JP2012177589A - 計測端子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】容易にセル電圧計測端子を二次電池の電極端子に接続することを可能にする計測端子装置を提供する。
【解決手段】配線１７〜２０が形成された基板２１と、配線１７、１８に接続して基板２１に設けられ、二次電池１の正負一対の電極端子６、７と接続して一対の電極端子６、７の電圧を計測するための一対のセル電圧計測端子２２、２３と、基板２１に設けられ、一対のセル電圧計測端子２２、２３と電気的に接続したコネクタ２６とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池の端子電圧（セル電圧）などを計測するための計測端子装置に関する。

従来、リチウムイオン二次電池などの二次電池１は、例えば図５に示すように、複数の正極板２及び負極板３が積層して構成された電極体４と、電極体４を収容する例えばアルミニウム製の電池缶５と、電池缶５の内部から外部に貫通して設けられた正負一対の電極端子６、７とを備えている。

そして、電力供給線としての配線を用いて、このような複数の二次電池（電池セル）１を互いに直列または並列に接続して組電池を構成して使用されることが多い。例えば、この組電池を車両などに搭載して各種機器の電源に利用することが行われている。

一方、組電池を構成する各二次電池１は、使用時にセル電圧（端子電圧）やセル温度、容器電圧（電池缶５の電圧）が計測されている（例えば、特許文献１参照）。計測された電圧や温度に異常が確認された場合には、例えば、電池への充放電の停止や、電圧や温度を正常に戻すような制御がされている。

実用新案登録第３１５６００３号公報

そして、従来、セル電圧やセル温度などを計測するために、ハーネスなどの配線（計測線）で接続した電圧計測端子（セル電圧計測端子）やサーミスタを各電極端子６、７や電池缶５にボルトやカプトンテープや接着材等で固定して接続するようにしていた。このため、工数が多くなり、電圧計測端子やサーミスタの接続に多大な労力と時間を要するという問題があった。

本発明の計測端子装置は、配線が形成された基板と、前記配線に接続して前記基板に設けられ、二次電池の正負一対の電極端子と接続して前記一対の電極端子の電圧を計測するための一対のセル電圧計測端子と、前記基板に設けられ、前記一対のセル電圧計測端子と電気的に接続したコネクタとを備えていることを特徴とする。

この発明においては、二次電池の所定位置に基板を設置するとともに二次電池の正負一対の電極端子にそれぞれセル電圧計測端子を嵌合させて接続することができ、従来のようにセル電圧計測端子をボルトなどで固定して接続する場合と比較し、容易にセル電圧計測端子を電極端子に接続することが可能になる。

また、基板に設けられたコネクタとセル電圧計測端子が基板の配線を介して接続されているため、コネクタに配線を接続することで、容易に制御装置と接続してセル電圧（端子電圧）を計測することが可能になる。

本発明の計測端子装置によれば、従来のように各電極端子にセル電圧計測端子をカプトンテープなどで固定して接続したり、制御装置をハーネスなどの配線（計測線）で接続することを不要にでき、工数を少なくし、接続に要する労力の低減、時間の削減を図ることが可能になる。

本発明の一実施形態に係る計測端子装置及び二次電池を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る計測端子装置を二次電池に取り付けた状態を示す平面図（上面視図）である。 図２のＸ１−Ｘ１線矢視図であり、本発明の一実施形態に係る計測端子装置を二次電池に取り付けた状態を示す側面図である。 本発明の一実施形態に係る計測端子装置の変形例を示す斜視図である。 二次電池を示す斜視図である。

以下、図１から図３を参照し、本発明の一実施形態に係る計測端子装置について説明する。なお、本実施形態は、組電池を構成するリチウムイオン二次電池などの二次電池（電池セル）に取り付け、使用時に各二次電池のセル電圧（端子電圧）、セル温度、容器電圧（電池缶電圧）を計測するための計測端子装置に関するものである。

はじめに、本実施形態の二次電池１は、図５に示したように、複数の正極板２及び負極板３が積層して構成された電極体４と、電極体４を収容する電池缶５と、電池缶５の内部から外部に貫通して設けられた正負一対の電極端子６、７とを備えている。また、本実施形態において、各電極端子６、７は、その外面に軸線中心の周方向に延びて繋がる環状の溝（係合凹部）１５が形成されている（図１参照）。

また、電池缶５は、例えばアルミニウム製であり、一面が開口した本体部８と、本体部８の開口を閉塞する蓋部９とを有する。正負一対の電極端子６、７は、それぞれ電池缶５の蓋部９に貫通して設けられた絶縁スリーブ１０に嵌合することで、電池缶５に対して絶縁された状態で固定されている。さらに、電極体４を構成する正極板２と負極板３とは、交互に積層され、互いの間にセパレータ１１を介装して絶縁されている。また、蓋部９には、電池缶５の内部に電解液を注入するための注液口１２が形成され、この注液口１２には、注液口１２を開閉するための栓ボルト１３が取り付けられている。

また、正極板２及び負極板３は、それぞれ対応する電極端子６、７と接続するためのタブ２ａ、３ａを有している。正極板２は正極板２のタブ２ａ同士を束ねた正極タブ束を介して、負極板３は負極板３のタブ３ａ同士を束ねた負極タブ束を介して、対応する電極端子６、７と接続されている。

この二次電池（電池セル）１を直列、並列配置して電池収容ケース内に収容することにより組電池が構成される。この筐体内に収容した複数の二次電池１は、電極端子６、７同士がバスバー１６（図３参照）で接続される。

そして、本実施形態では、組電池を構成する各二次電池１に、図１から図３に示すように、セル電圧やセル温度、容器電圧を計測するための計測端子装置Ａが取り付けられる。

図１に示すように、本実施形態の計測端子装置Ａは、配線１７〜２０が形成された基板（配線基板）２１を備え、この基板２１にセル電圧を計測するための一対のセル電圧計測端子２２、２３と、二次電池１の温度を計測するためのサーミスタ（温度計測子）２４と、電池缶５の電圧を計測するための容器電圧計測端子２５と、これらセル電圧計測端子２２、２３、サーミスタ２４、容器電圧計測端子２５のそれぞれと、配線１７〜２０を介して電気的に接続されたコネクタ２６が設けられている。

基板２１は、略矩形平板状であり、その長手方向の長さを二次電池１の幅（電池缶５の蓋部９の幅）と略同等の寸法にして形成されている。また、この基板２１は、長手方向に沿う一側端部２１ａに、長手方向に所定の間隔をあけ、一側端部２１ａから他側端部２１ｂ側に向けて凹む一対の凹所２７、２８を設けて、平面視略Ｅ字状に形成されている。なお、コネクタ２６は、このように形成された基板２１の他側端部２１ｂ側に一体に設けられている。

一対のセル電圧計測端子２２、２３は、基板２１に形成された一対の凹所２７、２８にそれぞれ配設されている。また、本実施形態のセル電圧計測端子２２、２３は、対応する電極端子６、７を着脱するための挿入口２２ａ、２３ａを有する略Ｃ形の環状に形成されていて、それぞれ電極端子６、７に嵌合される。ここで、一対のセル電圧計測端子２２、２３は、導電性材料、具体的にはアルミニウムや銅などの金属からなるとともに、挿入口２２ａ、２３ａの幅を拡縮するように弾性変形可能に形成されている。そして、各セル電圧計測端子２２、２３は、その中心軸となる軸線Ｏ１方向を基板２１（基板２１の上面及び下面（基板面））に直交する上下方向に向け、且つ挿入口２２ａ、２３ａを基板２１の一側端部２１ａ側に配し、基板２１の基板面に沿う横方向外側に向けて、基板２１に一体に設けられている。さらに、本実施形態のセル電圧計測端子２２、２３は、図１に示すように、その内面に、内面から径方向内側に突出し、軸線Ｏ１中心の周方向に延びる係合凸部２９が形成されている。

サーミスタ２４は、図１から図３に示すように、一端側を基板２１の配線１９に接続して基板２１に一体に設けられている。また、本実施形態のサーミスタ２４は、図３に示すように、基板２１の下面との間にスポンジなどの弾性体３０を介装した状態で設けられ、他端側を基板２１の下面から斜め下側に突出させて設けられている。

容器電圧計測端子２５は、導電性材料、具体的にはアルミニウムや銅などの金属からなり、図１及び図２に示すように、環状に形成されている。そして、基板２１の配線２０に接続しつつ、内孔が基板２１の上面から下面に貫通するようにして基板２１に一体に設けられている。また、本実施形態の容器電圧計測端子２５は、基板２１を二次電池１の上面の所定位置に設置した状態で、電池缶５の蓋部９に形成された注液口１２と内孔が上下に重なるように配設されている。

次に、上記構成からなる本実施例の計測端子装置Ａを二次電池１に取り付ける説明をするとともに、本実施形態の計測端子装置Ａの作用及び効果について説明する。

はじめに、本実施形態の計測端子装置Ａを二次電池１に取り付ける際には、二次電池１の電池缶５の注液口１２から栓ボルト１３を取外した状態にしておく。なお、この栓ボルト１３は、計測端子装置Ａの基板２１に設けた容器電圧計測端子２５の内孔に予め取り付けておくようにしてもよい。

そして、図１及び図２に示すように、二次電池１の正負一対の電極端子６、７に向けて基板２１を横方向に移動し、一対のセル電圧計測端子２２、２３の挿入口２２ａ、２３ａから一対の電極端子６、７をそれぞれ内部に挿入して嵌合させる。このとき、セル電圧計測端子２２、２３は、略Ｃ形の環状に形成された弾性変形可能であるため、弾性変形しながら電極端子６、７と嵌合する。

これにより、本実施形態の計測端子装置Ａは、二次電池１の電極端子６、７に向けて基板２１を横方向に移動させることで、二次電池１の上面の所定位置に基板２１を設置することができるとともに、一対のセル電圧計測端子２２、２３の内部に一対の電極端子６、７をそれぞれ嵌合させることができる。このため、ワンタッチで容易にセル電圧計測端子２２、２３を電極端子６、７に接続できる。また、このように接続した状態で、セル電圧計測端子２２、２３が電極端子６、７をクランプ保持することになり、確実且つ強固にセル電圧計測端子２２、２３を電極端子６、７に接続できる。

さらに、本実施形態では、電極端子６、７の外面に係合部となる係合凹部（溝）１５が形成され、セル電圧計測端子２２、２３の内面にこの係合凹部と係合する係合凸部２９が形成されている。そして、基板２１を横方向に移動し、セル電圧計測端子２２、２３の内部に電極端子６、７を嵌合させると、電極端子６、７の係合凹部１５にセル電圧計測端子２２、２３の係合凸部２９が係合する。このため、本実施形態では、セル電圧計測端子２２、２３が電極端子６、７をクランプ保持することに加え、互いの係合凹部１５と係合凸部２９同士が係合することによって、より確実且つ強固にセル電圧計測端子２２、２３が電極端子６、７に接続されることになる。

一方、図３に示すように、二次電池１の上面の所定位置に基板２１を設置して、二次電池１の一対の電極端子６、７にそれぞれセル電圧計測端子２２、２３を嵌合させると、基板２１に一体に設けられたサーミスタ（温度計測子）２４が電池缶５の蓋部９に接触する。また、本実施形態では、サーミスタ２４が基板２１の下面との間にスポンジ（弾性体）３０を介装した状態で基板２１の下面から斜設されているため、二次電池１の上面に基板２１を設置すると、スポンジ３０の弾性力でサーミスタ２４が付勢され、電池缶５に圧接する。これにより、確実に、サーミスタ２４が電池缶５に接触し、接触した状態で保持されることになる。

また、二次電池１の上面に基板２１を設置して、二次電池１の一対の電極端子６、７にそれぞれセル電圧計測端子２２、２３を嵌合させると、基板２１に一体に設けられた容器電圧計測端子２５が電池缶５と接続する。本実施形態では、基板２１を二次電池１の上面の所定位置に設置した状態で、電池缶５の蓋部９に形成された注液口１２と容器電圧計測端子２５の内孔が連通する。このため、基板２１を二次電池１の上面の所定位置に設置したとき、容器電圧計測端子２５の内孔に栓ボルト１３を挿通し注液口１２に螺合することにより、容器電圧計測端子２５を栓ボルト１３で固定されて二次電池１の電池缶５に取り付けることができる。これにより、容器電圧計測端子２５は、栓ボルト１３を介してアルミニウム製の電池缶５に電気的に接続されるとともに、確実且つ強固に接続される。

そして、このように計測端子装置Ａを、組電池を構成する全ての二次電池１に取り付けた段階で、各計測端子装置Ａのコネクタ２６に配線を接続し、各計測端子装置Ａの一対のセル電圧計測端子２２、２３とサーミスタ２４と容器電圧計測端子２５をそれぞれ制御装置に接続する。これにより、二次電池１は、使用時にセル電圧（端子電圧）やセル温度、容器電圧（電池缶電圧）が計測され、電圧や温度に異常が確認された場合、計測結果を受けた制御装置によって、電池１への充電の停止、電圧や温度を正常に戻す制御がされる。

したがって、本実施形態の計測端子装置Ａにおいては、二次電池１の上面の所定位置に基板２１を設置するとともに二次電池１の一対の電極端子６、７にそれぞれセル電圧計測端子２２、２３を嵌合させて接続することができ、従来のようにセル電圧計測端子をカプトンテープなどで固定して接続する場合と比較し、容易にセル電圧計測端子２２、２３を電極端子６、７に接続することが可能になる。

また、基板２１に設けられたコネクタ２６とセル電圧計測端子２２、２３が基板２１の配線１７、１８で接続されているため、コネクタ２６に配線を接続することで、容易に制御装置と接続することができ、セル電圧（端子電圧）を計測することが可能になる。

よって、本実施形態の計測端子装置Ａによれば、従来のように各電極端子６、７にセル電圧計測端子をカプトンテープなどで固定して接続したり、制御装置をハーネスなどの配線（計測線）で接続することを不要にでき、工数を少なくし接続に要する労力の低減、時間の削減を図ることが可能になる。

また、本実施形態の計測端子装置Ａにおいては、二次電池１の電極端子６、７に向けて基板２１を横方向に移動しながら、挿入口２２ａ、２３ａを介してセル電圧計測端子２２、２３の内部に電極端子６、７を嵌合させることができる。これにより、ワンタッチで容易にセル電圧計測端子２２、２３を電極端子６、７に接続することが可能になる。また、セル電圧計測端子２２、２３が略Ｃ形の環状に形成されていることで、セル電圧計測端子２２、２３を弾性変形させながら挿入口２２ａ、２３ａからセル電圧計測端子２２、２３の内部に電極端子６、７を嵌合させることができ、セル電圧計測端子２２、２３で電極端子６、７をクランプ保持させ、確実且つ強固にセル電圧計測端子２２、２３を電極端子６、７に接続することが可能になる。

さらに、電極端子６、７とセル電圧計測端子２２、２３が嵌合すると、電極端子６、７の外面とセル電圧計測端子２２、２３の内面に形成された係合凸部２９と係合凹部２５が係合するため、より確実且つ強固にセル電圧計測端子２２、２３を電極端子６、７に接続することができる。

また、本実施形態の計測端子装置Ａにおいては、一対の電極端子６、７にそれぞれセル電圧計測端子２２、２３を嵌合させて接続すると、基板２１に一体に設けられたサーミスタ２４が電池缶５に接触する。基板２１の配線１９を介してサーミスタ２４とコネクタ２６が電気的に接続されているため、コネクタ２６に配線を介して制御装置を接続することで、容易にセル電圧とともにセル温度を計測することが可能になる。

また、基板２１の下面とサーミスタ２４の間にスポンジ３０が介装されているため、二次電池１の上面の所定位置に基板２１を設置すると、スポンジ３０の弾性力でサーミスタ２４が電池缶５に圧接する。これにより、確実にサーミスタ２４を電池缶５に接触させることができ、また、接触した状態で保持することができ、より確実且つ容易にセル温度を計測することが可能になる。

さらに、一対の電極端子６、７にそれぞれセル電圧計測端子２２、２３を嵌合させて接続すると、基板２１に一体に設けられた容器電圧計測端子２５が電池缶５に接続される。基板２１の配線２０を介して容器電圧計測端子２５とコネクタ２６が電気的に接続されているため、コネクタ２６に配線を介して制御装置を接続することで、容易にセル電圧とともに容器電圧を計測することが可能になる。

また、注液口１２に設けられた栓ボルト１３を用いて容器電圧計測端子２５を電池缶５に固定することができ、確実且つ強固に容器電圧計測端子２５を電池缶５に接続することができる。

以上、本発明に係る計測端子装置の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、本実施形態の計測端子装置Ａは、セル電圧計測端子２２、２３が略Ｃ形の環状に形成され、計測端子装置Ａを二次電池１の電極端子６、７に向けて横方向に移動しつつセル電圧計測端子２２、２３を電極端子６、７に嵌合させて接続するように構成されている。これに対し、本発明に係る計測端子装置は、図４に示すように、Ｏ形、すなわち開口を有しない環状のセル電圧計測端子３１、３２を基板２１に一体に設けて構成してもよい。この場合には、二次電池１の電極端子６、７に向けて上下方向（下方）に移動しつつセル電圧計測端子３１、３２の内孔に電極端子６、７を挿入して嵌合させる。これにより、セル電圧計測端子３１、３２と電極端子６、７を接続することができる。

また、このとき、図４に示すように、内周縁から突出する複数の被係合部として係止片３１ａ、３２ａを備えてセル電圧計測端子３１、３２を形成し、また、電極端子６、７の外面に、軸線中心の周方向に延びる環状の係止溝３３を被係合部と係合する係合部として形成しておくことが好ましい。この場合には、セル電圧計測端子３１、３２の内孔に電極端子６、７を挿入するとともにセル電圧計測端子３１、３２の係止片３１ａ、３２ａを電極端子６、７の係止溝３３に係合させることができる。これにより、ワンタッチで容易にセル電圧計測端子３１、３２を電極端子６、７に接続することが可能になるとともに、より確実且つ強固にセル電圧計測端子３１、３２と電極端子６、７を接続することが可能になる。

さらに、このように二次電池１の電極端子６、７に向けて上下方向（下方）に移動しつつセル電圧計測端子３１、３２の内孔に電極端子６、７を挿入して嵌合させるように構成した場合には、複数の二次電池のセル電圧、セル温度、容器電圧をそれぞれ計測するための複数の一対のセル電圧計測端子、複数のサーミスタ、複数の容器電圧計測端子、複数のコネクタを一つの基板にまとめて形成してもよい。この場合には、電池モジュールや組電池を構成する複数の二次電池の全てに対し、複数の一対のセル電圧計測端子、複数のサーミスタ、複数の容器電圧計測端子、複数のコネクタをまとめて設けた一つの基板を下方に移動して、各二次電池の電極端子とこれに対応するセル電圧計測端子を嵌合させて接続することによって、計測端子装置を取り付けることが可能になる。

１ 二次電池（電池セル）
２ 正極板
２ａ タブ
３ 負極板
３ａ タブ
４ 電極体
５ 電池缶
６ 電極端子
７ 電極端子
８ 本体部
９ 蓋部
１０ 絶縁スリーブ
１１ セパレータ
１２ 注液口
１３ 栓ボルト
１５ 係合凹部
１６ バスバー
１７ 配線
１８ 配線
１９ 配線
２０ 配線
２１ 基板
２１ａ 一側端部
２１ｂ 他側端部
２２ セル電圧計測端子
２２ａ 挿入口
２３ セル電圧計測端子
２３ａ 挿入口
２４ サーミスタ（温度計測子）
２５ 容器電圧計測端子
２６ コネクタ
２７ 凹所
２８ 凹所
２９ 係合凸部
３０ スポンジ（弾性体）
３１ セル電圧計測端子
３１ａ 係止片
３２ セル電圧計測端子
３２ａ 係止片
Ａ 計測端子装置
Ｏ１ 軸線

Claims (7)

1. 配線が形成された基板と、
   前記配線に接続して前記基板に設けられ、二次電池の正負一対の電極端子と接続して前記一対の電極端子の電圧を計測するための一対のセル電圧計測端子と、
   前記基板に設けられ、前記一対のセル電圧計測端子と電気的に接続したコネクタとを備えていることを特徴とする計測端子装置。
2. 請求項１記載の計測端子装置において、
   前記一対のセル電圧計測端子は、軸線方向に延びる挿入口を側部に備えて略Ｃ字状に形成され、前記軸線方向を前記基板に直交する上下方向に向け、且つ前記挿入口を前記基板の一側端部側に配し、前記基板の基板面に沿う横方向外側に向けて、前記基板に一体に設けられていることを特徴とする計測端子装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の計測端子装置において、
   前記一対のセル電圧計測端子は、対応する前記電極端子の外周面に形成された係合部と係合する被係合部が、内周面に形成されていることを特徴とする計測端子装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の計測端子装置において、
   前記配線に接続して前記基板に設けられ、前記一対のセル電圧端子が前記一対の電極端子に嵌合した状態で前記二次電池の電池缶に接触して前記二次電池の温度を計測するための温度計測子を備えていることを特徴とする計測端子装置。
5. 請求項４記載の計測端子装置において、
   前記温度計測子は、前記基板の下面との間に弾性体が介装され、前記基板の下面から下方に向けて斜設されていることを特徴とする計測端子装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の計測端子装置において、
   前記配線に接続して前記基板に設けられ、前記一対のセル電圧端子が前記一対の電極端子に嵌合した状態で前記二次電池の電池缶に接続し前記電池缶の電圧を計測するための容器電圧計測端子を備えていることを特徴とする計測端子装置。
7. 請求項６記載の計測端子装置において、
   前記容器電圧計測端子が、前記電池缶に形成されて内部に電解液を注入するための注液口を閉塞する栓ボルトによって、前記電池缶に固定して接続されることを特徴とする計測端子装置。

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