JP2012094318A - 電圧監視構造 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電デバイスの正極リード（リード端子）とコネクタとの接続状態の変動を抑え、それによって接続状態が電圧監視に与える影響を抑えることのできる電圧監視構造を提供すること。
【解決手段】コネクタ３０は、アルミニウム製又はアルミニウム合金製のリード端子を有する蓄電デバイスに対して脱着可能に取り付けられるものであり、個別に弾性変形可能であるバネコンタクト４６を複数本備えている。コネクタ３０は、バネコンタクト４６にてリード端子を挟持することにより、リード端子に取り付けられる。これにより、リード端子とコネクタとの接続状態の物理的な変動を抑えることができ、従って、正確な電圧監視を行うことができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池や固体電界コンデンサなどの蓄電デバイスの電圧を監視するための電圧監視構造に関する。

この種の電圧監視構造としては、例えば、特許文献１及び特許文献２に開示されたものがある。

特許文献１の電圧監視構造においては、電極タブ（リード端子）に電圧検出用端子が超音波溶接によって接続されている。しかしながら、このように電圧検出用端子を溶接する場合には、溶接設備が必要になり、溶接部の品質管理工程が増えたり、品質不良を生じた場合は再利用ができない等の問題や、また溶接してしまうと、蓄電デバイスのリサイクルが困難になってしまうなどといった問題がある。

これに対して、特許文献２の電圧監視構造においては、電極タブ（リード端子）の嵌合部に電圧検出用のコネクタを差し込んで嵌合することとしている。このため、特許文献２の電圧監視構造は、特許文献１の電圧監視構造と比較して、蓄電デバイスのリサイクルが比較的しやすいという利点を有している。

特開２００５−１１６４４０号公報 特開２００８−１４６９４３号公報

しかしながら、特許文献２の電圧監視構造では、嵌合部とコネクタとの嵌合状態が変動しやすく、従って電圧監視に影響を与えやすいといった問題がある。

そこで、本発明は、蓄電デバイスのリード端子とコネクタとの接続状態の変動を抑え、それによって接続状態が電圧監視に与える影響を抑えることのできる電圧監視構造を提供することを目的とする。

本発明によれば、第１の電圧監視構造として、
本体と前記本体から延びるアルミニウム製又はアルミニウム合金製のリード端子とを有する蓄電デバイスと、
複数のバネコンタクトを有すると共に、前記バネコンタクトにて前記リード端子を挟持するようにして前記蓄電デバイスに取り付けられたコネクタと
を備える電圧監視構造であって、
前記複数のバネコンタクトのそれぞれは個別に弾性変形可能である
電圧監視構造が得られる。

また、本発明によれば、第２の電圧監視構造として、第１の電圧監視構造であって、
前記バネコンタクトは、５本以上である
電圧監視構造が得られる。

また、本発明によれば、第３の電圧監視構造として、第２の電圧監視構造であって、
前記バネコンタクトは、７本以上である
電圧監視構造が得られる。

また、本発明によれば、第４の電圧監視構造として、第１乃至第３のいずれかの電圧監視構造であって、
前記リード端子に接続されたバスバーを更に備えており、
前記コネクタは、前記バスバーと前記本体との間に接続されている
電圧監視構造が得られる。

また、本発明によれば、第５の電圧監視構造として、第４の電圧監視構造であって、
前記リード端子に対する前記コネクタの接続位置は、前記バスバーと前記本体との間の中心よりも前記本体に近い
電圧監視構造が得られる。

また、本発明によれば、第６の電圧監視構造として、第５の電圧監視構造であって、
前記コネクタは、前記バネコンタクトを少なくとも部分的に収容するハウジングを更に備えており、
前記コネクタは、前記ハウジングが前記蓄電デバイスの前記本体に接触するようにして、前記蓄電デバイスに取り付けられている
電圧監視構造が得られる。

また、本発明によれば、第７の電圧監視構造として、第４乃至第６のいずれかの電圧監視構造であって、
前記リード端子は、前記本体から第１方向に沿って延びるものであり、
前記蓄電デバイスは、前記第１方向において前記本体から離れた位置において前記リード端子から前記第１方向と直交する第２方向に沿って延びる凸部を更に有しており、
前記コネクタは、前記凸部と前記本体との間に挟まれることにより前記第１方向における位置決めがなされた状態で、前記蓄電デバイスに取り付けられている
電圧監視構造が得られる。

また、本発明によれば、第８の電圧監視構造として、第４乃至第６のいずれかの電圧監視構造であって、
前記コネクタは、前記本体に固定される被固定部を更に有しており、
前記被固定部が前記本体に固定されることにより、前記リード端子と前記バネコンタクトとの接続位置が位置決めされる
電圧監視構造が得られる。

また、本発明によれば、第９の電圧監視構造として、第８の電圧監視構造であって、
前記被固定部にはネジ孔又は貫通孔が形成されており、
前記被固定部を前記本体にネジ留め、リベット、又はファスナーによって固定することにより、前記コネクタは前記蓄電デバイスに取り付けられている
電圧監視構造が得られる。

また、本発明によれば、第１０の電圧監視構造として、第４乃至第６のいずれかの電圧監視構造であって、
前記蓄電デバイス及び前記コネクタのいずれとも別体である固定部材であって、前記コネクタと前記蓄電デバイスとの接続状態を固定する固定部材を更に備える電圧監視構造が得られる。

個別に弾性変形可能なバネコンタクトを複数本用いてリード端子を挟持する構造としたことから、リード端子とコネクタとの接続状態の物理的な変動を抑えることができる。従って、特許文献２の構造と比較して、正確な電圧監視を行うことができる。

本発明の実施の形態による電圧監視構造を示す斜視図である。ここで、コネクタはまだ蓄電デバイスには接続されていない。 図１の電圧監視構造の一部を拡大して示す斜視図である。 図１の電圧監視構造に含まれるコネクタを示す斜視図である。ここで、コネクタのハウジングは省略されている。 図３のコネクタを示す底面図である。 図３のコネクタを示す側面図である。 図３のコネクタを示す正面図である。 図１の電圧監視構造を部分的に示す斜視図である。ここで、コネクタは蓄電デバイスに接続されている。 図１の電圧監視構造の第１変形例を部分的に示す斜視図である。 図１の電圧監視構造の第２変形例を部分的に示す斜視図である。ここで、固定部材はコネクタに取り付けられていない。 図９の第２変形例を部分的に示す斜視図である。ここで、固定部材はコネクタに取り付けられている。 図１の電圧監視構造の第３変形例を部分的に示す斜視図である。ここで、コネクタはまだ蓄電デバイスには接続されていない。 図１１の第３変形例の一部を拡大して示す斜視図である。ここで、コネクタのハウジングは省略されており、コネクタは蓄電デバイスには接続されていない。 図１１の第３変形例の一部を拡大して示す斜視図である。ここで、コネクタのハウジングは省略されており、コネクタは蓄電デバイスには接続されている。 本発明の実施例による電圧監視構造の評価結果を示すグラフである。

本発明の実施の形態による電圧監視構造は、図１及び図２に示されるように、蓄電デバイス１０と、電圧監視用に蓄電デバイス１０に脱着可能に取り付けられるコネクタ３０とを備えている。コネクタ３０には、ケーブル６０が接続されている。コネクタ３０で検出された蓄電デバイス１０の電圧はケーブル６０を通じて電圧監視システム（図示せず）に伝達され、そこで監視される。

図１及び図２に示されるように、蓄電デバイス１０は、本体１２と、正極リード（陽極リード：リード端子）１４と、負極リード（陰極リード）１６と、凸部１８とを備えている。

本実施の形態による蓄電デバイス１０の正極リード１４は、本体１２からＺ方向（第１方向）に沿って突出するように延びたアルミニウム製又はアルミニウム合金製のフィルム状の電極であり、Ｚ方向の端部においてバスバー２０と接続されている。正極リード１４のＹ方向（第２方向）におけるサイズ（正極リード１４の幅）は、蓄電デバイス１０本来の用途、即ち、所望とする電源供給を考慮して定められている。

負極リード１６もまた、本体１２からＺ方向に沿って突出するように延びたフィルム状の電極である。

凸部１８は、正極リード１４からＹ方向に沿って延びるように突出している。即ち、本実施の形態による凸部１８は、正極リード１４の厚み方向と直交する方向に突出している。凸部１８と本体１２とはＺ方向において所定距離だけ離れている。

図１乃至図６に示されるように、コネクタ３０は、導電部材４０と、絶縁性材料からなるハウジング５０とを備えている。本実施の形態によるコネクタ３０は、図２に示されるように、バスバー２０と蓄電デバイス１０の本体１２との間において正極リード１４に接続されており、より具体的には、バスバー２０と本体１２との間の中心よりも本体に近い位置に位置している。

図３乃至図６に示されるように、導電部材４０は、単一の金属板から構成されたものであり、基部４２と、基部４２から後方に延びるケーブル接続部４４と、基部４２から前方に延びる複数のバネコンタクト４６とを備えている。ケーブル接続部４４はケーブル６０の芯線をかしめることによって導電部材４０とケーブル６０を接続する。バネコンタクト４６は、基部４２から前方に延びた後、一旦、横方向外側に延び、更に、斜め前方内側になだらかに延びた後、斜め前方外側に向かうように延びており、略Ｓ字状形状を有している。これらバネコンタクト４６のそれぞれは、個別に弾性変形可能である。本実施の形態によるバネコンタクト４６は、その先端近傍に、スズでめっきされた接点４８を有している。接点４８は、アルミニウム製又はアルミニウム合金製の正極リード１４に対して良好な接触抵抗を有するものであればよく、例えば、スズ合金でめっきされていてもよい。

本実施の形態によるバネコンタクト４６の数は８本であり、４本ずつを一組として二組に分けられている。一組のバネコンタクト４６と他の一組のバネコンタクト４６とは、基部４２を挟んで配置されており、従って、正極リード１４を二組のバネコンタクト４６間に挟持することができる。本実施の形態によるバネコンタクト４６は、基部４２を挟んで対称に配置されているが、本発明はこれに限定されるわけではない。また、本実施の形態によるバネコンタクト４６は、正極リード１４を挟持できるように配置されていれば良く、本数も複数であればよい。但し、接触抵抗の安定的に低い値とするためにはバネコンタクト４６の本数を５本以上とする（接触点を５点以上とする）のが好ましく、更に、コネクタ３０の抵抗（即ち、導電部材４０における合成抵抗）を１００ｍΩ未満とするためには７本以上とすることが好ましい。

図２に示されるように、本実施の形態によるハウジング５０は、導電部材４０を完全に収容しており、コネクタ３０の外形を規定している。但し、本発明はこれに限定されるわけではなく、例えば、ハウジングが導電部材を部分的に収容することとしてもよいし、用途によってはハウジング自体を省略することとしてもよい。

ハウジング５０は、Ｚ方向において前述の所定距離（００２４段落参照）と実質的に等しいサイズを有している。即ち、コネクタ３０は、Ｚ方向において前述の所定距離と実質的に等しいサイズを有している。従って、コネクタ３０を凸部１８と本体１２との間に合わせた状態で、正極リード１４に対してコネクタ３０を取り付けることとすると、図７に示されるように、コネクタ３０が本体１２に最も近い位置に位置決めされることとなる。この際、本実施の形態においては、ハウジング５０が本体１２に接触している。このように、コネクタ３０を本体１２に近い位置に位置決めすると、蓄電デバイス１０の電圧をより正確に測定することができる。

本実施の形態によるコネクタ３０は、個別に弾性変形可能なバネコンタクトを複数本用いて正極リード１４を挟持することにより、蓄電デバイス１０に取り付けられているものであることから、蓄電デバイス１０のリサイクルが容易で、溶接する場合などの設備が不要となる。また、凸部１８の構成によってコネクタ３０と蓄電デバイス１０との接続位置の位置決めができるので、の位置的関係の変動を抑えることができ、信頼性ある電圧測定を行うことができる。

また、本実施の形態による正極リード１４にはコネクタ３０の接続用の孔などは設けられていないため、正極リード１４の電流容量が十分にとれることから蓄電デバイス１０による電源供給を妨げることはない。

なお、上述した実施の形態においては、凸部１８を設けて本体１２と凸部１８との間にコネクタ３０を位置させることとしていたが、本発明はこれに限定されるわけではない。例えば、後述する第１変形例のようにコネクタ３０の正極リード１４に対する位置決め構造をコネクタ３０に設けてもよいし、後述する第２変形例のようにコネクタ３０でも蓄電デバイス１０でもない別の部材を用いて位置決めすることとしてもよい。

（第１変形例）
図８を参照すると、第１変形例による電圧監視構造のハウジング５０ａには、−Ｚ方向に沿って延びる２枚の略板状の部位であって互いに平行となるように配置された部位からなる被固定部５２ａが設けられている。この被固定部５２ａにはネジ孔（図示せず）又は貫通孔（図示せず）が形成されており、被固定部５２ａの間に本体１２の一部を挿入した状態で、被固定部５２ａを固定ネジ５４ａにより本体１２にネジ留めすることにより、コネクタ３０ａの蓄電デバイス１０に対する固定が行われ、正極リード（リード端子）１４ａとバネコンタクト４６とを所定の位置にて接続することとしている。ここで、第１変形例における所定の位置は、上述した実施の形態と同じく、バスバー２０と本体１２との間であって本体１２に最も近い位置である。この位置決めにより、第１変形例においても、蓄電デバイス１０の電圧をより正確に測定することができる。なお、図８に示される第１変形例においてはネジ留めでコネクタを固定していたが、リベットやファスナーを用いてコネクタを固定することとしても良い。

（第２変形例）
図９及び図１０を参照すると、第２変形例による電圧監視構造は、蓄電デバイス１０及びコネクタ３０のいずれとも別体である固定部材７０を更に備えている。この固定部材７０は、バスバー２０に取り付けられる若しくは蓄電デバイス１０が利用される環境にバスバー２０と共に取り付け固定される被取付部７２と、正極リード（リード端子）１４ｂに接続されたコネクタ３０の位置を所定の位置に固定する位置固定部７４とを有している。

第２変形例による位置固定部７４は、略コの字状の形状を有しており、−Ｚ方向に沿ってコネクタ３０に被せられることによりコネクタ３０の移動を規制する。ここで、第２変形例における所定の位置は、上述した実施の形態と同じく、バスバー２０と本体１２との間であって本体１２に最も近い位置である。この位置決めにより、第２変形例においても、蓄電デバイス１０の電圧をより正確に測定することができる。

（第３変形例）
上述した実施の形態並びに第１変形例及び第２変形例における正極リード（リード端子）１４，１４ａ，１４ｂ及び負極リード１６は、いずれもフィルム状のものであったが、本発明は、フィルム状のリード端子のみを対象とするものではない。即ち、リード端子は、如何なる形状を有していてもよい。以下、第３変形例として丸棒形状のリード端子とコネクタとを接続する例について説明する。

図１１乃至図１３を参照すると、第３変形例による電圧監視構造は、蓄電デバイス１０ｃと、電圧監視用に蓄電デバイス１０ｃに脱着可能に取り付けられるコネクタ３０ｃとを備えている。上述した実施の形態と同様に、コネクタ３０ｃにはケーブル６０が接続されており、コネクタ３０ｃで検出された蓄電デバイス１０ｃの電圧はケーブル６０を通じて電圧監視システム（図示せず）にて監視される。

図１１に示されるように、蓄電デバイス１０ｃは、本体１２ｃと、正極リード（リード端子）１４ｃと、負極リード１６ｃとを備えている。正極リード１４ｃと負極リード１６ｃのそれぞれは、アルミニウム製又はアルミニウム合金製のものであり、本体１２ｃからＺ方向に突出するように延びた丸棒状の形状を有している。

図１１に示されるように、コネクタ３０ｃは、導電部材４０ｃと、絶縁性材料からなるハウジング５０ｃとを備えている。

図１２及び図１３に示されるように、導電部材４０ｃは、単一の金属板から構成されたものであり、基部４２と、基部４２から後方に延びるケーブル接続部４４と、基部４２から前方に延びる複数のバネコンタクト４６ｃとを備えている。各バネコンタクト４６ｃは、個別に弾性変形可能である。バネコンタクト４６ｃは、正極リード１４ｃを挟めるように接点４８間の距離を拡げるような形状を有し且つ配置されている点を除き、上述した実施の形態のバネコンタクト４６と同様である。

図１１に示されるように、ハウジング５０ｃは、導電部材４０ｃを完全に収容しており、コネクタ３０ｃの外形を規定している。但し、本発明はこれに限定されるわけではなく、例えば、ハウジング５０ｃが導電部材４０ｃを部分的に収容することとしてもよいし、用途によってはハウジング５０ｃ自体を省略することとしてもよい。

このように、丸棒状の正極リード１４ｃにコネクタ３０ｃの導電部材４０ｃを接続する場合、十分な接圧をとることができるので信頼性ある電圧測定を行うことができる。

（実施例：実験結果）
スズめっきされた接点を有するバネコンタクトのサンプルを１４４本用意し、それらとアルミニウム製のリード端子との接触抵抗を測定したところ、下記表１のような結果が得られた。

表１のデータに基づいて、バネコンタクトの本数と接触抵抗（合成抵抗値）との関係を試算した結果を図１４に示す。

図１４において最大値と平均＋３σの値がかけ離れているということは合成抵抗のバラつきが大きいことを意味しており、所望とする電圧監視を行えない可能性があることを示している。図１４によれば、バネコンタクトの本数が５点以上であると、合成抵抗の最大値と平均値＋３σとがほぼ同じであり、バネコンタクトの本数を増やすことにより合成抵抗を低く抑えることができるとの効果を期待通りに（即ち、予想した通りに）得ることができることが理解される。従って、バネコンタクトの本数は５点以上であることが望ましい。即ち、個別に弾性変形可能であるバネコンタクトの本数は５本以上であることが望ましい。

更に、図１４によると、バネコンタクトの本数を７点以上とした場合、合成抵抗値は最大でも１００ｍΩ未満となることから、コネクタにおける電圧降下などの影響を極めて小さくすることができ、高い精度で電圧監視を行えることが理解される。

１０ 蓄電デバイス
１２ 本体
１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ 正極リード（リード端子）
１６，１６ｃ 負極リード
１８ 凸部
２０ バスバー
３０，３０ａ，３０ｃ コネクタ
４０，４０ｃ 導電部材
４２ 基部
４４ ケーブル接続部
４６，４６ｃ バネコンタクト
４８ 接点
５０，５０ａ，５０ｃ ハウジング
５２ａ 被固定部
５４ａ 固定ネジ
６０ ケーブル
７０ 固定部材
７２ 被取付部
７４ 位置固定部

Claims (10)

1. 本体と前記本体から延びるアルミニウム製又はアルミニウム合金製のリード端子とを有する蓄電デバイスと、
   複数のバネコンタクトを有すると共に、前記バネコンタクトにて前記リード端子を挟持するようにして前記蓄電デバイスに取り付けられたコネクタと
   を備える電圧監視構造であって、
   前記複数のバネコンタクトのそれぞれは個別に弾性変形可能である
   電圧監視構造。
2. 請求項１記載の電圧監視構造であって、
   前記バネコンタクトは、５本以上である
   電圧監視構造。
3. 請求項２記載の電圧監視構造であって、
   前記バネコンタクトは、７本以上である
   電圧監視構造。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電圧監視構造であって、
   前記リード端子に接続されたバスバーを更に備えており、
   前記コネクタは、前記バスバーと前記本体との間に接続されている
   電圧監視構造。
5. 請求項４記載の電圧監視構造であって、
   前記リード端子に対する前記コネクタの接続位置は、前記バスバーと前記本体との間の中心よりも前記本体に近い
   電圧監視構造。
6. 請求項５記載の電圧監視構造であって、
   前記コネクタは、前記バネコンタクトを少なくとも部分的に収容するハウジングを更に備えており、
   前記コネクタは、前記ハウジングが前記蓄電デバイスの前記本体に接触するようにして、前記蓄電デバイスに取り付けられている
   電圧監視構造。
7. 請求項４乃至請求項６のいずれかに記載の電圧監視構造であって、
   前記リード端子は、前記本体から第１方向に沿って延びるものであり、
   前記蓄電デバイスは、前記第１方向において前記本体から離れた位置において前記リード端子から前記第１方向と直交する第２方向に沿って延びる凸部を更に有しており、
   前記コネクタは、前記凸部と前記本体との間に挟まれることにより前記第１方向における位置決めがなされた状態で、前記蓄電デバイスに取り付けられている
   電圧監視構造。
8. 請求項４乃至請求項６のいずれかに記載の電圧監視構造であって、
   前記コネクタは、前記本体に固定される被固定部を更に有しており、
   前記被固定部が前記本体に固定されることにより、前記リード端子と前記バネコンタクトとの接続位置が位置決めされる
   電圧監視構造。
9. 請求項８記載の電圧監視構造であって、
   前記被固定部にはネジ孔又は貫通孔が形成されており、
   前記被固定部を前記本体にネジ留め、リベット、又はファスナーによって固定することにより、前記コネクタは前記蓄電デバイスに取り付けられている
   電圧監視構造。
10. 請求項４乃至請求項６のいずれかに記載の電圧監視構造であって、
    前記蓄電デバイス及び前記コネクタのいずれとも別体である固定部材であって、前記コネクタと前記蓄電デバイスとの接続状態を固定する固定部材を更に備える電圧監視構造。

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