JP2003178743A - バッテリポスト用ケルビンコネクタ - Google Patents

バッテリポスト用ケルビンコネクタ

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JP2003178743A JP2002328722A JP2002328722A JP2003178743A JP 2003178743 A JP2003178743 A JP 2003178743A JP 2002328722 A JP2002328722 A JP 2002328722A JP 2002328722 A JP2002328722 A JP 2002328722A JP 2003178743 A JP2003178743 A JP 2003178743A
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Kevin I Bertness
アイ．バートネス ケビン
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Midtronics Inc
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Midtronics Inc
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    • H01R11/11—End pieces or tapping pieces for wires, supported by the wire and for facilitating electrical connection to some other wire, terminal or conductive member
    • H01R11/28—End pieces consisting of a ferrule or sleeve
    • H01R11/281—End pieces consisting of a ferrule or sleeve for connections to batteries
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Abstract

(57)【要約】 【課題】蓄電池の状態を試験するための器具をバッテリ
ポストに対して機械的、電気的に確実に固定するケルビ
ンコネクタを提供する。 【解決手段】バッテリポストに結合するためのケルビン
コネクタは、該ポストの表面に対して少なくとも部分的
に沿い、かつ係合して電気的に結合するように適合され
た表面を有する第１接触子を含む。接触子はさらに、ポ
ストの表面に対して少なくとも部分的に沿い、係合かつ
電気的に結合するように適合された表面を有する第２接
触子を含む。第１接触子および第２接触子間の電気絶縁
体はポストの表面に対して第２接触子の表面および第２
接触子の表面を押し付け、そうすることによってポスト
に対するケルビンコネクタを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】発明の背景本発明は一般的に
蓄電池に関する。より具体的には、本発明はバッテリポ
ストに係合するケルビンコネクタ（Kelvin connector）
に関する。
【０００２】
【従来の技術】鉛蓄電池等、自動車産業で使用されるタ
イプの蓄電池は古くから存在している。しかし、蓄電池
がどのように動作し、蓄電池をいかに精度良くテストす
るかという、蓄電池の特性についての理解は現在鋭意進
行中であり、極めて困難であることが証明されている。
蓄電池は電気的に直列に接続された複数の個々の蓄積セ
ルからなる。代表的には、各セルは約２．１ボルトの電
位を有する。セルを直列接続することによって、個々の
セルの電圧は累積的に加算される。例えば、代表的な自
動車用蓄電池の場合、電池が１２．６ボルトにフル充電
されたときに、六つの蓄積セルが合計電圧を供給するた
めに使用される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】蓄電池の状態を試験す
るためにいくつかの方法が使用されている。これらの方
法は、電池の電圧が所定のしきい値以下であるかどうか
を判断する試験や、既知の負荷を使用した電池の放電に
関する負荷試験を含む。さらに最近の方法は、蓄電池の
コンダクタンス測定を伴う。この方法は、代表的には試
験器具のためのケルビンコネクタの使用を含む。ケルビ
ンコネクタは、バッテリポストに取り付けられる第１の
コネクタ対を通じてバッテリに電流が流入されるのを許
容する一方、ポスト間の電圧を測定するためバッテリポ
ストに第２のコネクタ対が取り付けられる４点接続方法
である。代表的には、一対の枢支ジョー（jaw）タイプ
（あご型）電池クランプがバッテリポストにそれぞれク
ランプされ、ケルビンコネクタを含む回路が持続するよ
うに設計される。各クランプのあごは、互いに電気的に
絶縁されている。枢支されたあご型クランプは、電池の
接触子に対する機械的かつ電気的に細っそりした接続を
提供しており、不注意により簡単に脱落する。したがっ
て、枢支あご型電池クランプは、通常は試験器具を電池
の接触子へ一時的に接続する場合にのみ適当である。枢
支あご型クランプは、蓄電池と一体であってバッテリポ
ストへの比較的永久的な接続が要求される試験モジュー
ルとの使用には不適当である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】発明の概要 電池のポストに結合するためのケルビンコネクタは、ポ
ストの表面に対して、少なくとも部分的に沿い、かつ係
合して電気的に接続するように適合された面を有する第
１接触子を含む。前記コネクタはまた、ポストの表面に
対して、少なくとも部分的に沿い、かつ係合して電気的
に接続するように適合された面を有する第２接触子を含
む。第１接触子および第２接触子間の電気絶縁体は、前
記ポストに対して第１接触子の表面および第２接触子の
表面を押し付け、ポストに対するケルビンコネクタを形
成する。
【０００５】
【実施例】詳細な説明 図１は、本発明の実施形態に従ったケルビンコネクタ１
００の上部平面図である。個別の図において使用された
同じ参照符号は同一または同等の要素を表す。ケルビン
コネクタ１００は、バッテリポスト１０１に係合し、か
つ図示しない二つの外部導電体、例えばケルビン接続の
導体を、バッテリポスト１０１に電気的に結合するよう
に設計されている。ケルビンコネクタ１００は、滑らか
な壁のバッテリポストに使用するように設計されている
けれども、他の種類のポスト、例えばねじが施されたポ
ストに対する使用にも容易に適合できる。
【０００６】図１に見られるように、ケルビンコネクタ
１００は、絶縁体１０４によって共に機械的に接続され
ているけれども互いに電気的に絶縁された、中央開口１
０５を有する実質的に同一の対向する電気接触子１０２
の対を含む。各接触子１０２は絶縁体支持部分１０６お
よびポスト把持部分１０８を含む。接触子１０２の各絶
縁体支持部分１０６は、絶縁体１０４内にはめ込まれて
いる。各ポスト把持部分１０８は、絶縁体支持部分１０
６から絶縁体１０４の中央開口１０５内に向かって内側
に延び、バッテリポスト１０１に係合する。接触子１０
２と絶縁体１０４から外側へ延びる一対の接続バー１１
０は、接触子１０２へ外部導電体を接続しやすくする。
接続バー１１０は、外部導電体の端部を保持する接続溝
又は孔１１２を含む。外部導電体の端部は、接続バー１
１０に半田付けされる。
【０００７】一般に、各電気接触子１０２は、あらゆる
導電性のシート状金属から形成できる。好ましくは、電
気接触子１０２は銅によって形成され、ケルビンコネク
タ１００の形成前に半田メッキされる。絶縁体１０４
は、プラスチックまたは複合材料等の、適当なあらゆる
電気絶縁性材料から作ることができる。
【０００８】対向する接触子１０２のポスト把持部分１
０８によって形成された開口は、バッテリポスト１０１
に対して緊密に適合するように寸法が設定される。絶縁
体１０４とバッテリポスト１０１の周面間に実質的な環
状空間を有するように、絶縁体１０４内の開口１０５
は、把持部分１０８とバッテリポスト１０１間の開口よ
り直径が大きい。バッテリポスト１０１上にケルビンコ
ネクタ１００が一旦配置されれば、例えば、絶縁体１０
４内の開口１０５の直径と実質的に同じ内径を有するパ
イプを使用して下向きの力がコネクタ１００に加えられ
る。こうして、ケルビンコネクタ１００は、バッテリポ
スト１０１上に押し付けられ、電気接触子１０２はバッ
テリポスト１０１に緊密に把持係合し、電気接触子１０
２のポスト把持部とバッテリポスト１０１間に、良好な
電気的接触を提供する。ケルビンコネクタ、例えば１０
０は、バッテリポストの直径に従って寸法が決められ
る。そして、正側バッテリポストは一般的に負側バッテ
リポストより直径が大きいので、正側ポストのケルビン
コネクタは負側ポストのケルビンコネクタより、普通は
直径が大きい。
【０００９】図２は、本発明の別の実施形態に従ったケ
ルビンコネクタ２００を示す。図２に見られるように、
電気接触子１０２の絶縁体支持部分１０６は、絶縁体１
０４と電気接触子１０２間の良好な結合を提供するため
に含められた複数の溝２０２を含む。ケルビンコネクタ
２００の残りの要素は、図１のケルビンコネクタ１００
の要素と同様である。上述の、ケルビンコネクタ１００
（図１）の場合と同様、ケルビンコネクタ２００の絶縁
体支持部分１０６もまた絶縁体１０４内にはめ込まれ
る。しかし、ケルビンコネクタ２００においては、絶縁
体１０４の一部が溝２０２を通って延び、これによっ
て、絶縁体１０４および電気接触子１０２間の付加的な
機械的結合を提供する。この結合は、ケルビンコネクタ
２００の形成過程で生じる。つまり、絶縁体１０４が溝
２０２の周りに流れ込み凝固することにより接触子１０
２との強固な機械的接合を形成する。
【００１０】図３は、本発明の実施形態に従ったケルビ
ンコネクタ３００を示す。図３に見られるように、電気
接触子１０２のポスト把持部分１０８は、図１および図
２に示されたスムーズな輪郭を有するポスト把持部分１
０８の代わりに、バッテリポスト１０１をつかむのに使
用される複数の歯つまりプロング（prongs）３０２を含
む。ケルビンコネクタ３００の残りの要素は、ケルビン
コネクタ１００および２００（図１および２）の要素と
同様であり、上述のように作用する。歯３０２は「チャ
イニーズ・フィンガ・トラップ」と同様、ポスト１０１
に対するコネクタ３００の軸移動に抗する働きをする。
歯３０２はまた、スリップを防止し、それによって電気
接触子１０２およびバッテリポスト１０１間の正常な電
気的接続を保証する。歯３０２は実質的に共通の面内に
設けられているように示されているが、多数の、種々の
非平面方向へ、共にまたは個別に延びることができ、種
々の形状になり得る。
【００１１】図４、５および６は、本発明の実施形態に
従ったケルビンコネクタの形成方法を集合的に示す。こ
の方法は、図４に示した導電性片を提供することを含
む。導電片４００は、短絡バー４０２で互いに結合され
た対向する電気接触子１０２の対を含む。各接触子１０
２は、絶縁体支持部分１０６およびポスト把持部分１０
８を含む。各絶縁体支持部分１０６は複数の溝２０２を
含み、各ポスト把持部分１０８は複数の歯３０２を含
む。接触子１０２はまた、接続溝１１２を有する接続バ
ー１１０を含む。絶縁体１０４は電気接触子１０２の支
持部分１０６を覆って形成され、絶縁体１０４は溝２０
２を通って延びる。図５には、絶縁体形成プロセスが完
了後、絶縁体１０４内に接触子１０２の支持部分がはめ
込まれた導電片４００を示す。図５に見られるように、
絶縁体１０４は、接触子１０２間の機械的結合が提供さ
れるように形成される。絶縁体１０４の形成後、短絡バ
ー４０２は導電片４００から取り除かれ、接触子１０２
は互いに電気的に分離される。図６は上述の方法によっ
て形成されたケルビンコネクタ６００を示す。図６に見
られるように、短絡バー４０２の除去後も、絶縁体１０
４によって接触子１０２は互いに機械的に結合されたま
まである。
【００１２】上述した本発明の実施形態は、特に蓄電池
の電気的セルに対する電池試験を実施するための、集積
電池試験モジュールを有する蓄電池に有用である。ここ
で「集積」が使用されているけれども、電池のハウジン
グに取り付けられる分離された電池試験モジュールを含
むことができる。本発明に従って、ケルビン接続をバッ
テリポストに結合するためのケルビンコネクタを使用し
た集積電池試験器を、図７および８に関して以下に説明
する。
【００１３】図７は本発明が有用である集積試験器を有
する電池の上平面図である。図７に示すように、集積シ
ステム７００は、ポスト７０４および７０６を有する電
池７０２と、電池のハウジングに装着された試験モジュ
ール７０８とを含む。４点つまりケルビン接続方法が、
電池７０２に電池試験モジュール７０８を結合するのに
使用される。ケルビン接続部７１０および７１２が、電
池７０２のバッテリポスト７０４および７０６にそれぞ
れ接続するのに使用される。ケルビン接続部７１０は、
二つの個別の接続部７１０Ａおよび７１０Ｂを含む。同
様に、ケルビン接続部７１２は二つの個別の接続部７１
２Ａおよび７１２Ｂを含む。ポスト把持装置７１４およ
び７１６はバッテリポスト７０４および７０６を堅固に
つかみ、それらを電気接続部７１０および７１２に結合
する。ポスト把持装置７１４および７１６は、上述の本
発明のケルビンコネクタ（１００、２００、３００、お
よび６００のような）である。電池試験モジュール７０
８は、付加入力７１８ならびに付加出力７２０および７
２２を含む。入力７１８は、例えば押しボタンまたはオ
ペレータによって操作され得る他の入力であることがで
きる。出力７２０は、例えば、電池試験のパス／フェー
ル指示を提供するＬＥＤまたは他のタイプの視覚的指示
器であることができる。出力７２０はまた、複数のＬＥ
Ｄからなる直列形式出力であることができる。別の観点
では、出力７２２は適当な方法を使って遠隔のコンピュ
ータや監視システムへデータを送信するのに使用でき
る。出力７２２は電池試験の定量的な出力を提供するの
に使用できる。
【００１４】図８は、試験モジュール７０８の簡単化し
た回路図である。電池７０２に結合されたモジュール７
０８を示す。モジュール７０８は本発明の実施形態に従
って動作し、電池７０２のコンダクタンス（ＧBAT）、
およびポスト７０４と７０６間の電圧（ＶBAT）を決定
する。モジュール７０８は、電流源８００、差動増幅器
８０２、アナログ／デジタル変換器８０４およびマイク
ロプロセッサ８０６を含む。増幅器８０２は、コンデン
サＣ1およびＣ2を介して電池７０２に容量的に結合され
る。増幅器８０２は、アナログ／デジタル変換器８０４
の入力に接続される出力を有する。マイクロプロセッサ
８０６は、システムクロック８０８、メモリ８１０、出
力８１２およびアナログ／デジタル変換器８０４に接続
されている。マイクロプロセッサ８０６は、さらに入力
装置８１６からの入力を受け取ることができる。また、
入力／出力（Ｉ／Ｏ）ポート８１７が設けられている。
【００１５】動作時は、電流源８００がマイクロプロセ
ッサ８０６によって制御され、図８の矢印で示される方
向の電流を供給する。一実施形態において、この電流は
矩形波またはパルスである。差動増幅器８０２は、コン
デンサＣ1およびＣ2を介して電池７０２のポスト７０４
および７０６にそれぞれ接続され、ポスト７０４および
７０６間の電位差に関する出力を提供する。好ましい実
施形態において、増幅器８０２は高い入力インピーダン
スを有する。回路７０８は、ポスト７０４および７０６
にそれぞれ接続される反転および非反転入力を有する差
動増幅器８２０を含む。増幅器８２０は、ポスト７０４
および７０６間における電池７０２の開回路電圧（Ｖ
BAT）を測定するために接続される。増幅器８２０の出
力はアナログ／デジタル変換器８０４に供給され、マイ
クロプロセッサ８０６によりポスト７０４および７０６
間の電圧が測定できる。
【００１６】上述のように、モジュール７０８はケルビ
ン接続として知られる４点接続方法によって接続されて
いる。このケルビン接続は、第１のポスト対を通じて電
池７０２に電流Ｉが流入するのを許容する一方で、第２
接続部対によってポスト７０４および７０６間の電圧が
測定される。非常に小さい電流が増幅器８０２を通じて
流れるので、増幅器８０２の入力における電圧降下は、
実質的に電池７０２のポスト７０４および７０６間の電
圧降下と同じである。差動増幅器８０２の出力はデジタ
ルフォーマットに変換され、マイクロプロセッサ８０６
に供給される。マイクロプロセッサ８０６はシステムク
ロック８０８に従った周波数で、かつメモリ８１０に格
納されたプログラム命令に従って動作する。
【００１７】マイクロプロセッサ８０６は、電流源８０
０を使って電流パルスＩを印加することにより、電池７
０２のコンダクタンスを決定する。マイクロプロセッサ
８０６は、増幅器８０２およびアナログ／デジタル変換
器８０４を使って、電流パルスＩによる電池の電圧変化
を決定する。電流源８００によって発生する電流Ｉの値
は既知であり、メモリ８１０に格納される。一実施形態
において、電流Ｉは電池７０２に負荷を適用することに
よって得ることができる。マイクロプロセッサ８０６
は、次の式を使って電池７０２のコンダクタンスを計算
する。 コンダクタンス＝ＧBAT＝ΔＩ／ΔＶ…（式１） ここで、ΔＩは電流源８００によって電池７０２に流れ
る電流であり、ΔＶは電流ΔＩによって生じる電池電圧
の変化である。温度センサ８１８が電池７０２に熱的に
結合され、電池測定値の補償に使用される。温度の読み
は、後の補正のために、メモリ８１０に格納することが
できる。
【００１８】電池試験モジュール７０８は、それが組み
立てられた後いつでも、電池７０２内に組み込まれる
か、または電池７０２上に搭載されることができ、本発
明のケルビンコネクタ７１４および７１６を使ってバッ
テリポスト７０４および７０６に結合されることができ
る。
【００１９】本発明を、好ましい実施形態を参照して説
明したが、当業者は形状および細部において本発明の範
囲から逸脱しないで変形できることを認識できるであろ
う。本発明のケルビンコネクタの実施形態は、上述の試
験器回路だけでなく、種々の電気回路をバッテリポスト
に結合するのに使用できる。さらに、図１〜８では、ケ
ルビンコネクタの電気接触子は互いに対向しているよう
に示したが、電気接触子は本発明の精神および範囲から
逸脱しない、いかなる向きにも配置できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に従ったケルビンコネクタの
簡易化されたブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に従ったケルビンコネクタの
簡易化されたブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に従ったケルビンコネクタの
簡易化されたブロック図である。
【図４】本発明の実施形態に従ったケルビンコネクタを
構成する方法の簡易化されたブロック図である。
【図５】本発明の実施形態に従ったケルビンコネクタを
構成する方法の簡易化されたブロック図である。
【図６】本発明の実施形態に従ったケルビンコネクタを
構成する方法の簡易化されたブロック図である。
【図７】本発明の実施形態に従ったケルビンコネクタに
適用される統合されたテスタを有する電池の簡易化され
たブロック図である。
【図８】本発明の実施形態に従ったケルビンコネクタに
適用される統合されたテスタを有する電池の簡易化され
たブロック図である。
【符号の説明】
１００……ケルビンコネクタ、１０１……バッテリポス
ト、１０２……電気接触子、１０４……絶縁体、１０５
……中央開口、１０６……絶縁体支持部分、１０８……
ポスト把持部分、１１０……接続バー、１１２……溝
（孔）

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 バッテリポストに結合するためのケルビ
    ンコネクタにおいて、 前記ポストの表面に対して少なくとも部分的に沿い、か
    つ係合して電気的に接続するよう適合された第１接触子
    と、 前記ポストの表面に対して少なくとも部分的に沿い、か
    つ係合して電気的に接続するように適合された第２接触
    子と、 前記ポストの表面に対して前記第１接触子の表面および
    第２接触子の表面を押し付けて、前記ポストに対するケ
    ルビン接続部を形成するための前記第１接触子および第
    ２接触子間の電気絶縁体とを具備したケルビンコネク
    タ。
  2. 【請求項２】 前記第１接触子、前記第２接触子および
    前記絶縁体が前記バッテリポストの周りでループを形成
    している請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記第１接触子および第２接触子が互い
    に対向している請求項１記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記第１接触子が、 前記電気絶縁体の内側にはめ込まれた絶縁体支持部分
    と、 該第１接触子の表面が存在するポスト把持部分とからな
    る請求項１記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記絶縁体支持部分が、そこを前記絶縁
    体が通ることによって該絶縁体の追加的支持部を提供す
    る複数の溝又は孔を含む請求項４記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記ポスト把持部分が複数の歯を含む請
    求項４記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記歯が実質的に共通の面に設けられた
    請求項６記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記歯が非平面方向に延びている請求項
    ６記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記第１電気接触子に結合された第１接
    続バーと、前記第２電気接触子に結合された第２接続バ
    ーとをさらに備えた請求項１記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記第１電気接触子および第２電気接
    触子が導電性シート状金属で形成されている請求項１記
    載の装置。
  11. 【請求項１１】 前記第１電気接触子および第２電気接
    触子が半田メッキされた銅片である請求項１記載の装
    置。
  12. 【請求項１２】 前記絶縁体がプラスチックからなる請
    求項１記載の装置。
  13. 【請求項１３】 前記絶縁体が複合材料からなる請求項
    １記載の装置。
  14. 【請求項１４】 請求項１のケルビンコネクタを適用し
    た電池試験器。
  15. 【請求項１５】 前記電池試験器が蓄電池のハウジング
    に装着された請求項１４記載の装置。
  16. 【請求項１６】 バッテリポストに係合させるケルビン
    コネクタを形成する方法において、 (a)第１端部および第２端部を有する第１電気接触子、
    並びに第１端部および第２端部を有する第２電気接触子
    を備え、第１短絡バーで前記第１接触子の第１端部を第
    ２接触子の第１端部へ結合するとともに、第２短絡バー
    で第１接触子の第２端部を第２接触子の第２端部へ結合
    するようにされた、バッテリポストに係合するように寸
    法が決定された導電片を提供することと、 (b)絶縁体を備えた前記第１接触子の第１端部および第
    ２接触子の第１端部間の第１機械的リンク、並びに前記
    第１接触子の第２端部および第２接触子の第２端部間の
    第２機械的リンクを形成することと、 (c)前記第２接触子から第１接触子を電気的に分離する
    ために第１短絡バーおよび第２短絡バーを除去すること
    によって、前記第１接触子および第２接触子の機械的リ
    ンク状態を前記絶縁体で保持すると共に電気的に分離す
    ることとからなる方法。
  17. 【請求項１７】 前記導電片が導電性シート状金属から
    なる請求項１６記載の方法。
  18. 【請求項１８】 前記導電片が半田メッキされた銅から
    なる請求項１６記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記絶縁体がプラスチックからなる請
    求項１６記載の方法。
  20. 【請求項２０】 記絶縁体が複合材料からなる請求項１
    ６記載の方法。
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