JP2012/006193
Authority: WO
Inventors: 慎也本川
Original assignee: 三洋電機株式会社
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2014-04-03

Abstract

　電池ブロック（２００）の配線に接続されるリセプタクルコネクタ（１００ａ）は，回路基板の配線に接続されるタブコネクタ（１００ｂ）が有する複数のタブ端子とそれぞれ接続されるべき複数のリセプタクル端子を有する。リセプタクルコネクタ（１００ａ）は，電池ブロック（２００）の外面に本コネクタを取付けるための取付部材（３０ａ）を有する。電池ブロック（２００）は，取付部材（３０ａ）と接続してリセプタクルコネクタ（１００ａ）を支持する支持部材（２４０）を備える。

Description

コネクタ、電池ブロック

　本発明は、電池ブロックの配線と回路基板の配線を接続するためのコネクタ、およびそのコネクタを介して回路基板に電気的に接続される電池ブロックに関する。

　近年、ハイブリッド車（Hybrid Vechicle；ＨＶ）、プラグインハイブリッド車（Plug-in HV；ＰＨＶ）、電気自動車（Electric Vechicle；ＥＶ）が普及してきている。これらの環境対応車にはキーデバイスとして二次電池が搭載される。車載用二次電池としては主に、ニッケル水素電池およびリチウムイオン電池が普及している。今後、エネルギー密度が高く、メモリ効果が生じないリチウムイオン電池の普及が加速すると予想される。

　車載用の二次電池は高出力、大容量を実現するため、多数の素電池を接続して使用している。車載用の二次電池は通常、複数の素電池を配列した電池ブロックを複数連結して電池パックとして提供される。

特開平７－２１１３８８号公報

　電池の組立では、配線端子間の接触による短絡に注意する必要がある。他の電子機器の組立では回路内に電荷が存在しない状態で組み立てられることが一般的であるが、電池の組立では素電池が一定程度、充電された状態で組み立てられることが一般的である。したがって作業者が電池の組立中、電池ブロックから延びるワイヤーハーネスの複数の端子間を誤って導通させてしまった場合、短絡電流が発生する可能性がある。

　そこで電池ブロックから延びるワイヤーハーネスのコネクタ形状を雌型とし、回路基板から延びるワイヤーハーネスのコネクタ形状を雄型とすることが考えられる。雄型コネクタでは複数のピンが隣接して延び出しているため複数のピン間の直接接触、導電体を介した間接接触が発生しやすい。一方、雌型コネクタでは各端子が曲がりにくく、また複数のリセプタクル端子が端子ごとにハウジングされているものもある。従って短絡リスクは雄型コネクタより低くくなる。

　複数のリセプタクル端子が端子ごとにハウジングされている雌型コネクタを使用する場合、雄型コネクタのハウジングは、雌型コネクタのハウジングを収容するように大きな挿入口を持つハウジングとする必要がある。その場合、コネクタ全体を電池ブロックまたは電池パックに固定するための取付部材は、収納する側の雄型コネクタに設けられることが一般的である。

　本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、電池ブロックの配線と回路基板の配線をコネクタ接続する際、安全かつ作業者の作業効率を高めることができる技術を提供することにある。

　上記課題を解決するために、本発明のある態様のコネクタは、電池ブロックの配線に接続される電池側のコネクタであって、回路基板の配線に接続される基板側のコネクタが有する複数のタブ端子とそれぞれ接続されるべき複数のリセプタクル端子と、前記電池ブロックの外面に本コネクタを取付けるための取付部材と、を備える。

　本発明によれば、電池ブロックの配線と回路基板の配線をコネクタ接続する際、安全かつ作業者の作業効率を高めることができる。

図１（Ａ）－（Ｂ）は、比較例に係る一組のコネクタの構造を示す斜視図である。本発明の実施の形態に係るリセプタクルコネクタの構造を示す斜視図である。本発明の実施の形態に係るリセプタクルコネクタと、タブコネクタにより接続される電池ブロックと回路基板の回路構成例を示す図である。図４（Ａ）－（Ｂ）は、本発明の実施の形態に係るリセプタクルコネクタが、電池ブロックに取付けられる様子を示す正面斜視図である。図５（Ａ）－（Ｂ）は、本発明の実施の形態に係るリセプタクルコネクタが、電池ブロックに取付けられる様子を示す背面斜視図である。

　図１（Ａ）－（Ｂ）は、比較例に係る一組のコネクタの構造を示す斜視図である。図１（Ａ）は、リセプタクルコネクタ１００ａの構造を示し、図１（Ｂ）は、タブコネクタ１００ｂを示す。図１（Ａ）に示すリセプタクルコネクタ（以下、リセコネクタという）１００ａは、図示しない複数のリセプタクル端子（以下、リセ端子という）、その複数のリセ端子を覆うハウジング２０ａを有する。リセ端子は、タブ端子の挿入を受ける凹状の端子である。メス端子、ソケット端子とも呼ばれる。ハウジング２０ａは、複数のリセ端子を端子ごとに収納する複数の収納孔を有する。ハウジング２０ａは絶縁材で形成され、複数のリセ端子間を絶縁している。

　図１（Ｂ）に示すタブコネクタ１００ｂは、図示しない複数のタブ端子、その複数のタブ端子を覆うハウジング２０ｂ、ハウジング２０ｂ上に設けられた取付部材３０ｂを有する。タブ端子は、リセ端子に挿入される凸状の端子である。オス端子、プラグ端子とも呼ぶれる。ハウジング２０ｂは、同一方向に延び出す複数のタブ端子全体を収納する一つの空洞を有している。リセコネクタ１００ａとタブコネクタ１００ｂとは、タブコネクタ１００ｂのハウジング２０ｂがリセコネクタ１００ａのハウジング２０ａを収納するように嵌合する。

　リセコネクタ１００ａのハウジング２０ａは、複数のリセ端子をそれぞれ収納する収納孔間を仕切る必要があるため、タブコネクタ１００ｂのハウジング２０ｂ全体を収容できる大きさの空洞を設けることは困難である。従ってリセコネクタ１００ａのハウジング２０ａおよびタブコネクタ１００ｂのハウジング２０ｂの接合部の形状は、前者が雌型形状、後者が雄型形状となる。

　従ってリセコネクタ１００ａとタブコネクタ１００ｂが接続された状態では、リセコネクタ１００ａの露出面積が小さくなる。よって、接続された状態の両コネクタを固定するための取付部材３０ｂは、タブコネクタ１００ｂ側に設けられることが一般的である。図１（Ｂ）に示すようにタブコネクタ１００ｂのハウジング２０ｂ上にマウント形状の取付部材３０ｂを設ければ、接続された状態の両コネクタを、その重心に近い位置で取付対象に固定できる。

　図２は、本発明の実施の形態に係るリセコネクタ１００ａの構造を示す斜視図である。実施の形態ではタブコネクタ１００ｂ側ではなく、リセコネクタ１００ａ側に取付部材３０ａを設ける。取付部材３０ａは、リセコネクタ１００ａとタブコネクタ１００ｂが嵌合された状態で、リセコネクタ１００ａの露出している部分に設けられる。図２に示す例ではリセコネクタ１００ａのハウジング２０ａの、配線が通る側の開口部の一辺から延び出すように取付部材３０ａが設けられる。なお図示しないが本実施の形態ではタブコネクタ１００ｂの取付部材３０ｂは省略される。

　図３は、本発明の実施の形態に係るリセコネクタ１００ａと、タブコネクタ１００ｂにより接続される電池ブロック２００と回路基板３００の回路構成例を示す。リセコネクタ１００ａは電池ブロック２００から延びる複数の配線（ワイヤーハーネス）に接続される。タブコネクタ１００ｂは、回路基板３００から延びる複数の配線に接続される。

　図３に示す電池ブロック２００は、直列接続された複数の素電池Ｓ１～Ｓｎを有する。当該素電池にはリチウムイオン電池を用いる。リチウムイオン電池は常用領域と使用禁止領域が近接しているため、他の種類の電池より厳格な電圧管理が必要である。従って素電池にリチウムイオン電池を用いる場合、電池ブロック２００全体の電圧に加えて、各素電池の電圧を監視する必要性が高い。

　複数の素電池Ｓ１～Ｓｎの各電極と、リセコネクタ１００ａの複数のリセ端子間が複数の配線で接続される。この複数の配線は、複数の素電池Ｓ１～Ｓｎの各電圧を監視するための電圧線として機能する。

　回路基板３００には、複数の素電池Ｓ１～Ｓｎの各電圧を監視するための電圧検出回路３１０が搭載される。電圧検出回路３１０により検出される各素電池の電圧は、素電池の異常検出、充放電制御、均等化制御などに使用される。

　一般的に、電圧検出回路３１０はＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）で構成される。電圧検出回路３１０の複数の電圧入力端子と、タブコネクタ１００ｂの複数のタブ端子間が複数の配線で接続される。従ってリセコネクタ１００ａとタブコネクタ１００ｂが接続されると、複数の素電池Ｓ１～Ｓｎの各電極と、電圧検出回路３１０の複数の電圧入力端子がそれぞれ接続されることになる。

　電圧検出回路３１０は、検出した各素電池Ｓ１～Ｓｎの電圧値または、その電圧値にもとづくステータス信号を図示しない上位コントローラに伝達する。当該上位コントローラとしてＥＣＵ（Electronic Control Unit）、ＢＭＵ（Battery Management Unit）などが挙げられる。

　図３では複数の素電池Ｓ１～Ｓｎの各電圧を監視するための回路構成を示したが、その電流、温度を監視する構成が追加されてもよい。その場合、電池ブロック２００内に電流検出素子、温度検出素子が設けられ、その出力値を伝達するための配線がさらに追加される。その配線もリセコネクタ１００ａのリセ端子に接続される。また図３では複数の素電池Ｓ１～Ｓｎを直列接続した例を示したが、それらを並列接続してもよい。この場合、各素電池Ｓ１～Ｓｎの電流値を複数の配線で伝達する必要がある。

　図４（Ａ）－（Ｂ）は、本発明の実施の形態に係るリセコネクタ１００ａが、電池ブロック２００に取付けられる様子を示す正面斜視図である。図５（Ａ）－（Ｂ）は、本発明の実施の形態に係るリセコネクタ１００ａが、電池ブロック２００に取付けられる様子を示す背面斜視図である。

　電池ブロック２００は、図示しない複数の素電池をケース２１０で覆っている。複数の素電池全体の正極および負極はそれぞれ、正極板２２０および図示しない負極板によりケース２１０の外側に導かれる。図４（Ａ）－（Ｂ）、図５（Ａ）－（Ｂ）に示す例では、ケース２１０は直方体状に形成され、六面のうちの相対的に面積が小さいニ面が電極面に割り当てられる。その一方の面に正極板２２０の一部が配設され、他方の面に負極板の一部が配設される。

　二つの電池ブロック２００を連結する場合、異なる極性の電極面同士が対向するように二つの電池ブロック２００を配置して二つの電池ブロック２００を直列接続できる。また同じ極性の電極面が同一平面上に位置するように、かつ電極面以外の側面が接するように二つの電池ブロック２００を配置し、電極板同士をバスバーで接続することにより、二つの電池ブロック２００を並列接続できる。また異なる極性の電極面が同一平面上に位置するように、かつ側面が接するように二つの電池ブロック２００を配置し、電極板同士をバスバーで接続することにより、二つの電池ブロック２００を直列接続できる。

　ケース２１０は所定の位置に開口部２３０を有する。開口部２３０は図示しない複数の素電池Ｓ１～Ｓｎの状態（例えば、電圧、電流、温度）を監視するための複数の配線（ワイヤーハーネス）が通るための孔である。図４（Ａ）－（Ｂ）、図５（Ａ）－（Ｂ）に示す例では、ケース２１０の電極面に開口部２３０が設けられる。

　電池ブロック２００は、取付部材３０ａと接続してリセコネクタ１００ａを支持するための支持部材２４０を有する。図４（Ａ）－（Ｂ）、図５（Ａ）－（Ｂ）では、支持部材２４０としてブラケット金具をケース２１０の電極面に設ける例を示している。当該ブラケット金具には取付部材３０ａを係止するための孔が設けられている。リセコネクタ１００ａの取付部材３０ａは、当該ブラケット金具に差し込む際のガイドとなるフランジ、ブラケット金具の孔と係止させるための突起部を有する。

　電池パックの組立時、電池ブロック２００の組立が完成した際、作業者は、その電池ブロック２００から外部に延び出している配線が接続されたリセコネクタ１００ａを、当該電池ブロック２００に固定する。その後、その固定されたリセコネクタ１００ａに、回路基板３００から延び出している配線が接続されたタブコネクタ１００ｂを嵌めこむ。これにより、電池ブロック２００に固定されていないリセコネクタ１００ａに、タブコネクタ１００ｂを嵌め込む従来の作業と比較し、その嵌め込み易さが大幅に改善する。従って作業効率が大幅に改善する。その後、回路基板３００は電池ブロック２００または電池パックの所定の位置に固定される。

　またタブコネクタ１００ｂと比較し、複数の端子間で導電しにくいリセコネクタ１００ａを電池ブロック２００側のコネクタとして使用することにより、電池ブロック２００および作業者の安全性を確保できる。

　以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

　上述した実施の形態では電池ブロック２００と回路基板３００が１対１の関係にある例を説明したが、１対ｎ（２以上の整数）の関係であってもよい。即ち、複数の電池ブロック２００に含まれる複数の素電池の状態を、一つの回路基板３００に搭載されるＩＣで監視してもよい。

　なお、本実施の形態に係る発明は、以下に記載する項目によって特定されてもよい。

［項目１］
　電池ブロックの配線に接続される電池側のコネクタであって、
　回路基板の配線に接続される基板側のコネクタが有する複数のタブ端子とそれぞれ接続されるべき複数のリセプタクル端子と、
　前記電池ブロックの外面に本コネクタを取付けるための取付部材と、
　を備えることを特徴とするコネクタ。

［項目２］
　本電池側のコネクタは、
　前記複数のリセプタクル端子を端子ごとに収納する複数の収納孔を有するハウジングを、さらに備え、
　前記基板側のコネクタは、前記複数のタブ端子の全体を収納するハウジングを有し、
　本電池側のコネクタと前記基板側のコネクタとは、前記基板側のコネクタのハウジングが本電池側のコネクタのハウジングを収納するように嵌合し、
　本電池側のコネクタは、前記基板側のコネクタと嵌合された状態で露出している部分に、前記取付部材を備えることを特徴とする項目１に記載のコネクタ。

［項目３］
　前記電池ブロックは、複数の素電池を含み、
　前記回路基板は、前記複数の素電池の各電圧を監視する電圧検出回路を含み、
　前記複数のリセプタクル端子には、前記複数の素電池の各電圧を監視するための複数の配線がそれぞれ接続され、
　前記複数のタブ端子には、前記電圧検出回路の複数の電圧入力端子に接続される複数の配線がそれぞれ接続されることを特徴とする項目１に記載のコネクタ。

［項目４］
　項目１から３のいずれかに記載の電池側のコネクタおよび回路基板の配線に接続される基板側のコネクタを介して前記回路基板と配線接続される電池ブロックであって、
　前記取付部材と接続して前記コネクタを支持する支持部材を備えることを特徴とする電池ブロック。

　１００ａ　リセプタクルコネクタ、　２０ａ　ハウジング、　３０ａ　取付部材、　１００ｂ　タブコネクタ、　２０ｂ　ハウジング、　３０ｂ　取付部材、　２００　電池ブロック、　２１０　ケース、　２２０　正極板、　２３０　開口部、　２４０　支持部材、　３００　回路基板、　３１０　電圧検出回路。

　本発明は、車載用二次電池や蓄電システムに利用可能である。

Claims

　電池ブロックの配線に接続される電池側のコネクタであって、
　回路基板の配線に接続される基板側のコネクタが有する複数のタブ端子とそれぞれ接続されるべき複数のリセプタクル端子と、
　前記電池ブロックの外面に本コネクタを取付けるための取付部材と、
　を備えることを特徴とするコネクタ。
　本電池側のコネクタは、
　前記複数のリセプタクル端子を端子ごとに収納する複数の収納孔を有するハウジングを、さらに備え、
　前記基板側のコネクタは、前記複数のタブ端子の全体を収納するハウジングを有し、
　本電池側のコネクタと前記基板側のコネクタとは、前記基板側のコネクタのハウジングが本電池側のコネクタのハウジングを収納するように嵌合し、
　本電池側のコネクタは、前記基板側のコネクタと嵌合された状態で露出している部分に、前記取付部材を備えることを特徴とする請求項１に記載のコネクタ。
　前記電池ブロックは、複数の素電池を含み、
　前記回路基板は、前記複数の素電池の各電圧を監視する電圧検出回路を含み、
　前記複数のリセプタクル端子には、前記複数の素電池の各電圧を監視するための複数の配線がそれぞれ接続され、
　前記複数のタブ端子には、前記電圧検出回路の複数の電圧入力端子に接続される複数の配線がそれぞれ接続されることを特徴とする請求項１に記載のコネクタ。
　請求項１から３のいずれかに記載の電池側のコネクタおよび回路基板の配線に接続される基板側のコネクタを介して前記回路基板と配線接続される電池ブロックであって、
　前記取付部材と接続して前記コネクタを支持する支持部材を備えることを特徴とする電池ブロック。