JP5214247B2 - バッテリユニットおよび対応する端子コネクタで構成されるシステム - Google Patents

Description

説明
本発明は、バッテリユニットおよび対応する端子コネクタで構成されるシステムに関する。

現在、何百ものバッテリタイプが存在し、その端子領域は、大きさ、縦横比、端子位置、パイラー、エレベータなどに関して互いに異なっている。以下の説明では「バッテリ」および「蓄電池」という用語は同義語として使用されるのだが、多数のバッテリタイプは、異なる機器、製造、保管、スタッフの訓練、製品資料およびアフターサービスについて多額の費用をバッテリ製造業者に生じさせる。車椅子、フォークリフトまたは電気車両のような機械にバッテリを設置する必要がある産業企業、または定置型の用途のためにバッテリを必要とする産業企業は、計画段階で多くのバッテリタイプの中から最適なバッテリを選択できる立場にあるが、ある特定のバッテリタイプを使用する決定がなされるとすぐに、予備部品の生産、取得および供給というその後の局面に関して上記バッテリタイプのみを考慮に入れなければならないことになり、これは長期的にみて問題を引起こす可能性がある。たとえば、実際には、名目標準のバッテリの大きさには従わないことが多く、そのため、多かれ少なかれ標準寸法から大きく逸脱することになる。バッテリのエンドユーザもこれらの問題の影響を受けることになる。

さらに、電気器具業界およびエンドユーザは、バッテリ製造業界における生産の転換によってまたは他の国に下請けに出すことによって引起こされ、必要なバッテリタイプを得ることはますます困難で費用のかかるものになり、極端な場合には必要なバッテリタイプを得ることは不可能でさえあるという問題に何度も直面している。このような状況では、理想的とは言えない解決法によって、電気器具を異なるバッテリタイプに適合させ、新しいバッテリタイプに適した他の接続部品を取得することが必要になる。

本発明の目的は、効率を上げるための可能性、ならびにバッテリおよび蓄電池を利用する際の標準化をもたらすための可能性を作り出すことである。

この問題は、請求項１の特徴を有するバッテリユニットおよび対応する端子コネクタで構成されるシステムによって解決される。本発明のさらなる便利な特徴については、従属請求項において説明する。

本発明によるシステムは、バッテリユニットまたは蓄電池ユニットと、対応する端子コネクタとを備える。各バッテリユニットは直方体の基本的な形状を有し、好ましくは直方体の上面であるその面のうちの１つは、端子領域である。端子領域は、長さがａの長手方向の端縁と、長さ（幅）がｂの狭い端縁と、２つの端子とを有する。さらなる端子が存在してもよいが、この文脈では何ら重要性をもたない。本発明によれば、長さａは２ｂに等しいかまたは２ｂにほぼ等しく、２つの端子と長手方向の端縁および隣接する狭い端縁との間の距離は、ｂ／２に等しいかまたはｂ／２におよそ等しい。換言すれば、端子領域の長さはその幅の２倍であり、両端子間の距離はｂであり、そのため、両端子は端子領域上で対称的な位置を有する。

各端子コネクタは、隣接するバッテリユニットの２つの端子の接続のために適合され、端部に２つの接続ポイントを有する電気的接合部を備える。本発明によれば、両方の接続ポイントの距離はｂに等しいかまたはｂにほぼ等しい。上記電気的接合部は、たとえば金属編組を備える可撓性の外装ケーブルであってもよく、さらなる可能性は、絶縁体を有するかもしくは絶縁体を持たないグーズネックまたはスターラップの形状を有し得るたとえば円形または平坦な金属棒である。上記端子コネクタは、接続ポイントによって端子に結合されることができる。上記接続ポイントはさまざまな形状を有してもよい。たとえば、接続ポイントは、端子ポイントを端子に固定するためにねじが差込まれるように平坦な金属部分にあけられたアイレットまたはボアの形状であってもよい。これらの場合には、端子コネクタの両端子ポイント間の距離は、上記アイレットまたはボアの中心間で測定される。

本発明によるシステムの最適な幾何学的形状はａ＝２ｂの形状であり、端子コネクタの両端子ポイント間の距離はｂに等しい。しかしながら、たとえより最適でない態様で空間が利用されたとしても本発明の基本的な考え方が実質的に実現される場合には、わずかな差も特許請求の範囲によって包含される。さらに、バッテリユニットは厳密な平行六面体の基本的な形状をもたないかもしれず、差異、たとえば均された端縁または補強リブを通常有することになる。

本発明によるシステムは、上述の難題を回避または少なくとも大幅に低減する可能性をもたらす。このシステムのバッテリユニットは、基本的なバッテリユニットの組合せを得て、その基本的なバッテリユニットの電圧および容量の任意の倍数を作り出すために、記載の端子コネクタのタイプである単一のコネクタタイプによって組合せられることができる所与の領域上に位置決めされてもよい。電圧を増大させるためには、所望の数のバッテリユニットが上記の端子コネクタによって直列に接続されなければならないのに対して、容量が増やされるべきときには、バッテリユニットは並列に接続されなければならない。直列−並列結合によって、混在したグループ分けも可能である。その結果、車椅子、フォークリフトまたは電気車両のような電気装置の製造および使用に関する条件の大半を満たすために、１つのコネクタタイプ、すなわちこのシステムの端子コネクタのタイプとともに、単一の基本的なタイプのバッテリ、すなわちこのシステムのバッテリユニットが１つだけ必要である。このシステムをさまざまな異なる用途に適合させるために、たとえば高さが異なる、さまざまな異なる構造上の大きさのバッテリユニットおよび端子コネクタを提供することが有用であろう。

バッテリユニットは好適には、化学バッテリの利用されるタイプの基本電池を備え、これは上記バッテリユニットの両端子間の電圧が基本電圧であることを意味する。この他に、直列に結合されてもよい複数の基本電池をバッテリユニットにおいて組合せることが有用であろう。

上述の端子コネクタは、バッテリユニットを水平に相互接続する可能性をもたらし、このようにしてより大きなバッテリグループを得る。空間の第三次元を利用するために、本発明の好ましい特徴によって、このシステムのバッテリユニットは積み重ねられてもよい。この場合それは、重ね合わせられたバッテリユニットの下面に位置する対応する対向部と協働するスペーサ要素を備える端子領域を各バッテリユニットの上面が形成し、そのため、上記上面と上記下面との間に間隙が存在し、その間隙が端子コネクタ用のシートとして使用されるならば有利である。換言すれば、上記間隙は端子コネクタを収容するのに十分な空間をもたらす。下面に位置する対向部は、たとえば下のバッテリユニットの上面に設けられた対応する窪みと係合する突出する脚部であってもよく、このようにして移動からの保護がもたらされ、この場合、上記窪みも記載の「スペーサ要素」である。

２つ以上のバッテリユニットが層状に配置され、各層内のユニットが上述の端子コネクタによって相互接続される場合、隣接する層に属しているバッテリユニットのいくつかの端子を相互接続することが場合によっては必要であるかもしれない。この目的のために、本発明によるシステムは、垂直コネクタであるさらなるタイプのコネクタを提供する。２つの隣接する、積み重ねられたバッテリユニットの隣接する端子の距離はｈである。上記垂直コネクタは、上記２つの端子の接続のために適合される。各垂直コネクタは好ましくは、中央部と、上記中央部の端部から突出する２つのアームとを備えるスターラップの基本的な形状を有し、各アームはその自由端に接続ポイントを有する。中央部の長さは距離ｈに等しいかまたは距離ｈにほぼ等しく、各アームの、その接続ポイントまでの長さはｂ／２に等しいかまたはｂ／２にほぼ等しい。バッテリユニットの外壁に接触する場合もあれば、好ましくはバッテリユニットの壁に設けられた窪みと係合する場合もある垂直コネクタの位置次第で、上記アームの長さは変化し得る。中央部の厳密な長さも構成上の詳細に依存する。その垂直コネクタの接続ポイントは、過剰な機械的応力を引起こすことなくバッテリユニットの端子に接続されることができるようなものでなければならない。

本発明の好ましい実施例によれば、バッテリユニットの端子間の隙間、および／またはバッテリユニットの上面と、重ね合わせられたさらなるバッテリユニットの下面との間の間隙は、電気的または電子的な監視および／または制御のための装置を入れるように適合される。電流伝送には必要でない端子領域の上方の空間は、バッテリユニットを積み重ねるのを助ける装置（記載の対向部と協働し、たとえば対応する対向部と協働する隆起したリムの形状でもあるスペーサ要素）のために使用されてもよいだけでなく、たとえば電圧、電流、温度、ガス圧力、充電状態、充電サイクルの数などのようなバッテリパラメータを監視および／もしくは制御するための、上記バッテリユニットもしくは複数のバッテリユニットで構成される上記バッテリグループを監視もしくは制御するための電気または電子装置を収容するためにも使用されてもよい。

以下で、図面に示される本発明のいくつかの実施例について説明する。
図１は、システム１の構成要素の概略的な上面図である。この例では、２つのバッテリユニット２および２′は、並んで置かれ、２つの端子コネクタによって並列に相互接続されている。上記バッテリユニット２は直方体の基本的な形状を有し、その上面は端子領域３を形成する。その端子領域３は、長さがａの長手方向の端縁４と、幅がｂの狭い端縁５とを有する。上記端子領域３上には、２つの端子６および７が設けられ、図１の例では、端子６は正極であり、端子７は負極である。長手方向の端縁４および隣接する狭い端縁５までの各端子６、７の距離はｂ／２に等しい。これは、両端子６、７の間の距離が、たとえば端子６および７に設けられたねじ山の軸を基準として、ｂであることを意味する。

図１に示されるように、２つのバッテリユニット２は並んで置かれ、図１における下のユニットは参照数字２′を有する。バッテリユニット２および２′は両方同一形態であるので、さらなる参照数字は互いに異なることはない。端子６は両方、端子コネクタ１０によって相互接続される。示される実施例では、端子コネクタ１０は平坦な金属棒１２で構成され、その端部は、貫通ボア（アイレットの中心）を有する接続ポイント１６および１７を成すように拡張され、アイレットを形成する。接続ポイント１６および１７の間の距離は、上記ボアの軸を基準として、ｂである。実施例では、端子コネクタ１０はねじナットによって上記端子６の各々に固定される。同一形態の端子コネクタ１０は、バッテリユニット２および２′の両方の端子７、すなわち負極を相互接続する。上述のように、他のタイプの端子コネクタが可能である。

図１の例によれば、バッテリユニット２および２′は両方、並列に接続される。このようにして、バッテリユニット２の各々の電圧を有するバッテリグループが実現されるが、
このバッテリグループでは、各単一のバッテリユニット２はバッテリユニット２の各々の２倍の充電容量を有し、２倍の電流を供給する。

図２は、同一平面上に位置決めされ、端子コネクタ１０によって相互接続されるバッテリユニット２のさらなる配置を示す。図２の部分ａでは、示されるバッテリのグループは１列であるのに対して、部分ｂでは、バッテリユニット２は２列存在する。いずれにしても、バッテリユニット２が直列に接続されるように、１つのバッテリユニット２の端子６（正極）は、隣接するバッテリユニット２の端子７（負極）に接続される。これは、最後のバッテリ部材２の自由な端子間の総電圧が各単一のバッテリユニット２の電圧の倍数であることを意味する。

図３は、いくつかの積み重ねられたバッテリユニット２を備えるバッテリグループを示す。上記バッテリユニット２の積層を容易にするために、重ね合わせられたバッテリユニット２′の下面に設けられた対応する窪み２２と係合するいくつかのスペーサ要素２０が、各バッテリユニット２の上面（端子領域３）から突出する。このように、バッテリユニット２、２′は互いに移動できない。バッテリユニット２の上面２４とバッテリユニット２′の下面２６との間には、図１および図２に示される端子コネクタ１０によって、定められた層のバッテリユニット２を相互接続するのに十分な空間が存在するように間隙２８がある。さらに、上記間隙２８は、単一のバッテリユニット２またはバッテリグループ全体を監視するために使用され得る電子構成要素用のシートとして使用されてもよい。

接続の可能性についてより大きな変動を作り出すために、このシステムは、バッテリブロックの隣接する層におけるバッテリユニット２の端子を相互接続するようにさらなる垂直コネクタ３０を備える。これは図４に示されている。

各垂直コネクタ３０は、取付けられると垂直の中央部３２とアーム３４および３５とを備えるスターラップの基本的な形状を有する。中央部３２の長さはｈであり、これは２つの直接に重ね合わせられたバッテリユニット２および２′の隣接する端子間の距離に対応するか、またはその距離におよそ対応する。アーム３４および３５の自由端は、端子コネクタ１０の接続ポイントと同様の接続ポイントであり、ねじナットによって端子６または７にそれぞれに固定されてもよい。図４は、バッテリユニット２および２′が直列に接続される配置を示している。

各アーム３４、３５の長さはｂ／２に等しいかまたはｂ／２にほぼ等しい。図４の実施例では、アーム３４、３５はわずかにより長い。垂直コネクタ３０の中央部３２がバッテリユニット２の壁に設けられた窪みと係合する場合、アーム３４、３５の長さはわずかにｂ／２を下回る可能性がある。

図５は、カバーが除去されたバッテリユニット２の上面（端子領域３）を概略的に示す。端子６、７は、（この例では、複数の基本電池で構成される）バッテリユニット２の対応するバッテリ電池の電気的アクセス部４０、４１とそれぞれに整列して一直線に位置決めされるのではなく、電気的アクセス部４０、４１に対して互い違いに配置される。端子６、７とアクセス部４０、４１との間の結合は、電気コネクタ４２および４３によって実現される。この例では、電気コネクタ４２は、バッテリユニット２を監視および制御するために使用される情報を入手するように適合されるシャントを備える。さらに、バッテリユニットの監視または制御のために使用される電子ユニット４６は、端子６および７の間に設けられる。上記電子ユニット４６も、ケーシングのカバーの上に位置決めされてもよい。上記電子ユニット４６と端子６および７とシャント４４との電気相互接続は、図５には示されていない。

並列におよび並んで置かれた２つのバッテリユニットの平面図である。 直列接続でのバッテリユニットの２つの異なる配置の２つの平面図ａおよびｂである。 いくつかの積み重ねられたバッテリユニットの側面図である。 上記バッテリユニットが垂直コネクタによって直列に相互接続された、図３の側面図と似た側面図である。 ケーシングのカバーが除去されたバッテリユニットの実施例の概略的な上面図である。

Claims (5)

1. 複数のバッテリユニットで構成されるシステムであって、
   各前記バッテリユニット（２）は、複数の基本電池を備え、
   各前記バッテリユニット（２）は直方体の形状を有し、上面（２４）が、２つの端子（６，７）を備える端子領域（３）を形成し、
   前記上面（２４）は、長さが（ａ）の長手方向の端縁（４）と、幅がｂの側方端縁（５）とを有し、
   長さａは、幅ｂの２倍に等しく、
   長手方向の端縁（４）および隣接する前記側方端縁（５）までの各端子（６，７）の距離ｂ／２は、幅ｂの半分に等しく、
   隣接するバッテリユニット（２，２’）の端子（６，７）は、端部に２つの接続ポイント（１６，１７）を各々が備える電気的接合部（１２）で構成される端子コネクタ（１０）によって相互接続され、２つの接続ポイント（１６，１７）の距離は前記幅ｂに等しく、
   端子（６，７）のうちの少なくとも１つは、対応する基本電池への電気的アクセス部（４０，４１）と直接整列するように位置決めされるのではなく、電気的アクセス部（４０，４１）に対して互いにずらして配置され、端子（６，７）のうちの少なくとも１つは、電気コネクタ（４２，４３）によって前記アクセス部に接続され、
   前記バッテリユニット（２）は、重ね合わせられた２つのバッテリユニット（２，２’）の間に間隙（２８）が設けられるように積み重ねられる形状を有し、
   各前記バッテリユニット（２）の上面（２４）は、重ね合わせられたバッテリユニット（２′）の下面（２６）に位置する対応する部分（２２）と協働するスペーサ要素（２０）を備え、
   前記スペーサ要素（２０）は、前記上面（２４）と前記下面（２６）との間に前記間隙（２８）を作成するように設けられ、前記間隙（２８）は、前記端子コネクタ（１０）をバッテリユニット（２）の上面に平行に配置可能な隙間を形成する、システム。
2. 前記電気コネクタ（４２，４３）は、バッテリユニット（２）の監視および制御のために使用される情報を入手するように設けられたシャント（４４）を備える、請求項１に記載のシステム。
3. ２つの前記隣接するバッテリユニットが前記長手方向の端面の一つに沿って隣接している、請求項１に記載のシステム。
4. ２つの前記隣接するバッテリユニットが前記側方端面の一つに沿って隣接している、請求項１に記載のシステム。
5. ２つの前記隣接するバッテリユニットが前記長手方向の端面の一つに沿って隣接しており、それぞれが、その前記側方端面の一つに沿って、第３のバッテリユニットの一つの長手方向の端面と隣接している、請求項１に記載のシステム。

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