JP4663781B2 - 接続端子手段 - Google Patents

Description

本発明は、接続端子デバイスに関し、更に詳細には、バッテリー間の電気的接続、バッテリーカートリッジ間の電気的接続、他の電源の端子間の電気的接続、又は外部接続部材と対応する電極端子との間の電気的接続を行うことができ、これによって、接続を容易に行うことができ且つ接続部品が外部に露呈されないようにし、従って、短絡が発生しないようにし、接続部品を異物による腐蝕から保護する、接続端子デバイスに関する。

近年、充電及び放電を行うことができる二次電池が、無線携帯デバイス用のエネルギ源として広く使用されている。更に、二次電池は、化石燃料を使用する現存のガソリン車やディーゼル車による大気汚染等の問題点を解決するために開発されてきた電気自動車及びハイブリッド電気自動車用の電源として、かなりの注目を集めている。

小型の携帯デバイスは、各デバイスについて一つの又は幾つかの小型のセルを使用する。他方、自動車等の中型又は大型のデバイスは、複数のセルを互いに電気的に接続した中型又は大型のバッテリーモジュールを使用する。これは、中型又は大型のデバイスに対し、高出力であり且つ大容量であることが必要とされるためである。

一般的には、バッテリーモジュールは、複数のバッテリーカートリッジを電気的に接続することによって製造される。各バッテリーカートリッジは、互いに直列に及び／又は並列に接続された複数のユニットセルを有する。場合によっては、二つ又はそれ以上のバッテリーモジュールを互いに電気的に接続し、高出力の中型又は大型のバッテリーシステムを提供する。

従って、バッテリー（ユニットセルを含む）間の電気的接続、バッテリーカートリッジ間の電気的接続、バッテリーモジュール間の電気的接続、バッテリーモジュールから電力を受け入れて電力を外部デバイスに供給するような電気的接続を効果的に行うことができる接続部材が必要とされている。更に、電圧等の信号を出力して電源としてのバッテリーの動作を制御するため、電極端子と対応する接続部材との間を接続することが必要とされている。

他方、接続端子部品（これは、外部デバイスと対応する電極との間の接続部品、検出デバイスと対応する電極との間の接続部品、並びに上文中に説明した電極端子間の接続部品を含む概念として使用される）は、水分により容易に短絡し、容易に腐蝕する部品である。この理由により、接続端子部品の製造中又は使用中、注意を払う必要がある。

接続端子部品を外部から絶縁するための幾つかの従来の装置及び方法が提案されてきたが、上述の問題点を基本的に解決することができる装置は未だ開発されていない。

従って、本発明は、上述の問題点及び未だ解決されていないその他の技術的問題を解決するためになされたものである。

とりわけ、本発明の目的は、電極端子間の電気的接続を容易に行うことができる接続端子デバイスを提供することである。

本発明の別の目的は、接続端子部品を外部から絶縁でき、これにより短絡の発生を阻止し、接続端子部品を水分による腐蝕から保護するような接続端子デバイスを提供することである。

本発明の更に別の目的は、外部接続部材を、対応する電極端子に接続する場合でも、上述の効果を提供できる、接続端子デバイスを提供することである。

本発明によれば、上述の及び他の目的は、上端が開放した電気絶縁中空接続デバイス本体と、接続デバイス本体の開放した上端に連結された、電気絶縁カバーとを備え、プレート状導電性バスバーが接続デバイス本体の下端に取り付けられるように形成されており、二つ又はそれ以上の端子挿入穴が接続デバイス本体の下端及びバスバーに形成されており、接続デバイス本体の下端に形成された端子挿入穴は、バスバーに形成された端子挿入穴と連通し、対応する電極端子を、必要な場合に、外部接続部材に更に接続できるように、接続部材挿入スリットが接続デバイス本体の一方の側に形成されている、接続端子デバイスによって達成される。

従って、本発明による接続端子デバイスの接続デバイス本体の下端に形成した端子挿入穴に電極端子を挿入すると、これらの電極端子は、接続デバイス本体の下端に取り付けられたバスバーを介して互いに電気的に接続され、従って、電気的接続が容易になされ、本発明による接続端子デバイスを、必要に応じて容易に取り外すことができる。更に、接続端子部品を外部から絶縁し、従って、水分による短絡の発生や腐蝕の発生を効果的に阻止するように、接続デバイス本体の開放した上端をカバーによってシールドする。更に、電力の出力、バッテリーを制御するのに必要な電圧の検出、又はバッテリーモジュール間の電気的接続の目的のため、外部接続部材を対応する電極端子に電気的に接続しようとする場合には、接続部材挿入スリットを通して外部接続部材を挿入でき、これによって本発明の目的を達成する。この場合でも、上文中に説明したように、接続部品の絶縁による効果を得ることができる。

接続デバイス本体及びカバーは、これらの接続デバイス本体及びカバーが電気絶縁材料で形成されている限り、特に制限されない。好ましくは、接続デバイス本体及びカバーは、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、アクリル酸樹脂、ナイロン、又はポリエステル等の一般的な、又はエンジニアリングプラスチック樹脂で形成されている。

接続デバイス本体は、中空形状に形成されている限り、特に制限されない。好ましくは、接続デバイス本体は矩形構造に形成されている。

カバーは、接続デバイス本体の開放した上端に取り外し自在に連結されていてもよい。好ましい実施形態では、カバーは接続デバイス本体の一方の側にヒンジ連結されており、これによって、カバーが接続デバイス本体から完全に分離することがないようにする。

更に、カバーには連結突出部が設けられており、接続デバイス本体には、カバーの連結突出部と各々対応する連結溝が設けられており、これにより、カバーを接続デバイス本体に連結した後、カバーが、外部からの衝撃により、接続デバイス本体から容易に分離することがないようにする。

接続デバイス本体の下端に取り付けられたプレート状バスバーは、端子挿入穴を通して中空接続デバイス本体に挿入した電極端子を互いに接続するのに役立つ。中空接続デバイス本体に挿入された電極端子の数に特に制限がないため、バスバーの数も制限されない。
例えば、二つのカソード端子（電極端子）及び二つのアノード端子（電極端子）を接続デバイス本体に挿入する場合には、二つのバスバーを使用してこれらの端子を互いに直列に接続する。更に、二つ又はそれ以上の端子挿入穴が形成されている場合には、これらの端子挿入穴は、必ずしも直線をなして配置されていなくてもよい。

好ましい実施形態では、接続デバイス本体の内面には、下方にテーパした固定突出部が設けられており、これらの固定突出部は、接続デバイス本体の下端にバスバーを安定的に固定できるように、接続デバイス本体の下端面から僅かに間隔が隔てられている。固定突出部と接続デバイス本体の下端面との間の距離は、バスバーの厚さと等しいか或いはこれよりも僅かに大きい。従って、バスバーを接続デバイス本体に挿入するとき、バスバーは固定突出部を通過し、次いで接続デバイス本体の下端に配置される。しかしながら、バスバーを接続デバイス本体の下端から分離するのは困難である。これは、固定突出部が下方にテーパした構造で形成されているためである。

本発明による二つ又はそれ以上の接続端子デバイスを使用する場合には、これらの接続端子デバイスを互いに連結してもよい。接続端子デバイス間の連結は、可変の又は固定された連結構造で行われる。例えば、可変の連結構造は、接続端子デバイス間の連結距離を必要に応じて変化させることができる構造である。可変の連結構造は、特に制限されない。可変の連結構造は、接続端子デバイス間の電気的接続が電極端子の位置の変化に応じて行われるため、使用するのに非常に便利である。

更に、本発明による接続端子デバイスは、特に電気自動車及びハイブリッド電気自動車用の高出力であり且つ大容量のバッテリーシステムで様々に使用されるが、本発明による接続端子デバイスは、一般的な装置の端子を接続するのに使用してもよい。

本発明の以上の及び他の目的、特徴、及び他の利点は、添付図面を参照して以下の詳細な説明を参照することにより、更に明瞭に理解されるであろう。

次に、本発明の好ましい実施形態を添付図面を参照して説明する。しかしながら、本発明の範囲は例示の実施形態に限定されないということに留意されたい。

図１は、本発明による接続端子デバイスを適用できる例示のようなバッテリーモジュールを主として示す部分斜視図であり、図２は、図１に示すバッテリーモジュールを構成する一のバッテリーカートリッジを主として示す斜視図である。

これらの図を参照すると、バッテリーカートリッジ１００は、互いに取り付けられた一対のフレーム１２０及び１２２を含む。これらのフレーム１２０及び１２２が互いに離間しているとき、フレーム１２０と１２２との間にユニットセル２００及び２０１を配置し、次いで、フレーム１２０及び１２２を互いに取り付けた後、ユニットセル２００及び２０１をフレーム１２０と１２２との間にしっかりと固定する。ユニットセル２００は、バッテリーカートリッジ１００の上部分に配置されたバスバー１４０を介して、隣接したユニットセル２０１の電極リードに電気的に接続される電極リード（図示せず）を有する。
図１に示すように、ユニットセル２００及び２０１は互いに直列に接続されているが、これらのユニットセルは、場合によっては、互いに並列に接続されていてもよい。このことに関し、ユニットセルは、バッテリーカートリッジ１００の上端の両側から各々突出したカソード端子（電極端子）１５０及びアノード端子（電極端子）１６０に電気的に接続されている。

バッテリーモジュール３００は、カートリッジを互いに直列に、交互に１８０°向きを変えて接続するように構成されている。詳細には、第１カートリッジ１０１の電極端子１５１及び１６１と、第２カートリッジ１０２の電極端子１５２及び１６２とを、逆向きに配置する。他方、第３カートリッジ１０３の電極端子１５３及び１６３と、第１カートリッジ１０１の電極端子１５１及び１６１とを、同じ向きで配置する。更に、第４カートリッジ１０３の電極端子１５４及び１６４と、第２カートリッジ１０２の電極端子１５２及び１６２とを、同じ向きで配置する。電極端子の向きをこのように交互に変えるのは、全てのカートリッジについて同じである。従って、奇数番号のカートリッジ１０１、１０３、１０５、１０７、及び１０９の電極端子と、偶数番号のカートリッジ１０２、１０４、１０６、１０８、及び１１０の電極端子とは、交互に１８０°向きを変えて配置してある。

第１カートリッジ１０１のアノード端子１６１は、バッテリー管理システム（ＢＳＭ）に接続されている。バッテリー管理システムは、添付図面には示してない。第１カートリッジ１０１のカソード端子１５１は、第３カートリッジ１０３のアノード端子１６３にバスバー（図示せず）を介して接続されている。第３カートリッジ１０３のカソード端子１５３は、第５カートリッジ１０５のアノード端子１６５に接続されている。向きを交互に変える上述の構造即ち交互配向構造の一例は、本願の出願人の名前で出願された韓国特許第２００４−９２８８７号に開示されている。同特許出願に触れることにより、この特許出願に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。この交互配向構造には、電極端子（例えば電極端子１５１及び１６３）間の接続長さが、交互配向でない構造よりも、少なくともカートリッジ一枚分の厚さだけ大きいという利点がある。更に、第１接続端子部品４０１と第２接続端子部品４０２との間の距離は、交互配向でない構造よりも、少なくともカートリッジ一枚分の厚さだけ大きい。従って、電極端子の接続を容易に行うことができ、接続部材間の干渉が小さい。勿論、本発明による接続端子デバイスは、前側配向構造を持つバッテリーモジュール並びに交互配向構造を持つ上述のバッテリーモジュールの電気的接続にも使用できる。

しかしながら、バッテリーカートリッジが前側配向で配置された前側配向構造、又はバッテリーカートリッジが図１に示すように交互の配向で配置された交互配向構造において、電気端子間の接続には、正確で熟練した技術が必要とされる。

図３は、本発明の好ましい実施形態による接続端子デバイスを使用して行った、図１に示すバッテリーモジュールのバッテリーカートリッジの電極端子間の接続を示す部分拡大図である。

図３を参照すると、第１カートリッジ１０１のカソード端子１５１は、第３カートリッジ１０３のアノード端子１６３に、第１接続端子デバイス４００のバスバー４４０を介して接続されている。更に、第５カートリッジ１０５のカソード端子１５５は、第７カートリッジ１０７のアノード端子１６７に、第２接続端子デバイス４０１のバスバー４４１を介して接続されている。更に、第１接続端子デバイス４００は、カソード端子１５１に接続された外部接続部材５００を有し、これにより、電力をカソード端子１５１から外部接続部材５００を通して出力できる。

図４、図５、及び図６は、各々、接続部材が取り付けられた、本発明の好ましい実施形態による接続端子デバイスの上面、下面、及び後面を示す。

これらの図面を参照すると、接続端子デバイス４００は、上端が開放した箱状接続デバイス本体４１０と、この接続デバイス本体４１０の開放した上端の一方の側に一対のヒンジ４３０でヒンジ連結されたカバー４２０とを含む。

接続デバイス本体４１０の下端には、プレート状導電性バスバー４４０が取り付けてある。接続デバイス本体４１０の下端には、二つの端子挿入穴４１２及び４１３が形成されている。

バスバー４４０は、接続デバイス本体４１０の内面に形成された固定突出部４５０によって、接続デバイス本体４１０の下端に安定的に固定される。固定突出部４５０の各々は、下方にテーパした構造をなして形成されている。従って、バスバー４４０を接続デバイス本体４１０の下端に容易に押し付けることができる。しかしながら、ひとたびバスバー４４０が接続デバイス本体４１０の下端に取り付けられると、バスバー４４０を接続デバイス本体４１０の下端から分離するのは非常に困難である。固定突出部４５０は、接続デバイス本体４１０の内面の四つの位置に配置されている。

接続デバイス本体４１０には溝４１４が形成されており、これらの溝は、固定突出部４５０の真下に配置されている。溝４１４は、固定突出部４５０の幅と等しいか或いはそれよりも僅かに大きいサイズとなっている。例えば、接続デバイス本体４１０をプラスチック樹脂の射出成形で形成する場合、小さく且つ下方にテーパした構造を持つ固定突出部４５０を、下端が閉鎖した接続デバイス本体４１０の内側に、固定突出部４５０が接続デバイス本体４１０の下端面４１１から僅かに間隔が隔てられるように形成することは容易ではない。この理由により、射出成形中、成形装置の一部を挿入できるようにする空間が、固定突出部４５０の下端と隣接して形成された溝４１４により提供される。これによって、上文中に説明した構造の形成が可能である。代わりに、接続デバイス本体４１０の下端面４１１に達するまで下方にテーパした構造を持つ固定突出部４５０を形成した後、固定突出部４５０の一部をドリル作業で除去することによって、固定突出部４５０が接続デバイス本体４１０の下端面４１１から僅かに間隔が隔てられるように、固定突出部４５０を形成するとき、溝４１４を形成してもよい。

更に、二つの端子挿入穴４４２及び４４３をバスバー４４０に形成する。これは、バスバー４４０に形成されたこれらの端子挿入穴４４２及び４４３が、接続デバイス本体４１０の下端に形成された端子挿入穴４１２及び４１３と各々連通するように行われる。その結果、図３に示すように、電極端子は、接続デバイス本体４１１の下端に形成された端子挿入穴４１２及び４１３及びバスバー４４０に形成された端子挿入穴４４２及び４４３を通して、接続デバイス本体４１０に挿入される。

カバー４２０は、接続デバイス本体４１０の開放した上部分を完全に覆うのに十分な大きさを備えている。カバー４２０には、連結突出部４２１が形成されている。これらの突出部は、ヒンジ４３０とは反対側に配置されている。更に、接続デバイス本体４１０の側面には、連結突出部４２１に対応する連結溝４１５が形成されている。従って、カバー４２０と接続デバイス本体４１０との間の連結力は、カバー４２０の連結突出部４２１を接続デバイス本体４１０の連結溝４１５と各々係合することによって高められる。

上文中に説明したように、外部接続部材５００を対応する電極端子に電気的に接続する場合、電極端子間を接続するためばかりでなく、電力を出力するため、接続端子デバイス４００を使用し、バッテリー又はバッテリーモジュール間の電気的接続を制御する上で必要な電圧を検出する。この理由により、接続部材挿入スリット４１６を接続デバイス本体４１０の側部に形成する。接続部材挿入スリット４１６は、この接続部材挿入スリット４１６を通して外部接続部材５００を挿入できるように形成される。添付図面に示すように、外部接続部材５００は、好ましくは、プレート状ストリップ構造で形成される。外部接続部材５００には、電極端子の大きさに対応する接続穴５１０が形成されている。従って、添付図面に示すように、外部接続部材５００を、対応する電極端子に、接続端子デバイス４００によって接続しようとする場合には、外部接続部材５００を接続端子デバイス４００に取り付けた後、接続端子デバイス４００を対応する電極端子の箇所に配置する。

本発明の好ましい実施形態を例示の目的で開示したが、添付の特許請求の範囲に開示した本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、様々な変更、追加、及び代替が可能であるということが当業者に理解されよう。

以上の説明から明らかであるように、本発明による接続端子デバイスを使用することによって、電極端子間の電気的接続、及び外部接続部材と対応する電極端子との間の電気的接続を容易に且つ便利に行うことができる。更に、接続端子部品は、外部から絶縁されており、これにより、水分による短絡の発生及び腐蝕の発生を効果的に阻止する。本発明による接続端子デバイスは、端子間の電気的接続に、特定の制限なしに、広く使用され、接続端子デバイスは、上文中に説明した効果を提供する。好ましくは、本発明による接続端子デバイスは、特に電気自動車及びハイブリッド電気自動車用の中型又は大型のバッテリーシステムで使用される。

本発明による接続端子デバイスを適用できる、例示的なバッテリーモジュールを示す部分斜視図である。 図１のバッテリーモジュールを構成する一のバッテリーカートリッジを示す斜視図である。 本発明の好ましい実施形態による接続端子デバイスを使用することによって行われた、図１のバッテリーモジュールのバッテリーカートリッジの電極端子間の接続を示す部分拡大図である。 接続部材を接続端子デバイスに取り付けた、好ましい実施形態による接続端子デバイスの上面を示す斜視図である。 接続部材を接続端子デバイスに取り付けた、好ましい実施形態による接続端子デバイスの下面を示す斜視図である。 接続部材を接続端子デバイスに取り付けた、好ましい実施形態による接続端子デバイスの後面を示す斜視図である。

符号の説明

１００ バッテリーカートリッジ
２００ ユニットセル
３００ バッテリーモジュール
４００ 接続端子デバイス
５００ 外部接続部材

Claims (10)

1. 電極端子を互いに電気的に接続する、接続端子デバイスであって、
   上端が開放されてなる電気絶縁中空接続デバイス本体と、
   前記接続デバイス本体の開放した上端に連結された電気絶縁カバーとを備えてなり、
   前記接続端子デバイスが、
   プレート状導電性バスバーが前記接続デバイス本体の下端に取り付けられてなり、
   二つ以上の端子挿入穴が前記接続デバイス本体の下端及び前記バスバーに形成されてなり、
   前記接続デバイス本体の下端に形成された前記端子挿入穴が、前記バスバーに形成された前記端子挿入穴と連通し、
   必要な場合に、対応する電極端子を外部接続部材に更に接続できるように、接続部材挿入スリットが、前記接続デバイス本体の一方の側に形成されてなるものであり、
   前記接続デバイス本体が、その内側面に、下方にテーパした固定突出部を設けてなり、
   前記固定突出部が、前記接続デバイス本体の下端面から僅かに間隔が隔てられてなり、
   前記バスバーが、前記接続デバイス本体の内面に形成された前記固定突出部によって、前記接続デバイス本体の下端に安定的に固定されてなるものであり、
   前記電極端子が、前記接続端子デバイスの前記接続デバイス本体の下端に形成した前記端子挿入穴に挿入する時に、前記電極端子が、前記接続デバイス本体の下端に取り付けられたバスバーを介して互いに電気的に接続されてなる、接続端子デバイス。
2. 前記接続デバイス本体及び前記カバーが、プラスチック樹脂で形成されてなる、請求項１に記載の接続端子デバイス。
3. 前記接続デバイス本体が、矩形の中空構造を形成してなる、請求項１に記載の接続端子デバイス。
4. 前記カバーが、前記接続デバイス本体の一方の側にヒンジ連結されてなる、請求項１に記載の接続端子デバイス。
5. 前記カバーが、連結突出部を備えてなり、
   前記接続デバイス本体が、前記カバーの前記連結突出部と各々対応する連結溝が設けられており、これにより、
   前記カバーが、前記接続デバイス本体に連結された後、前記カバーが外部からの衝撃により前記接続デバイス本体から容易に分離されないものである、請求項１に記載の接続端子デバイス。
6. 前記固定突出部と前記接続デバイス本体の前記下端面との間の距離が、前記バスバーの厚さと等しい又はこれよりも僅かに大きいものである、請求項１に記載の接続端子デバイス。
7. 前記接続デバイス本体が、前記固定突出部の下側に、前記接続デバイス本体の側面において、溝が設けられており、
   前記溝の大きさが、前記固定突出部の幅と等しいか或いはこれよりも僅かに大きいものである、請求項１に記載の接続端子デバイス。
8. 前記端子接続デバイスが、前記電極端子間を電気的に接続することに加えて、
   電力の出力、前記バッテリーを制御するのに必要な電圧の検出、又は前記バッテリーモジュール間の電気的接続の目的のために、前記接続端子デバイスを使用して、外部接続部材を対応する電極端子に電気的に接続してなるものである、請求項１に記載の接続端子デバイス。
9. 二つ以上の接続端子デバイスが、可変の連結構造又は固定連結構造で互いに連結されてなる、請求項１に記載の接続端子デバイス。
10. 電気自動車及びハイブリッド電気自動車用の高出力で大容量のバッテリーシステムで使用される、請求項１に記載の接続端子デバイスにおいて、接続端子デバイス。

Images