JP2018006080A - バッテリ監視システムにおける短絡保護装置 - Google Patents

Abstract

【課題】短絡による不具合を確実に防止する。【解決手段】複数の電池セルからなる組電池であるバッテリ１と、バッテリ１の電圧を検知するためのバッテリ監視装置２と、バッテリ１とバッテリ監視装置２との間を接続し、長さ方向の途中において絶縁被覆４Ｂが剥ぎ取られて芯線４Ａが露出された溶出予定部６が形成された複数本の電線４とを備えており、溶出予定部６が電解液に浸かると、溶出予定部６は電解液中に溶出し溶断に至る。【選択図】図２

Description

本発明は、バッテリ監視システムにおける短絡保護装置に関するものである。

従来より、ハイブリッド車や電気自動車には、バッテリの充電状況等を監視するためのバッテリ監視装置を搭載していることが一般的である。そのような技術に下記特許文献１を挙げることができる。ここには、複数の電池セルを配列した組電池をバッテリとしたものが開示されている。各電池セルは電気的に直列に接続されて高い出力電圧が得られるようにしてある。隣り合う電池セルの電極間はバスバーによって接続されている。各バスバーにはその上から電圧検知端子が重ねられ、各電池セルの正極あるいは負極のいずれか一方側に接続されている。電圧検知端子にはそれぞれ検知用電線の一端側が接続されている。検知用電線の他端側にもそれぞれ端子金具が接続されており、各端子金具はコネクタ内に挿通され、バッテリ監視装置（ＥＣＵ）とコネクタ接続されるようになっている。各検知用電線と接続されるバッテリ監視装置側のコネクタはＥＣＵ内の基板上に設置されることが一般的であり、このコネクタから引き出された端子金具はプリント基板に形成されたスルーホールへ貫通され半田付けされることで、プリント基板上に形成された回路と電気的に接続されている。

特開２０１２−１９９００７号公報

ところで、バッテリ監視装置が上記したコネクタを含めて電解液（以下、電解液とは、例えば塩水、バッテリ内部の溶液等、イオン性物質が水等の極性溶媒中に溶解している、電気伝導性を有する溶液と定義する）に浸かってしまうことを想定した場合には、プリント基板上において端子金具間同士が電解液を介して短絡してしまうことが懸念される。そのような場合には、端子金具間に過電流が流れ、コネクタが異常なまでに発熱することになりかねない。また、部位によっては端子金具（銅合金で作られていることが一般的である）から銅イオンが溶出し、その結果、いわゆる端子細りを生じ、電流が通過する断面積の減少による抵抗増大が原因で、発熱状況を一層悪化させる事態も考えられた。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、短絡の事態に有効に対応することができるバッテリ監視システムにおける短絡保護装置を提供することを目的とする。

本発明のバッテリ監視システムにおける短絡保護装置は、複数の電池セルからなる組電池であるバッテリと、バッテリの電圧を検知するためのバッテリ監視装置と、バッテリとバッテリ監視装置との間を接続し、長さ方向の途中において絶縁被覆が剥ぎ取られて芯線が露出された溶出予定部が形成された複数本の電線とを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、バッテリとバッテリ監視装置との間は常時通電状態となっている。この場合において、溶出予定部が例えば塩水等の電解液に浸かると、溶出予定部では電線の芯線が露出しているため、溶出予定部が電解液中に溶出し、最終的には溶断に至る。かくして、短絡に至る事態を未然に回避することができる。

バッテリとバッテリ監視装置との間の接続状況を示す図 ケーシングと電線との収容状況を示す分解斜視図 蓋体の裏面図 ケーシング内に電線が収容されている状態を示す斜視図 図４のＡ−Ａ線断面図 溶出予定部が溶断された状態を示す拡大図 実施例２において、電線がケーシングの内部に収容されている状態を示す断面図 実施例３において、電線が保護部材によって保護されている状態を示す断面図

本発明における好ましい実施の形態を説明する。
（１）本発明のバッテリ監視装置における短絡保護装置は、前記電線の前記溶出予定部はケーシング内に収容されるとともに、前記ケーシングの外面には電解液を前記ケーシング内に透過可能な導入部が形成されている構成とすることが好ましい。
上記の構成によれば、溶出予定部がケーシングによって一括して保護されるため、導電性の異物によって隣接する溶出予定部間が短絡してしまうことが回避される。また、電線毎の個別保護でないため、作業性にも優れる。さらに、ケーシングは導入部を通して内部に塩水等の電解液を導入することができ、溶出予定部の溶出を確実に行わせることができる。
（２）また、前記ケーシングには、隣り合う前記電線同士の間隔を保ちつつ前記電線を保持する電線保持溝が形成されると良い。
上記の構成によれば、電線はケーシングに形成された電線保持溝内に保持されて電線同士の間隔が保持される。したがって、隣接する溶出予定部同士が不用意に接近して短絡に至る事態を回避することができる。
（３）前記電線は、前記溶出予定部を前記ケーシングの内壁から離間した状態で保持されると良い。
仮に、溶出予定部が内壁と接する状態で保持されていると、溶出予定部から落下した溶出物によって隣接する電線同士が短絡してしまう懸念がある。しかし、上記の構成のように、溶出予定部をケーシングの内壁から浮かせて保持されるようにすれば、溶出物と電線との間には適切な高さが確保されているから、短絡の事態を回避することができる。
（４）前記ケーシングは前記導入部より進入した電解液を内部に貯留可能に形成されている
このような構成であれば、ケーシング周りの電解液の液位が下がったとしても、一旦、導入部よりケーシング内に進入した電解液は、引き続きケーシング内に留まっているため、溶出予定部を確実に溶断に至らしめることができる。
（５）前記電線には、前記溶出予定部が透液性を有する保護部材によって保護されているものが含まれるようにしても良い。
上記の構成によれば、溶出予定部が保護部材によって保護されているため、導電性異物によって溶出予定部間が短絡してしまう事態を回避することができる。また、保護部材は透液性を有するため、溶出予定部が電解液に浸かるのを何ら妨げない。
（６）前記電線は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金製であることが望ましい。
上記の構成によれば、アルミ電線は一般に使用されている銅電線と比較して溶出し易く、短時間で溶断に至らしめることができる。

次に、本発明のバッテリ監視システムにおける短絡保護装置を具体化した実施例１乃至実施例３について、図面を参照しつつ説明する。

＜実施例１＞
図１乃至図６は本発明の実施例１を示している。このうち、図１はバッテリ１とバッテリ１（各電池セル）の充電状況を監視するためのバッテリ監視装置２との間をワイヤハーネスＷ／Ｈによって接続してなるバッテリ監視システムの概要を示している。

バッテリ１は、複数の電池セルよりなる組電池であり、ハイブリッド車あるいは電気自動車に搭載される。各電池セルは、詳細には図示しないが、上面に一対の電極（正極及び負極）を有している。各電池セルは密着状態で整列して並び、全体としてバッテリ１を構成する。また、この際には並び方向に沿って正極と負極とが交互に位置するようにしてある。さらに、並び方向に隣接する電極間はバスバーによって接続されており、これによって全電池セルが直列に接続される。

一方、バッテリ監視装置（ＥＣＵ）２はボックス体を有し、内部には各電池セルの電圧を測定する機能を有した制御ユニット（図示しない）が組込まれている。この制御ユニットはプリント基板に接続されたコネクタ３を有しており、そのコネクタハウジングからは複数本の銅製端子金具が外部に導出されてプリント基板に接続されている。

バッテリ監視装置２とバッテリ１との間を接続するワイヤハーネスＷ／Ｈは、複数本の電線４によって構成されている。図１に示すように、本実施例１では、ワイヤハーネスＷ／Ｈは複数のグループに区分けされている。各電線４の両端部には図示しない銅製の端子金具が接続され、一方の端部に接続された端子金具は各電池セルの電極に接続され、他方の端部に接続された端子金具は、各グループ毎にコネクタ５に集約されて内部に収納されている。そして、各コネクタ５はバッテリ監視装置２のコネクタ３と接続されている。

図２、図５に示すように、各電線４は、芯線４Ａと絶縁被覆４Ｂとからなっている。本実施例１では、芯線４Ａはアルミニウムあるいはアルミニウム合金製からなる多数の素線からなり、これらを撚り合せた構成となっている。同図等に示すように、各電線４は中間部（長さ方向の途中部）において絶縁被覆４Ｂが所定長さ範囲に亘って剥ぎ取られ、溶出予定部６となっている。この溶出予定部６を含み、各電線４の所定長さ範囲はグループ単位でそれぞれケーシングＣの内部に収容されている。

ケーシングＣは、図２に示すように、ケース本体７と蓋体８とからなっており、それぞれは合成樹脂材によって一体に形成されている。
ケース本体７の全体は電線の伸び方向に長い長方形のプレート状に形成されている。ケース本体７の内面側には電線４を長さ方向に沿って収容するための電線保持溝９が複数条、凹設されている。各電線保持溝９はケース本体７の全長に亘って設けられているとともに、幅方向へは一定間隔で配されている。

各電線保持溝９は、概略、以下の３つの部分からなっている。すなわち、各電線保持溝９は、長さ方向の中央部に配された深溝部９Ａと、この深溝部９Ａを前後に挟むようにして配され、各電線４に係止して上方への抜け止めを果たす抜け止め部９Ｂと、両抜け止め部９Ｂの前方と後方にそれぞれ配された一般部９Ｃとを備えた構成である。

一般部９Ｃにおいて、各電線保持溝９の底面部は断面略半円形状に形成され、電線４の略下半周分の外形に適合して収容させうるようになっている。また、各電線保持溝９の溝幅は電線４の直径と等しいかやや狭めに形成され、かつその深さは電線径よりも十分に深い深さをもって形成されている。

図２に示すように、両一般部９Ｃと、その前後に対応する抜け止め部９Ｂとの間には、ケーシングＣの幅方向に沿いつつ全幅範囲に亘って横溝１０が介在されており、全電線保持溝９の上部を横切っている。この横溝１０の底面の高さ位置は、一般部９Ｃにおける電線保持溝９の底面よりも僅かに高い位置に設定されている。

図２に示すように、抜け止め部９Ｂには電線保持溝９を幅方向に挟むようにして複数の抜け止めブロック１１が配されている。幅方向で隣接する抜け止めブロック１１の対向面であって、長さ方向の中央部には抜け止め突起１２が突出形成されている。対向する抜け止め突起１２同士の間隔は、電線４の外径より僅かに狭い設定となっている。また、各抜け止めブロック１１にはケース本体７の厚み方向に沿ってスリット１３が貫通している。これによって、抜け止めブロック１１における抜け止め突起１２が形成されている面はスリット１３側へ向けて撓み変形が可能となっている。したがって、電線４が、幅方向で隣接する抜け止めブロック１１の間（電線保持溝９）に押し込まれるときには、抜け止め突起１２の形成面を撓み変形させる。そして、電線４が対抗する抜け止め突起１２の間を通過すると、抜け止め突起１２の形成面は弾性復帰する。その結果、電線４は対向する抜け止め突起１２と係止して上方への抜け止めがなされる（図５参照）。
また、幅方向で対向する抜け止め突起１２が電線４に係止する高さ位置は、電線４の頂部よりやや下位の側面であり、このため、抜け止め突起１２は電線４の絶縁被覆４Ｂにやや食い込みながら、電線４を下方へ押さえ付けるようにして係止する。

深溝部９Ａは、ケーシングＣの内面における長さ方向の略中央部であって、前後の抜け止め部９Ｂの間において、幅方向に沿いつつ全幅範囲に亘って凹設されている。図４に示すように、ケース本体７に蓋体８が閉止された状態でも、深溝部９Ａの幅方向両端は外部に開放されていて、海水等の電解液に対する導入口１４（導入部）となっている。この導入口１４は全電線４における溶出予定部６に連通している。このため、導入口１４から電解液が導入されると、全電線４における溶出予定部６が電解液に浸かることになる。

深溝部９Ａの深さは一般部９Ｃや抜け止め部９Ｂにおける電線保持溝９の深さよりも深く設定されている。したがって、図５に示すように、電線が電線保持溝９に保持されている状態では、溶出予定部６は深溝部９Ａの底面９Ａ−１から所定高さだけ離間した高さ位置に保持される。つまり、溶出予定部６は深溝部９Ａの底面９Ａ−１から浮いた状態に保持され、かつ隣接する溶出予定部６同士は電線保持溝９のピッチ分だけ幅方向に離間し不用意に接触し合うことがないように保持されている。

図４に示すように、蓋体８はケース本体７とほぼ同じ長さであるが、ケース本体７よりやや広幅に形成され、ケース本体７の内面側を覆い隠すようにして閉止される。
図３に示すように、蓋体８の裏面側であって、長さ方向の両端縁には複数の押さえ突起１５が突出形成されている。各押さえ突起１５は一般部９Ｃにおける各電線保持溝９と対応して配されている。各押さえ突起１５は蓋体８の前後両端縁から長さ方向に沿って所定長さをもって形成され。電線保持溝９の溝幅よりは狭めに形成されている。図４に示すように、各押さえ突起１５は蓋体８がケース本体７に対して閉止されたときに、電線４の頂部を圧縮気味に押さえ付け、これによって、各電線４が長さ方向にずれ動かないように保持している。

また、蓋体８の裏面側であって、ケース本体７の両横溝１０と対応する位置には前後一対のクロスバー１６が突設されている。各クロスバー１６はケース本体７の幅方向に沿って全幅範囲に亘って延出している。クロスバー１６の前後幅は横溝１０の前後幅とほぼ同じに形成されている。クロスバー１６の突出高さは横溝１０の深さとほぼ同じであり、各押さえ突起１５の突出高さより高くなっている。したがって、ケース本体７に対して蓋体８が閉止されたときには、横溝１０に対して圧入気味にして嵌り合い、幅方向の両端部はケース本体７から外方へ突出する。

クロスバー１６のうち各電線保持溝９と対応する位置には断面半円形状の逃がし凹部１７が電線４と等間隔で配され、蓋体８がケース本体７に閉止されたときには、電線４の上半周分に密着し、下半周分が電線保持溝９に密着するようになっている。

次に、上記のように構成された本実施例１の作用効果を説明する。バッテリ１とバッテリ監視装置２とがワイヤハーネスＷ／Ｈによって接続されている状態において、ケーシングＣが電解液に浸かると、電解液は導入口１４からケーシングＣ内部に進入するため、全電線４の溶出予定部６、つまりアルミ電線が露出されている部位が電解液に浸かる。このとき、ケーシングＣ内の全電線４は常時、通電状態にあることから、溶出予定部６は溶出が開始されて所定時間が経過すると、高電位のものから順に溶断に至る（図６参照）。

一方、バッテリ監視装置２の制御ユニットが仮に非防水空間内に設置されていた場合には、プリント基板、コネクタ３も電解液に浸かるため、コネクタハウジングから導出されてプリント基板に接続された銅製の端子金具も溶出する。このため、溶出物によって隣接する端子金具間が短絡してしまうことが懸念される。しかし、本実施例１においては、銅製の端子金具が溶断に至るまでの時間よりアルミ芯線である溶出予定部６が溶断に至るまでの時間の方が早い。このことは出願人の行った実験によっても確かめられている。このように、早期に溶出予定部６の溶断が実現されることから、バッテリ監視装置２内の端子金具間が短絡するような事態が出現する前に、バッテリ監視装置２への通電状況が断たれるため、コネクタ３が異常に発熱する事態は確実に回避される。

また、本実施例１では各溶出予定部６をケーシングＣによって覆うようにしたため、隣接する溶出予定部６同士が導電性の異物によって短絡してしまうこともない。さらに、ケース本体７に形成された電線保持溝９によって各電線４の間隔が保持されることも短絡回避に寄与する。

さらに、本実施例１の場合、各押さえ突起１５にて電線４を押さえ付けることで、各電線４の前後方向の位置決めがなされている。したがって、各電線４が深溝部９Ａで弛んでしまったりすることがなく、各溶出予定部６を深溝部９Ａの形成範囲内に確実に位置決めすることができる。また、溶出予定部６を前後に挟んで抜け止め部９Ｂを形成し、各溶出予定部６に近接した部位で各電線４を押さえつつ抜け止めしているため、各溶出予定部６を上下・左右・前後の何れの方向に関しても確実に位置決めがなされている。

上記のように、溶出予定部６が上下方向に位置決めされる結果、溶出予定部６を深溝部９Ａの底面９Ａ−１から所定高さ位置に浮かせることができるため、溶出予定部６から落下した溶出物によって隣接する溶出予定部６間で短絡を生じさせてしまうことを回避することができる。

また、本実施例１においては、アルミ電線を使用している。つまり、溶出予定部６として露出している芯線部分には酸化アルミニウムの被膜が形成されている。したがって、形成されている被膜の厚さによっては絶縁性を示すことがある。その意味においては、アルミ電線を使用することは短絡回避に一層の寄与となる。

＜実施例２＞
図７は本発明の実施例２を示している。実施例１のケーシングＣ１は導入口１４を介して内外への電解液の出入りを許容するものであったが、本実施例２では電解液をケーシングＣ内に貯留する形式としたものである。

具体的には、導入口１４をケーシングＣの蓋体８の上面に形成し、一旦、ケーシングＣ内に進入した電解液が外部へ流出しないよう、ケーシングＣの側面および底面には開口が形成されていない。
他の構成は実施例１と同様であるため、説明は省略する。

上記のように構成された本実施例２によれば、次のような作用効果を発揮することができる。すなわち、ケーシングＣが電解液中に没すると、電解液は導入口１４からケーシングＣの内部に進入する。その後、比較的短時間で電解液の液位が下がっても、ケーシングＣ内には電解液が貯留されているため、各溶出予定部６は電解液に浸かった状態のままに維持される。したがって、ケーシングＣ周りが電解液から脱していたとしても、各溶出予定部６の溶断は確実に達成される。

仮に、ケーシングＣ内に電解液を貯留させない構造を採った場合には、電解液の液位が低下した後、ケーシングＣは電解液から脱しているものの、バッテリ監視装置内のコネクタは電解液中に浸かっているような事態が生じ得る。そうなると、溶出予定部６がいつまでも溶断されないために、コネクタの銅端子金具間で短絡を生じ、異常な発熱状態に至ることも懸念される。実施例２の構造は、こうした事態の回避に有効である。

＜実施例３＞
図８は本発明の実施例３を示している。実施例１および実施例２は、複数本の電線４（溶出予定部６）を一括してケーシングＣ内に収容する形態を示したが、本実施例３では各電線４の溶出予定部６を保護部材１８によって個別に覆うようにしたものである。

保護部材１８は透液性を有する材質（スポンジ状のもの）にてチューブ状に形成されたものであり、内部に溶出予定部６を収容し、両端部は溶出予定部６の前後に位置する電線被覆の４Ｂの外周面上で閉止されている。

上記のように構成された本実施例３によれば、溶出予定部６が保護部材１８によって覆われているため、導電性異物によって隣接する溶出予定部６が短絡してしまうことを回避することができる。その一方で、保護部材１８はスポンジ状材質にて形成され良好な透液性が発揮されるため、電解液の導入によって溶出予定部６を溶断させる作用に支障を来すことはない。

＜他の実施例＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施例では、溶出予定部６をバッテリ１とバッテリ監視装置２とを節足するワイヤハーネスＷ／Ｈの中間部位に設定したが、バッテリ監視装置２に接続されるコネクタ５の直後に設定してもよい。そのようにすれば、電線４がコネクタハウジングの各キャビティから導出された直後の長さ領域は電線４同士の間隔が保持されていることから、ケーシングＣといった電線同士の間隔保持のための専用の部材を必要としない、という効果が得られる。
（２）上記実施例では、電線４をアルミ電線としたが、銅電線であってもよい。また、電線４は撚線である必要はなく、単芯線であってもよい。
（３）上記実施例１、２では、バッテリ１とバッテリ監視装置２を結ぶワイヤハーネスＷ／Ｈをグループごとに分けてケーシングＣ内に収容するようにしたが、グループ分けせずに全てのワイヤハーネスを一括して単一のケーシングＣに収容するようにしてもよい。
（４）上記実施例１、２では、ケーシングＣの導入口１４を外部に開放された開口としたが、電解液等は透過するが、ごみ等の異物の侵入は規制可能な覆い部材で閉止するようにしてもよい。

１…バッテリ
２…バッテリ監視装置
４…電線
６…溶出予定部
９…電線保持溝
１４…導入口（導入部）
１８…保護部材
Ｃ，Ｃ１…ケーシング
Ｗ／Ｈ…ワイヤハーネス

Claims (7)

1. 複数の電池セルからなる組電池であるバッテリと、前記バッテリの電圧を検知するためのバッテリ監視装置と、
   前記バッテリと前記バッテリ監視装置との間を接続し、長さ方向の途中において絶縁被覆が剥ぎ取られて芯線が露出された溶出予定部が形成された複数本の電線とを備えていることを特徴とするバッテリ監視システムにおける短絡保護装置。
2. 前記電線の前記溶出予定部はケーシング内に収容されるとともに、前記ケーシングの外面には電解液を前記ケーシング内に透過可能な導入部が形成されていることを特徴とする請求項１記載のバッテリ監視システムにおける短絡保護装置。
3. 前記ケーシングには、隣り合う前記電線同士の間隔を保ちつつ前記電線を保持する電線保持溝が形成されていることを特徴とする請求項２記載のバッテリ監視システムにおける短絡保護装置。
4. 前記電線は、前記溶出予定部を前記ケーシングの内壁から離間した状態で保持されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のバッテリ監視システムにおける短絡保護装置。
5. 前記ケーシングは前記導入部より進入した電解液を内部に貯留可能に形成されていることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか一項に記載のバッテリ監視システムにおける短絡保護装置。
6. 前記電線には、前記溶出予定部が透液性を有する保護部材によって保護されているものが含まれていることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ監視システムにおける短絡保護装置。
7. 前記電線は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金製であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のバッテリ監視システムにおける短絡保護装置。

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