JP2009087715A - 電源コネクタ - Google Patents

Abstract

【課題】大電流充電と低電流充電の両方に対応可能な電源コネクタにおいて、２種類のコネクタ部を最適に配置することにより、低電流充電時の監視精度及び基板の体積効率を維持しつつ、体積効率及び放熱性を両立させてコンパクト化及び信頼性の向上に寄与でき、さらには使用時の安全性を確保し、コスト低減を実現可能な電源コネクタを提供する。
【解決手段】大電流充電用コネクタ部を構成するピン挿入孔４及びコネクタピン２が電源コネクタ１の両端部近傍に配置され、低電流充電用コネクタ部を構成するプラグ挿入孔９及びコネクタピン１１が、ピン挿入孔４及びコネクタピン２に挟まれるように配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、継ぎ足し充電可能な電池パックに配置される電源コネクタに係り、特に、大電流充電と低電流充電の両方に対応可能な電源コネクタに関するものである。

近年、ハイブリッド自動車や電動アシスト自転車、さらには工場内での搬送に用いられる産業用の搬送車等、様々な移動体が開発されている。これらの移動体は動力源としてモータを有しており、該モータに電力を供給するための電池パックが重要な構成要素となっている。したがって、電池パックに関しては様々な改良がなされている。例えば、特許文献１は、電池パックに温度センサとヒータを取り付け、ヒータの加温によって低温時の機能低下を防止するようにした技術である。

電池パックの構造としては、複数の電池セルを直列に接続して組電池とし、この組電池をパックケース内に配置したものが一般的であり、電池セルとしては消耗に応じて継ぎ足し充電が可能なリチウムイオン電池が最適である。このような電池パックには充電用プラグが差し込まれるコネクタ部を有する電源コネクタが設置されている。

電源コネクタは通常、電池パックのパックケース外面部に露出したコネクタ正面部に、挿入部が開口されており、ここに、外部電源に接続された充電用プラグが差し込まれるようになっている。また、電源コネクタの背面部側には前記挿入部から後方へと延びる２本のコネクタピンが配置されている。

このコネクタピンには、保護回路等が設けられた回路基板やバスバー等の金属板が接続されており、外部電源からの電流をパックケース内の組電池へと充電電流を流すように構成されている。以上のコネクタピンと、充電用プラグの挿入部を併せてコネクタ部とする。

このような電池パックでは、家庭用電源等による低電流充電（３０Ａ未満）はもちろんのこと、家庭外や工場等での使用に適した大電流充電（３０Ａ以上）も実施することが要求されている。そのため、電池パックに設置される電源コネクタには２種類の充電用プラグ、すなわち大電流充電用のプラグと、低電流充電用のプラグを、挿入させることが望まれている。

ところで、電源コネクタのコネクタピンに関して、大電流充電用と低電流充電用とで同一の大きさのものを使用すれば、電源コネクタは効率良くスペースを利用することができる。したがって、電源コネクタの体積効率は良好となる。ただし、大電流充電用と低電流充電用とで同じ大きさのコネクタピンを用いる場合には、安全性を考慮して、低電流充電用のピンを大電流充電用のピンに合わせることになる。

そのため、コネクタピンに接続される回路基板において、低電流充電監視用の保護回路は、大電流充用のそれと同じサイズを採用せざるを得ない。この結果、低電流充電時の監視精度が低下するばかりでなく、回路基板の体積効率は低下し、回路基板が大形化して、かえってコストの増大を招くことになる。

そこで、低電流充電時の監視精度と回路基板の体積効率を維持すべく、低電流充電用と大電流充電用とで、それぞれ専用の保護回路を配置することが考えられる。この場合には、異なる保護回路に対応して、大電流充電用コネクタピンと、低電流充電用コネクタピンとが別々に設けられることになる。通常、大電流充電用コネクタピンの方が大径で、低電流充電用コネクタピンの方が小径なので、各コネクタピンを含むコネクタ部の大きさは、大電流充電用の方が大きく、低電流充電用の方が小さくなる。

ここで、このような２種類のコネクタ部を備えた電源コネクタの従来例について、図６及び図７を用いて説明する。図６に示した電源コネクタ１では、大電流充電用コネクタ部に含まれる２つの大電流充電用電流ピン挿入部１４が図６中の左側に配置され、低電流充電用コネクタ部に含まれる２つの低電流充電用電流ピン挿入部１５が図６中の右側に配置されている。また、図７に示した電源コネクタ１では、大電流充電用電流ピン挿入部１４が下側に配置され、低電流充電用電流ピン挿入部１５がその上側に配置されている。
２００４−３６２９４９号公報

しかしながら、図６及び図７に示した従来の電源コネクタ１では、次のような問題点があった。すなわち、低電流充電時の監視精度及び基板の体積効率は向上する反面、電源コネクタ１自体の体積効率が低下して、電源コネクタ１が大形化するといった不具合が生じた。

具体的には、図６の例では、大電流充電用コネクタ部である大電流充電用電流ピン挿入部１４と、低電流充電用コネクタ部である低電流充電用電流ピン挿入部１５が左右一列に並ぶため、幅寸法が大きくなった。また、図７の例では、大電流充電用電流ピン挿入部１４と、低電流充電用電流ピン挿入部１５とを上下２段と配置するため、高さ寸法が大きくなっていた。

しかも、大電流充電用電流ピン挿入部１４は、低電流充電用電流ピン挿入部１５に比べて発熱量が大きいので、良好な放熱性を確保しなくてはならない。そのため、大電流充電用電流ピン挿入部１４は、所定の距離以上離して配置しなくてはならず、コンパクト化が困難となっていた。

このように、低電流充電と大電流充電の両方に対応可能な電源コネクタではコネクタ自体が大きくなり、その小形化が強く求められていた。特に、発熱量の大きい電流充電用コネクタ部に関しては、放熱性が低いと性能が低下するため、信頼性を確保する観点から体積効率が犠牲になりがちであり、コンパクト化が大きな課題となっていた。

なお、低電流充電及び大電流充電に対応可能な電源コネクタに関しては、その需要が大きくなりつつあり、技術的な要求は年々厳しくなる傾向にある。したがって、単に電源コネクタの小形化を進めるだけではなく、使用時の安全性確保や、コストの更なる低減といった点も要請されている。

本発明は、上記の課題を解消するために提案されたものであり、その目的は、大電流充電と低電流充電の両方に対応可能な電源コネクタにおいて、２種類のコネクタ部を最適に配置することにより、低電流充電時の監視精度及び基板の体積効率を維持しつつ、体積効率及び放熱性を両立させてコンパクト化及び信頼性の向上に寄与でき、さらには使用時の安全性を確保し、コスト低減を実現可能な電源コネクタを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、大電流充電用プラグが差し込まれる大電流充電用コネクタ部と、低電流充電用プラグが差し込まれる低電流充電用コネクタ部とが設けられた電源コネクタにおいて、前記大電流充電用コネクタ部は両端部近傍に配置され、前記低電流充電用コネクタ部は前記大電流充電用コネクタ部に挟まれるように配置されたことを特徴としている。

以上の構成を有する本発明では、電源コネクタの両端部に大電流充電用コネクタ部を配置し、その間に低電流充電用コネクタ部を配置したことにより、大電流充電用コネクタ部のスペースを広く取って優れた放熱性を確保すると同時に、大電流充電用コネクタ部間に低電流充電用コネクタ部を配置することでスペースの有効利用を図り、電源コネクタの体積効率を高めることができる。

上記のような本発明の電源コネクタによれば、大電流充電用コネクタ部の間に低電流充電用コネクタ部を配置するといった極めて簡単な構成によって、体積効率及び放熱性を両立させることができ、コンパクト化及び信頼性の向上が図れた。

（１）代表的な実施形態
以下、本発明の電源コネクタに係る代表的な実施形態について、図１〜図５を参照して具体的に説明する。図１は本実施形態の背面図、図２は同じく正面図、図３は同じく側面図、図４及び図５は同じく斜視図であり、図４は大電流充電を実施しようとする場合、図５は低電流充電を実施しようとする場合を示している。

［構成］
図１〜図４に示すように、電源コネクタ１は、継ぎ足し充電可能な電池パックのパックケースに配置されるものであって、この電源コネクタ１を介して、大電流充電を実施する家庭外や工場等での大電流電源及び低電流充電を実施する家庭用電源という２種類の電源に対応可能なタイプである。

本実施形態の特徴は、大電流充電用コネクタ部を構成するピン挿入孔４及びコネクタピン２が電源コネクタ１の両端部近傍に配置され、低電流充電用コネクタ部を構成するプラグ挿入孔９及びコネクタピン１１が、ピン挿入孔４及びコネクタピン２に挟まれるように配置された点にある。なお、電源コネクタ１の左右縁部には電池パック側との嵌め合い部１ａが、左右方向に突出して設けられており、電池パックのパックケース内壁の嵌め合い部と嵌合することで、電池パック内部に取り付けられている。

図２及び図４に示すように、電源コネクタ１の正面部の左右端部には、大径のピン挿入孔４が形成されており、ここには工場用等の大電流電源に接続された大電流充電用プラグ５の電流ピン６が挿入される（図４参照）。また、ピン挿入孔４の内側には４つの信号ピン用挿入孔７ａ、７ｂが正面から見てハの字状に配置されている。

つまり、上側の２つの信号ピン用挿入孔７ａ同士は互いの間隔が狭く、下側の２つの信号ピン用挿入孔７ｂ同士は互いの間隔が広く設定されている。これにより、信号ピン用挿入孔７ａ、７ｂは全体として、上下方向に関して非対称に配置されることになる。各信号ピン用挿入孔７ａ、７ｂには大電流充電用プラグ５に設けられた信号ピン８ａ、８ｂが挿入される（図４参照）。

また、図２及び図５に示すように、電源コネクタ１の正面部において、前記信号ピン用挿入孔７ａ、７ｂの内側には、プラグ挿入孔９が形成されている。プラグ挿入孔９は断面が横長の鞍形状であり、上辺部の左右端部がカーブし、下の左右端部が直角になっていることで、上下方向に関し非対称となっている。

プラグ挿入孔９内部には小径の低電流充電用コネクタピン１１が２本配置されている。低電流充電用コネクタピン１１は、プラグ挿入孔９から電源コネクタ１背面部に向かって貫通し、背面側に突出して配置されている。プラグ挿入孔９には家庭用電源に接続された低電流充電用プラグ１０が挿入される（図５参照）。低電流充電用プラグ１０はプラグ挿入孔９の形状に合わせて断面形状が横長の鞍形状である。

プラグ挿入孔９には低電流充電用プラグ１０が挿入される際、低電流充電用プラグ１０側のピン挿入孔（図示せず）に対し、プラグ挿入孔９内のコネクタピン１１が挿入される。これにより、コネクタピン１１は、プラグ挿入孔９に挿入された低電流充電用プラグ１０と電気的に接続される。

続いて、電源コネクタ１の背面側について説明する。図１及び図３〜図５に示すように、電源コネクタ１背面部の左右端部には、大径の大電流充電用コネクタピン２が配置されている。コネクタピン２は、ピン挿入孔４に挿入された大電流充電用プラグ５の電流ピン６と電気的に接続される。また、電源コネクタ１背面部の中央付近には、プラグ挿入孔９内部から電源コネクタ１の背面部を貫通して低電流充電用のコネクタピン１１が突出して配置されている。

コネクタピン２、１１の先端部は断面を半円形とすることにより平面部２ａ、１１ａが設けられている。これら平面部２ａ、１１ａに近接して回路基板３（図１では一点鎖線で図示）が設けられている。この回路基板３には大電流充電時の保護回路と低電流充電時の保護回路とが別々に設けられている。平面部２ａ、１１ａは、回路基板３に対して面接触するようになっており、同一の平面上に位置するように設けられている。また、図３に示すように、コネクタピン２の平面部２ａは、回路基板又はバスバー３に対して、ねじ１３によってねじ止めされている。

また、電源コネクタ１背面部において、コネクタピン２、１１の間には信号ピン１２ａ、１２ｂが配置されている。このうち、信号ピン１２ａが低電流充電用コネクタピン１１のすぐ外側に設けられ、信号ピン１２ｂが信号ピン１２ａと大電流充電用コネクタピン２との間に配置されている。これら合計４本の信号ピン１２ａ、１２ｂは、その基端部が電源コネクタ１の背面部に対しハの字状に配置されている。

つまり、信号ピン１２ａは信号ピン用挿入孔７ａ及び大電流充電用プラグ５側の信号ピン８ａと接続し、信号ピン１２ｂは信号ピン用挿入孔７ｂ及び大電流充電用プラグ５側の信号ピン８ｂと接続するようになっている。ただし、信号ピン１２ａはクランク状に折り曲げられて形成されている。そのため、４本の信号ピン１２ａ、１２ｂの各先端部は、上下方向にずれることなく同一の平面に位置するように配置されている。より詳しくは、信号ピン１２ａ、１２ｂ先端部の下端部が、コネクタピン２、１１の平面部２ａ、１１ａが位置する平面と同じ高さとなるように配置されている。

［作用効果］
以上の構成を有する本実施形態は、次のような作用効果がある。すなわち、電源コネクタ１の両端部に、大電流充電用のコネクタ部であるピン挿入孔４及びコネクタピン２を配置し、その間に低電流充電用コネクタ部であるプラグ挿入孔９及びコネクタピン１１を配置したことにより、ピン挿入孔４及びコネクタピン２の間隔を広く取って優れた放熱性を得ることができる。しかも、ピン挿入孔４及びコネクタピン２の間に、プラグ挿入孔９及びコネクタピン１１を配置したので、電源コネクタ１におけるスペースの有効利用を図ることができ、放熱性の確保と同時に、電源コネクタ１の体積効率を高めることができる。

また、本実施形態では、断面を半円形としたコネクタピン２の平面部２ａに対して回路基板３を接触させたことで、大径のコネクタピン２の高さ寸法に回路基板３の高さ寸法を吸収させることになり、体積効率を高めることができる。したがって、電源コネクタ１の高さ寸法を大幅に縮小化することが可能である。

さらに、コネクタピン２、１１と回路基板３とは平面部２ａ、１１ａを介して面で接触しているので、大きな接触面積を容易に得ることができる。このため、接続作業の簡略化と安定化を推し進めることがたやすく、生産コストの大幅な低減が可能である。

しかも、コネクタピン２、１１と回路基板３との接続部分が大きくなることで、この部分の放熱性は非常に良好となる。さらに、本実施形態では、電源コネクタ１の左右両端部に大径のコネクタピン２を配置したので、両者の距離を大きくとることができ、放熱性がさらに向上している。

また、コネクタピン２と回路基板３との接続に関しては本実施形態では、ねじ１３を用いているため、非常に優れた接続強度を確保することができる。したがって、振動や横倒し等の衝撃に強いことが求められる電動アシスト自転車用の電池バックには好適である。

さらに、本実施形態の電源コネクタ１では、信号ピン用挿入孔７ａ、７ｂ及びプラグ挿入孔９を上下方向に関して非対称に構成したので、大電流充電用プラグ５及び低電流充電用プラグ１０はいずれも上下方向に逆挿しされる心配がまったく無い。このため、使用時の安全性を高めることが可能である。なお、本実施形態では、回路基板３において低電流充電監視用の保護回路と、大電流充用の保護回路とを別々に設けているので、大電流充電時及び低電流充電時の両方で、優れた監視精度を得ることができ、回路基板の体積効率も向上した。

以上述べたように、本実施形態の電源コネクタ１によれば、大電流充電用のコネクタ部であるピン挿入孔４及びコネクタピン２の間に、低電流充電用のコネクタ部であるプラグ挿入孔９及びコネクタピン１１を配置するといった極めて簡単な構成によって、体積効率及び放熱性を両立させて、コンパクト化及び信頼性の向上が図ることができた。

その上、大電流充電用プラグ５及び低電流充電用プラグ１０の逆挿しを確実に防ぐことができ、使用時の安全性を確保できる。さらには、コネクタピン２、１１と回路基板３とが平面部２ａ、１１ａを介して面接触しているため、大きな接触面積を容易に得ることができる。これにより、接続作業の作業効率を高めて生産コストの大幅な低減に貢献することができる。しかも、回路基板３に低電流充電監視用の保護回路と大電流充用の保護回路とを独立して設けているため、低電流充電時の監視精度が低下するおそれが無く、回路基板の体積効率も高い。

（２）他の実施形態
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、コネクタピンや信号ピン等、各部材の構成や配置数、配置箇所は適宜変更可能である。具体的には、コネクタピンに設けられる平面部は、回路基板又は金属板に対し、ねじ１３によるねじ止めだけではなく、溶接や半田付けで両者を接続してもよく、板状の部材同士を接続するので作業性も良好である。

さらに、本発明は、電動アシスト自転車用の電池バックへの適用に限定されるものではなく、充電用プラグを差し込むタイプの電源コネクタであれば広く適用可能であり、ハイブリッド自動車や産業用の搬送車等に利用することができる。また、差し込まれる充電用プラグに関しても大電流充電と低電流充電の両方を含んでいるならば、数や形状、仕様等は適宜選択可能である。

本発明の代表的な実施形態の背面図。 本実施形態の正面図。 本実施形態の側面図。 本実施形態において大電流充電を実施しようとする場合の斜視図。 本実施形態において小電流充電を実施しようとする場合の斜視図。 従来の電源コネクタの正面図。 従来の電源コネクタの正面図。

符号の説明

１…電源コネクタ
１ａ…嵌め合い部
２…大電流充電用コネクタピン
２ａ、１１ａ…平面部
３…回路基板
４…ピン挿入孔
５…大電流充電用プラグ
６…電流ピン
７ａ、７ｂ…信号ピン用挿入孔
８ａ、８ｂ、１２ａ、１２ｂ…信号ピン
９…プラグ挿入孔
１０…低電流充電用プラグ
１１…低電流充電用コネクタピン
１３…ねじ
１４…大電流充電用電流ピン挿入部
１５…低電流充電用電流ピン挿入部

Claims (6)

1. 大電流充電用プラグが差し込まれる大電流充電用コネクタ部と、低電流充電用プラグが差し込まれる低電流充電用コネクタ部とが設けられた電源コネクタにおいて、
   前記大電流充電用コネクタ部は両端部近傍に配置され、前記低電流充電用コネクタ部は前記大電流充電用コネクタ部に挟まれるように配置されたことを特徴とする電源コネクタ。
2. 前記大電流充電用コネクタ部及び前記低電流充電用コネクタ部は上下方向に関して非対称に構成されたことを特徴とする請求項１に記載の電源コネクタ。
3. 前記大電流充電用コネクタ部及び前記低電流充電用コネクタ部には、回路基板又は金属板に接続されるコネクタピンが同一の平面上に位置するように配置されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電源コネクタ。
4. 前記コネクタピンには、前記回路基板又は前記金属板に面接触する平面部が形成されたことを特徴とする請求項３に記載の電源コネクタ。
5. 前記コネクタピンには、前記回路基板又は前記金属板に対し溶接、半田付けあるいはねじ止めにより固定されたことを特徴とする請求項３又は４に記載の電源コネクタ。
6. 前記コネクタピンに接続される前記回路基板には大電流充電時の保護回路と低電流充電時の保護回路とが別々に設けられたことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の電源コネクタ。

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