JP5017042B2

JP5017042B2 - 電源コネクタ

Info

Publication number: JP5017042B2
Application number: JP2007255626A
Authority: JP
Inventors: 正宏関野; 紀雄清水; 永晃室; 裕作畑; 務金綱; 和英芦田; 憲治佐藤; 研司重久
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2027-09-28
Also published as: JP2009087710A

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、回路基板側又は金属板側との接続構造に改良を施した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外部電源から電池への充電を行うための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。

したがって、２種類の充電用プラグに対応して、電源コネクタ側には、２種類のプラグの挿入部とコネクタピンが設けられている。このとき、大電流充電用のプラグは低電流充電用のそれに比べて大形のものが採用されている。そのため、プラグの大きさに対応して電源コネクタ側のコネクタピンに関しても、大電流充電用の方が、大径のものが用いられている。
２００４−３６２９４９号公報

ところで、大電流充電に対応可能な電源コネクタにおいては、大電流充電用のコネクタピンが大径なので、以下に述べるような問題点が生じていた。ここで、図７の側面図を用いて従来の電源コネクタの構成を具体的に示し、従来の大電流充電用電源コネクタが持つ問題点について説明する。

図７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、背面側（図７中の右縁部側）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は電源コネクタ１の背面部から後方（図７中の右方向）に延びて設けられており、その下方には、電池パックの内部に組み込まれた回路基板又はバスバー３が設置されている。

コネクタピン２は、回路基板又はバスバー３に接続されるが、このとき、コネクタピン２が大径なので、高さ方向へスペースが取られることになり、電源コネクタ１の体積効率が低下した。また、コネクタピン２が大径である分、コネクタピン２と、回路基板又はバスバー３側とを接続するための接続配線の断面積が大きくなる。したがって、この接続配線箇所での発熱量が大きかった。

さらに、コネクタピン２と回路基板又はバスバー３との接続配線の断面積が大きいので、接続作業自体が難しく、作業性が低かった。電動アシスト自転車用の電池バックは、振動や横倒し等の衝撃に強くする必要があるので、優れた接続強度を確保することが肝要であり、確実な接続作業が求められている。したがって、コネクタピン２と回路基板又はバスバー３側との接続作業に関しては、作業効率の向上が急務となっていた。

本発明は、上記の状況を鑑みて提案されたものであり、その目的は、コネクタピンと回路基板側又は金属板側との接続において両者の接触面積を大きくすることにより、体積効率、接続強度及び接続作業効率を高めると共に、コネクタピンと回路基板又は金属板との接続部分の発熱を低減して信頼性及び性能の向上を図った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、継ぎ足し充電可能な電池パックに対し、外部電源から充電用プラグにより電流を取り入れる電源コネクタであって、一つの縁部には前記充電用プラグを挿入可能な挿入部が開口され、他の縁部にはコネクタピンが配置され、前記コネクタピンには回路基板又は金属板が接続された電源コネクタにおいて、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面接触する平面部が設けられ、前記平面部は、断面が略半円形であることを特徴とするものである。

以上の構成を有する本発明では、コネクタピンに平面部を設け、この平面部を回路基板又は金属板に面接触させて両者を接続するので、大きな接触面積を獲得することができる。そのため、大径のコネクタピンを回路基板又は金属板に簡単且つ安定して取り付けることができる。また、コネクタピンと回路基板又は金属板との接触面積を大きくした分、両者の接続部分は優れた放熱性を発揮することができ、大電流充電に対応可能な電源コネクタに好適である。

上記のような本発明の電源コネクタによれば、コネクタピンに平面部を設け、この平面部を回路基板又は金属板に面接触させるといった極めて簡単な構成によって、大きな接触面積を獲得することができ、体積効率、接続強度及び接続作業効率が大幅に向上すると共に、コネクタピンと回路基板又は金属板との接続部分の発熱を大幅に低減させて、信頼性及び性能を高めることが可能である。

（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、家庭外や工場等での使用に適した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。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。

まず、電源コネクタ１の正面側から説明する。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。平面部２ａ、１１ａは、回路基板又はバスバー３（図１では一点鎖線で図示）に対し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。これら電源コネクタ１の背面側の構成が本実施形態の特徴となっている。

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］
以上のような構成を有する本実施形態の作用効果は、次の通りである。すなわち、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に対して回路基板又はバスバー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又はバスバー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。

また、コネクタピン２、１１と回路基板又はバスバー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たやすく推し進めることができる。しかも、コネクタピン２、１１と回路基板又はバスバー３との接続部分を大きくしたことで、この部分の放熱性は良好となる。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、さらに放熱性が向上している。

また、コネクタピン２と回路基板又はバスバー３との接続に関して、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、高い安全性を確保することが可能である。

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、大径のコネクタピン２に平面部２ａを設けるといった極めて簡単な構成により、回路基板又はバスバー３との接触面積を増大させることができ、体積効率、接続強度及び接続作業効率の向上を図ると同時に、コネクタピン２、１１と回路基板又はバスバー３との接続部分の発熱低減を実現して、信頼性及び性能を高めることができた。

（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、図６に示すように、大径のコネクタピン２を並べて配置し、小径のコネクタピン１１を並べて配置するようにした実施形態も包含する。このような実施形態によれば、大電流充電用プラグと低電流充電用プラグとを同時に差し込むことが可能となるため、良好な使い勝手が得られる。

コネクタピンの形状としては端部が板状であってもよく、このような実施形態によれば回路基板又は金属板との接続作業をより容易に実施することが可能である。また、信号ピンの形状としては、クランク状以外にも単なるＬ字状としてもよい。なお、コネクタピンを回路基板又は金属板に固定する場合も、ねじ止めだけではなく、溶接や半田付けで両者を固定接続してもよい。

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の数も適宜選択可能であり、上記の実施形態では２種類のプラグに対応するタイプであったが、単一のプラグに対応するものであっても構わない。

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低電流充電を実施しようとする場合の斜視図。本発明の他の実施形態の背面図。従来の電源コネクタの背面図。

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…回路基板又はバスバー
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

Claims

継ぎ足し充電可能な電池パックに対し、外部電源から充電用プラグにより電流を取り入れる電源コネクタであって、一つの縁部には前記充電用プラグを挿入可能な挿入部が開口され、他の縁部にはコネクタピンが配置され、前記コネクタピンには回路基板又は金属板が接続された電源コネクタにおいて、
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面接触する平面部が設けられ、
前記平面部は、断面が略半円形であることを特徴とする電源コネクタ。
前記平面部は、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１に記載の電源コネクタ。
前記コネクタピンが複数配置され、
各コネクタピンの前記平面部は同一の平面上に位置するように設けら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。
前記挿入部は、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１〜３のいずれか１項に記載の電源コネクタ。