(57)【要約】【課題】異種電池と物理的に接続でき、しかも適切に動作できる電池接続ユニットを提供する。【解決手段】第１の蓄電池の正負一対の電極端子に接続されるケーブル端子３１を、前記電極端子と形状が異なる電極端子を備えた第２の蓄電池４０に接続する電池接続ユニット１０であって、前記第１の蓄電池の正負一対の電極端子に対応する形状の正負一対の第１の中継端子１，２と、前記第２の蓄電池４０の正負一対の電極端子４３，４４と接続する正負一対の第２の中継端子１３，１４と、前記第１の中継端子と前記第２の中継端子を絶縁状態で支持する支持部材１５と、前記第１の中継端子と前記第２の中継端子の正極及び負極同士を電気的に接続または切断するリレー回路１６，１７とを備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の蓄電池の正負一対の電極端子に接続されるケーブル端子を、前記電極端子と形状が異なる電極端子を備えた第２の蓄電池に接続する電池接続ユニットであって、
前記第１の蓄電池の正負一対の電極端子に対応する形状の正負一対の第１の中継端子と、
前記第２の蓄電池の正負一対の電極端子と接続する正負一対の第２の中継端子と、
前記第１の中継端子と前記第２の中継端子を絶縁状態で支持する支持部材と、
前記第１の中継端子と前記第２の中継端子の正極及び負極同士を電気的に接続または切断するリレー回路とを備えている、電池接続ユニット。
【請求項２】
前記第２の蓄電池を充放電制御する電池管理部を備えている、請求項１に記載の電池接続ユニット。
【請求項３】
前記電池管理部は、前記第２の蓄電池の充電状態に基づいて前記リレー回路を制御するように構成されている、請求項２に記載の電池接続ユニット。
【請求項４】
前記支持部材に前記電池管理部が搭載され、前記第２の蓄電池と前記電池管理部とを接続する信号線の接続部が前記支持部材に設けられている、請求項２または請求項３に記載の電池接続ユニット。
【請求項５】
前記ケーブル端子の近傍位置に固定設置する固定部を前記支持部材に備えている、請求項１から請求項４の何れか１項に記載の電池接続ユニット。
【請求項６】
前記第１の蓄電池が鉛蓄電池であり、前記第２の蓄電池が鉛蓄電池以外の充放電可能な蓄電池である、請求項１から請求項５の何れか１項に記載の電池接続ユニット。
【請求項７】
請求項１から請求項６の何れか１項に記載された車載用の電池接続ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池接続ユニットに関し、詳述すると第１の蓄電池の正負一対の電極端子に接続されるケーブル端子を、前記電極端子と形状が異なる電極端子を備えた第２の蓄電池に接続する電池接続ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題などを背景にして電動モータで走行する電気自動車や、内燃機関と電動モータを組み合わせて走行するハイブリッド自動車が注目されている。これら自動車には、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、鉛蓄電池などの様々なエネルギー密度を有する蓄電池が搭載されている。例えば、エネルギー効率の高いリチウムイオン電池は、走行用のエネルギーに使用され、鉛蓄電池は、ヘッドライト、オーディオ機器、エアコンディショナなどの補機の駆動エネルギーに使用されている。
【０００３】
電池の種類の多彩化に伴い、異種の蓄電池同士を交換自在に使用できることが望まれつつある。例えば、補機へのエネルギー供給においても、鉛蓄電池に替えて、リチウムイオン電池やニッケル水素電池を使用することが望まれる場合がある。
【０００４】
しかし、リチウムイオン電池やニッケル水素電池の電極端子の形状は、日本のＪＩＳ規格や欧州のＤＩＮ規格などで規定された鉛蓄電池の電極端子の形状と異なっている。単に鉛蓄電池を異種の蓄電池に交換したとしても、例えば、鉛蓄電池の電極端子に接続されていたワイヤーハーネスが備える接続具は、他の蓄電池の電極端子に接続することができず、鉛蓄電池を異種電池に置き換えるのは容易ではなかった。
【０００５】
特許文献１には、携帯電話機に用いられる電池保護モジュールの設計変更を行うことなく主装置との接続のために端子電極の配置を変更できるハイブリッドモジュール用接続アダプタが開示されている。特許文献１のアダプタは、印刷配線板の一方の主面に電子部品が実装され、該電子部品を封止する所定形状の樹脂層を有し、印刷配線板の他方の主面に端子電極を備えたハイブリッドモジュールを主装置に接続するハイブリッドモジュール用接続アダプタで、ハイブリッドモジュールが装着されるモジュール装着部を有する筐体と、ハイブリッドモジュールがモジュール装着部に装着されたときに端子電極に接触するようにモジュール装着部に設けられた接触子と、接触子に導電接続されると共に筐体の外部に露出する外部端子電極とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２４５９９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示されたハイブリッドモジュール用接続アダプタは、携帯電話機に用いられ、端子電極の形状や露出位置が異なる様々な形状の電池パックに適用するためのアダプタである。電池パックの形状は異なるものの、電池の種類は同じであり、例えば充放電のための制御そのものは共通である。
【０００８】
しかし、蓄電池の種類そのものが異なる場合には、単に物理的に接続することができても、蓄電池として問題なく動作保障されるというものではなかった。
【０００９】
本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、異種電池と物理的に接続でき、しかも適切に動作できる電池接続ユニットを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成するため、本発明による電池接続ユニットは、第１の蓄電池の正負一対の電極端子に接続されるケーブル端子を、前記電極端子と形状が異なる電極端子を備えた第２の蓄電池に接続する電池接続ユニットであって、前記第１の蓄電池の正負一対の電極端子に対応する形状の正負一対の第１の中継端子と、前記第２の蓄電池の正負一対の電極端子と接続する正負一対の第２の中継端子と、前記第１の中継端子と前記第２の中継端子を絶縁状態で支持する支持部材と、前記第１の中継端子と前記第２の中継端子の正極及び負極同士を電気的に接続または切断するリレー回路とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、異種電池と物理的に接続でき、しかも適切に動作できる電池接続ユニットを提供することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の蓄電池に電池ケーブルを接続する状態の説明図である。
【図２】電池接続ユニットの説明図である。
【図３】電池接続ユニットの回路図である。
【図４】別実施形態を示す電池接続ユニットの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
（１）本実施形態に係る電池接続ユニットは、第１の蓄電池の正負一対の電極端子に接続されるケーブル端子を、電極端子と形状が異なる電極端子を備えた第２の蓄電池に接続する電池接続ユニットであって、第１の蓄電池の正負一対の電極端子に対応する形状の正負一対の第１の中継端子と、第２の蓄電池の正負一対の電極端子と接続する正負一対の第２の中継端子と、第１の中継端子と第２の中継端子を絶縁状態で支持する支持部材と、第１の中継端子と第２の中継端子の正極及び負極同士を電気的に接続または切断するリレー回路とを備えている。従って、ケーブル端子をそのまま用いて異種の蓄電池と接続できるようになる。
【００１４】
（２）第２の蓄電池を充放電制御する電池管理部を備えていることが好ましく、第２の蓄電池の破損を招くことなく安全に動作させることができる。
【００１５】
（３）電池管理部は、第２の蓄電池の充電状態に基づいてリレー回路を制御するように構成されていることが好ましく、例えば、異常状態で充放電されるような状態を回避することができる。
【００１６】
（４）支持部材に電池管理部が搭載され、第２の蓄電池と電池管理部とを接続する信号線の接続部が支持部材に設けられていることが好ましく、（５）ケーブル端子の近傍位置に固定設置する固定部を支持部材に備えていることが好ましい。
【００１７】
（６）第１の蓄電池が鉛蓄電池であり、第２の蓄電池が鉛蓄電池以外の充放電可能な蓄電池であることが好ましく、（７）車載用の電池接続ユニットであることが好ましい。
【００１８】
［発明の実施形態の詳細］
次に、本発明を適用した車載用の電池接続ユニットの具体例を図面に基づいて説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【００１９】
図１には、電動モータで走行する電気自動車や、内燃機関と電動モータを組み合わせて走行するハイブリッド自動車などに搭載された低圧用の蓄電池である鉛蓄電池の外観が示されている。
【００２０】
鉛蓄電池２０は、車載された補機への給電に用いられ、ケーシング２１と、蓋体２２と、蓋体の上面から突出配置された円柱状の正負一対の電極端子２３，２４を備えている。ケーシング２１の内部には正極となる二酸化鉛と負極となる海綿状鉛が配され、これらの電極を満たすように電解液である希硫酸が充填されている。ケーシング２１の内部で正極と正の電極端子２３が電気的に接続され、負極と負の電極端子２４が電気的に接続されている。
【００２１】
鉛蓄電池２０の性能や大きさなどは、日本のＪＩＳ規格や欧州のＤＩＮ規格など各国で規定されており、例えば電池容量、ケーシング本体の大きさ、負の電極端子２４の位置、電極端子２３，２４の形状などが規定されている。
【００２２】
車載された鉛蓄電池２０の近傍に給電用の電池ケーブル３０が配され、電池ケーブル３０の先端に備えた正負一対のケーブル端子となる取付具３１（以下、「ケーブル端子」に符号３１を付す場合もある。）を電極端子２３，２４に挿入し、取付具３１に備えたボルトナットの締付機構３２で締め付けることにより十分なオーミックコンタクトが確保されるように構成されている。
【００２３】
当該鉛蓄電２０を、例えばリチウムイオン電池のような異種の蓄電池に代替する場合に、上述した電池ケーブル３０を用いて異種の蓄電池に電気的に接続することができるように、電池接続ユニット１０が設けられている。異種の蓄電池の電極端子の形状が鉛蓄電池２０の電極端子の形状と異なるためである。
【００２４】
図２に示すように、電池接続ユニット１０は、第１の蓄電池である鉛蓄電池２０の正負一対の電極端子２３，２４に接続されるケーブル端子３１を、電極端子と形状が異なる電極端子４３，４４を備えた第２の蓄電池であるリチウムイオン電池４０に接続する電池接続ユニットである。
【００２５】
電池接続ユニット１０は、鉛蓄電池２０の正負一対の電極端子２３，２４に対応する形状の正負一対の第１の中継端子３，４と、リチウムイオン電池４０の正負一対の電極端子４３，４４と接続する正負一対の第２の中継端子１３，１４と、第１の中継端子３，４と第２の中継端子１３，１４を絶縁状態で支持する支持部材１５と、第１の中継端子３，４と第２の中継端子１３，１４の正極及び負極同士を電気的に接続または切断するリレー回路１６，１７とを備えている。
【００２６】
図中、符号１は第２の中継端子１３と第１の中継端子３を、リレー回路１６を介して電気的に接続するための配線部材であり、符号２は第２の中継端子１４と第１の中継端子４を、リレー回路１７を介して電気的に接続するための配線部材である。各配線部材１，２は支持部材１５となる絶縁性の樹脂基板上に配された銅パターンなどで構成されている。この様な支持部材１５として許容電流が一層当たり１０Ａ以上であっても対応可能な圧胴基板を好適に用いることができる。
【００２７】
「電極端子２３，２４に対応する形状の第１の中継端子３，４」との意味は、正負一対の第１の中継端子３，４に、上述した電池ケーブル３０の取付具（ケーブル端子）３１を装着可能な形状という意味であり、鉛蓄電池２０の電極端子２３，２４の形状と第１の中継端子３，４の形状が完全に一致することが望ましいが略一致していれば十分である。なお、正負一対の電池ケーブル３０の取付具（ケーブル端子）３１が第１の中継端子３，４にそれぞれ接続可能であれば、第１の中継端子３，４間の距離と鉛蓄電池２０の電極端子２３，２４間の距離とは異なっていてもよい。
【００２８】
第１の中継端子３，４及び第２の中継端子１３，１４は、銅やアルミなどの金属良導体で構成されていればよい。また、第２の中継端子１３，１４はその形状を特に限定されることはなく、リチウムイオン電池４０の正負一対の電極端子４３，４４と配線部材４６を介して接続可能に構成されていればよい。
【００２９】
ケーブル端子３１が配された近傍の車両のフレームなどにボルトなどの締付具で固定することができるように、支持部材１５の四隅に取付孔１９が形成されている。
【００３０】
支持部材１５には、さらにリチウムイオン電池４０を充放電制御する電池管理部１８として機能する制御回路と、リチウムイオン電池４０の制御部と接続する接続部ＣＮを備えている。フラットケーブル５を介してリチウムイオン電池４０の制御部と電池管理部１８とが接続されている。
【００３１】
リチウムイオン電池４０は、薄型の金属ケースに発電要素が収容された電池ユニットＵの複数が矩形の金属ケース４１内に収容され、各電池ユニットＵの電極同士がバスバーによって直列に接続され、当該金属ケース４１から両端の電極が正負一対の電極端子４３，４４として突出配置されている。
【００３２】
各電池ユニットＵの充放電状態や温度をモニタして充電状態や異常状態を管理する制御部４５が金属ケース４１内に配置され、当該制御部４５と電池管理部１８とがフラットケーブル５を介して接続されている。なお、充電状態を管理する制御部４５は金属ケース４１の外部に配置されていてもよい。
【００３３】
電池管理部１８は、制御部４５から入力された各電池ユニットＵの残容量を把握して、残容量が許容残容量を下回ると判断すると、リレー回路１６，１７を切断して負荷である補機と電気的に切り離し、残容量が許容残容量を上回ると判断するとリレー回路１６，１７を導通させて補機と電気的に接続することで、リチウムイオン電池４０の回復不能なダメージを回避する。
【００３４】
高圧の蓄電池が搭載された電気自動車には、低圧のリチウムイオン電池４０の電圧に基づいて充電または放電状態を切り替える充放電回路が設けられており、充電時には高圧の蓄電池からの降圧電圧がリチウムイオン電池４０に印加されて充電されるように構成されている。
【００３５】
電池管理部１８は、充放電回路から充電用の電圧が印加された場合に、制御部４５に対して各電池ユニットＵを充電する旨の信号を出力し、充電モードにある制御部４５から過充電状態を示す信号が入力されると、リレー回路１６，１７を切断して過充電から保護するように構成されている。また、制御部４５から各電池ユニットＵの過熱状態を示す信号を受信した場合も、リレー回路１６，１７を切断してリチウムイオン電池４０を保護する。
【００３６】
なお、電池管理部１８に電池ユニットＵを制御する制御部４５の機能を組み込み、電池管理部１８が各電池ユニットＵを充放電管理するように構成してもよい。
【００３７】
図３には、図２に示した電池接続ユニット１０の回路構成例が示されている。第１の中継端子３，４間の電圧をモニタする電圧計Ｖ、第１の中継端子３と第２の中継端子１を流れる３電流をモニタする電流計Ａが設けられ、それらの値が電池管理部１８に入力されている。電池管理部１８は、これらの値に基づいて異常な高電圧が検知され、或いは過電流が検知された場合に、リレー回路１６，１７を切断してリチウムイオン電池４０を保護するようにも構成されている。
【００３８】
リチウムイオン電池４０は、鉛蓄電池が設置されていた位置に設置されることが好ましいが、そのような位置に接地できない場合には、助手席の下部空間やトランクルームに設置され、配線部材４６で電池接続ユニット１０に接続すればよい。
【００３９】
図４には、そのような場合の例が示されている。この例では、電池接続ユニット１０として、絶縁性の支持部材１５で支持された第１の中継電極４が電池ケーブル３０のケーブル端子３１の近傍に設置されている。支持部材１５に延出形成された取付孔１５ａを介して第１の中継電極４が車両のフレームや板金などにボルト固定されている。
【００４０】
当該中継電極４には雌ネジ部を備えた挿入孔が形成され、配線部材４６の先端に形成された円柱状の端子の周面に形成された雄ネジ部が雌ネジ部に螺合することにより、電気的に接続可能に構成されている。図４では、第１の中継電極４のみを例示したが、第１の中継電極３も同様である。
【００４１】
このように、電池接続ユニット１０としては、少なくとも電池ケーブル３０のケーブル端子３１の近傍に設置可能な第１の中継電極３，４とその支持部材１５が備わっていればよく、電池管理部１８が一体に構成されていなくてもよい。
【００４２】
上述した実施形態では、第１の蓄電池が鉛蓄電池であり、第２の蓄電池がリチウムイオン蓄電池である場合を説明したが、第１の蓄電池と第２の蓄電池が異種の蓄電池、つまり電解液の組成や電極組成が異なる蓄電池であれば、当該電池接続ユニットを用いることができる。例えば、ニッケル水素電池や、リチウムイオンキャパシタなどであってもよい。
【００４３】
上述した実施形態では、第１の中継端子３，４と第２の中継端子１３，１４が支持部材１５を挟んで反対側の面に設けられた例を説明したが、第１の中継端子３，４と第２の中継端子１３，１４双方を支持部材１５の一方の面に設けてもよい。
【００４４】
以上、車載用の電池接続ユニットについて説明したが、車載用以外の様々な用途に用いられる蓄電池ユニットにも適用可能である。
【００４５】
以上説明した実施形態は、本発明が適用される電池接続ユニットの一例に過ぎず、各部の具体的な形状、大きさ、材料、配置などは、本発明による作用効果が奏される範囲で適宜変更して構成することが可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の電池接続ユニットは、電源装置などに備えた蓄電池を異種の蓄電池に取り換えた場合に、既存の給電用の電池ケーブルをそのまま使用する必要のある様々な用途の電源装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１，２：配線部材
３，４：第１の中継端子
１０：電池接続ユニット
１３，１４：第２の中継端子
１５：支持部材
１６，１７：リレー回路
１８：電池管理部
２０：第１の蓄電池（鉛蓄電池）
２１：ケーシング
２２：蓋体
２３，２４：第１の蓄電池の電極端子
３０：電池ケーブル
３１：取付具（ケーブル端子）
４０：第２の蓄電池（リチウムイオン電池）
４３，４４：第１の蓄電池の電極端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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