JP5626234B2 - 過電流保護装置 - Google Patents

Description

本発明は、過電流から回路を保護する過電流保護装置に関する。

従来、過電流から回路を保護する過電流保護装置としてヒューズが知られている（特許文献１参照）。ヒューズは、保護対象である回路と直列に接続されている。このヒューズに過電流が流れると、ヒューズが溶断する。これにより、保護対象に過電流が流れることが抑制されるようになっている。

特開平９−１７３２３号公報

上記のヒューズが比較的に低い電圧の電流が流れる回路で用いられる場合には、ヒューズが溶断することにより過電流保護機能が実現される。

しかし、ヒューズが配される回路の構成によっては、比較的に低い電圧の電流と、比較的に高い電圧の電流の双方が流れる場合がある。このような回路において、ヒューズに比較的に高い電圧の過電流が流れると、ヒューズが溶断した後も、アーク放電が発生し、過電流が流れ続けることが懸念された。

上記のアーク放電を防ぐためには、ヒューズに配されたヒューズエレメントを消弧砂で覆った高電圧用のヒューズを用いることが考えられた。しかし、高電圧用のヒューズは比較的に高価なので、過電流保護装置の製造コストが上昇してしまうという問題があった。

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、製造コストの低減された過電流保護装置を提供することを目的とする。

本発明は、外部回路に接続されて前記外部回路を過電流から保護する過電流保護装置であって、ヒューズと、前記ヒューズに直列接続されると共に、融点が銅よりも低い導体からなり、且つ、溶断電流値が前記ヒューズよりも大きく設定されている易溶断電線と、を備えた溶断部材を有し、前記溶断部材は前記外部回路と直列に接続されており、前記ヒューズはプリント基板に実装されている。

本発明によれば、比較的に低い電圧の過電流が流れた場合、比較的に小さな溶断電流値を有するヒューズが溶断する。これにより外部回路に過電流が流れることが抑制される。

一方、比較的に高い電圧の過電流が流れた場合には、ヒューズと、易溶断電線とが溶断する。ヒューズが溶断してもアーク放電が生じるために、ヒューズには電流が流れ続ける。また、易溶断電線が溶断した場合にも、溶断された易溶断電線の端末同士の間にアークは発生する。しかし、易溶断電線の端末がアークの熱によって溶融することにより、易溶断電線の端末同士の間隔が広がっていく。すると、アークが消滅して電流が遮断される。このように、易溶断電線を用いることにより、比較的に高い電圧の過電流が流れる場合でも高電圧用のヒューズを用いなくてもよい。この結果、過電流保護装置の製造コストを低減させることができる。
また、過電流保護装置を小型化することができる。

本発明の実施態様としては以下の態様が好ましい。

少なくとも前記易溶断電線はケースの内部に収容されているが好ましい。

上記の態様によれば、易溶断電線が溶断した際に発生するアークや、易溶断電線が溶断して飛び散った飛沫から、過電流保護装置の周囲に配された部品を保護することができる。

前記外部回路に接続された外部電線の端部には電線側コネクタが配されており、前記ケースには、前記溶断部材と電気的に接続されると共に前記電線側コネクタと嵌合可能な装置側コネクタが設けられていることが好ましい。

上記の態様によれば、外部回路と過電流保護装置とは、電線側コネクタと装置側コネクタとを嵌合させることにより、容易に電気的に接続することができる。

前記ヒューズは車両用のヒューズであることが好ましい。

上記の態様によれば、比較的に価格の安い車両用のヒューズを用いることができるので、過電流保護装置の製造コストを低減させることができる。

また、本発明は、比較的に低い電圧の電流が流れる低電圧回路と、比較的に高い電圧の電流が流れる高電圧回路と、を備えた車両に搭載されると共に、前記低電圧回路に接続されて前記低電圧回路を過電流から保護する過電流保護装置であって、ヒューズと、前記ヒューズに直列接続されると共に、融点が銅よりも低い導体からなり、且つ、溶断電流値が前記ヒューズよりも大きく設定されている易溶断電線と、を備えた溶断部材を有し、前記溶断部材は前記低電圧回路と直列に接続されている。

本発明によれば、過電流保護装置が、低電圧回路と、高電圧回路とを備えた車両に搭載される場合に、特に有効である。

また、前記高電圧回路は複数の単電池が直列接続された電池モジュールを含み、前記低電圧回路は前記単電池の状態を検知する検知電線を含む構成としてもよい。

上記の態様によれば、製造コストが低減された過電流保護装置を電池モジュールに適用することができる。

本発明によれば、過電流保護装置の製造コストを低減させることができる。

図１は実施形態１に係る過電流保護装置が搭載された車両を示す模式図である。 図２は実施形態１に係る過電流保護装置を示す斜視図である。 図３は実施形態１に係る過電流保護装置の構成を示す模式図である。 図４は実施形態１に係るヒューズの接続構造を示す斜視図である。 図５は実施形態２に係る過電流保護装置を示す斜視図である。 図６は実施形態２に係る過電流保護装置の溶断部材を示す斜視図である。 図７は実施形態２に係る過電流保護装置の溶断部材を示す平面図である。 図８は実施形態３に係る過電流保護装置を示す斜視図である。 図９は実施形態３に係る過電流保護装置の溶断部材を示す斜視図である。 図１０は実施形態３に係る過電流保護装置の溶断部材を示す平面図である。

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を、図１ないし図４を参照しつつ説明する。本実施形態に係る過電流保護装置１０は、例えば、電気自動車や、ハイブリッド車等の車両Ｅｖに搭載される（図１参照）。車両Ｅｖの車体Ｂｄには、駆動源として電池モジュールＢｔが搭載されている。電池モジュールＢｔは、直列接続された複数の単電池（図示せず）を備える。電池モジュールＢｔには、車両Ｅｖの車室内に配索される室内ワイヤーハーネスＷｉが接続されている。この室内ワイヤーハーネスＷｉは床板Ｆｐを貫通して、車室の外部に配索される室外ワイヤーハーネスＷａの一方の端部に接続されている。この室外ワイヤーハーネスＷａの他方の端部は、エンジンＥｇ等を収容するエンジンルーム内に導入されて、エンジンルーム内に配索された室内ワイヤーハーネスＷｉに接続される。この室内ワイヤーハーネスＷｉは、インバータＩｖ、モータＭ等の機器と接続されている。電池モジュールＢｔ、室内ワイヤーハーネスＷｉ、室外ワイヤーハーネスＷａ、室内ワイヤーハーネスＷｉ、インバータＩｖ、及び、モータＭは、比較的に高い電圧の電流が流される高電圧回路１１とされる。高電圧回路１１には、例えば、１００Ｖを超える電圧の電流が流される。

電池モジュールＢｔの単電池には、単電池の状態を検知する検知電線Ｗｂ（外部電線の一例）が接続されている。本実施形態における検知電線Ｗｂは、例えば、単電池の電極（図示せず）に接続されて、単電池の電圧を検知するようになっている。検知電線Ｗｂは、電池モジュールＢｔの外部に配策されて、電池制御ユニットＣに接続される。この電池制御ユニットＣは制御回路（外部回路の一例）を備えている。この制御回路により単電池の電圧が検知されるようになっている。検知電線Ｗｂと、電池制御ユニットＣは、比較的に低い電圧の電流が流れる低電圧回路１２を構成する。低電圧回路１２には、例えば、約１２Ｖの電流が流される。低電圧回路１２に流される電流の電圧は、１２Ｖを含み、且つ、１２Ｖより高くてもよく、また、低くてもよい。

図２に示すように、車両Ｅｖには、複数の検知電線Ｗｂが配されている。複数の検知電線Ｗｂの端部には、複数の検知電線Ｗｂが導入される電線側コネクタ１３が配されている。電線側コネクタ１３は、過電流保護装置１０に、装置側コネクタ１４を介して接続されるようになっている。過電流保護装置１０には２つの装置側コネクタ１４が配されている。過電流保護装置１０は、検知電線Ｗｂを介して、電池制御ユニットＣの制御回路と直列に接続されている。

検知電線Ｗｂは、通常時には、比較的に低い電圧（例えば、約１２Ｖ）の電流が流れる低電圧回路１２に接続されている。

過電流保護装置１０は、ケース１５と、ケース１５に配された溶断部材１６と、を備える。ケース１５は絶縁性の合成樹脂からなる。ケース１５の外面には、電線側コネクタ１３を嵌合する装置側コネクタ１４が外部に開口されている。

図３に示すように、ケース１５には、ヒューズ１７と、易溶断電線１８とが直列に接続された溶断部材１６が配されている。少なくとも易溶断電線１８はケース１５内に収容されている。

図３の左側に位置する装置側コネクタ１４には、ケース１５内に配策される内部電線１９の一方の端部が接続されている。内部電線１９の他方の端部はヒューズ用端子２０に、圧着等の公知の手法により接続されている。このヒューズ用端子２０の弾性片２１が接触することにより、ヒューズ１７の一方の端子２３と、ヒューズ用端子２０とが接続されるようになっている（図４参照）。このヒューズ１７は、自動車等の車両Ｅｖに搭載される車両用のヒューズ１７である。

ヒューズ１７は、ケース１５の上面に開口されたヒューズ装着部２２内に着脱可能に取り付けられている。

ヒューズ１７の他方の端子２３もヒューズ用端子２０に接続されている。ヒューズ１７の他方の端子２３に接続された内部電線１９は、内部コネクタ２４の内部に導入される。

内部コネクタ２４と、図３の右側に位置する装置側コネクタ１４との間には、易溶断電線１８が配されている。易溶断電線１８は、融点が銅よりも低い導体からなり、且つ、溶断電流値がヒューズ１７よりも大きく設定されている。

銅よりも融点が低い導体としては、鉛、錫、亜鉛、ビスマス、インジウム、カドミウム等の金属、又は、これらの金属の一つ又は二つ以上を含む合金を用いることができる。

易溶断電線１８としては、単芯線、撚り線、裸電線、エナメル線、等、必要に応じて任意の電線を適宜に用いることができる。本実施形態ではエナメル線が用いられている。

続いて、本実施形態の作用、効果について説明する。例えば、車両Ｅｖが事故に遭遇した場合には、高電圧回路１１と、検知電線Ｗｂとが短絡するおそれがある。すると、検知電線Ｗｂを介して、１００Ｖを超える電圧の電流が、低電圧回路１２を構成する電池制御ユニットＣに流れることが懸念される。この場合に、電池制御ユニットＣを保護する必要がある。

一方で、比較的に低い電圧の電流であっても、やはり短絡が発生した場合には、電池制御ユニットＣを保護する必要がある。

上記の観点から、本実施形態においては、電池制御ユニットＣに直列に接続された溶断部材１６は、ヒューズ１７と、このヒューズ１７に直列に接続された易溶断電線１８と、を備える。これにより、比較的に低い電圧の過電流が流れた場合、比較的に小さな溶断電流値を有するヒューズ１７が溶断する。これにより電池制御ユニットＣに過電流が流れることが抑制される。

一方、比較的に高い電圧の過電流が流れた場合には、ヒューズ１７と、易溶断電線１８とが溶断する。ヒューズ１７が溶断してもアーク放電が生じるために、ヒューズ１７には電流が流れ続ける。また、易溶断電線１８が溶断した場合にも、溶断された易溶断電線１８の端末同士の間にアークは発生する。しかし、易溶断電線１８の端末がアークの熱によって溶融することにより、易溶断電線１８の端末同士の間隔が広がっていく。すると、アークが消滅して電流が遮断される。このように、易溶断電線１８を用いることにより、比較的に高い電圧の過電流が流れる場合でも高電圧用のヒューズ１７を用いなくてもよい。この結果、過電流保護装置１０の製造コストを低減させることができる。

また、本実施形態によれば、少なくとも易溶断電線１８はケース１５の内部に収容されている。これにより、易溶断電線１８が溶断した際に発生するアークや、易溶断電線１８が溶断して飛び散った飛沫から、過電流保護装置１０の周囲に配された部品を保護することができる。

また、本実施形態によれば、電池制御ユニットＣに接続された外部電線の端部には電線側コネクタ１３が配されており、ケース１５には、溶断部材１６と電気的に接続されると共に電線側コネクタ１３と嵌合可能な装置側コネクタ１４が設けられている。これにより、外部回路と過電流保護装置１０とは、電線側コネクタ１３と装置側コネクタ１４とを嵌合させることにより、容易に電気的に接続することができる。

また、本実施形態によれば、ヒューズ１７は車両用のヒューズ１７を用いることができる。これにより、過電流保護装置１０の製造コストを低減させることができる。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を、図５ないし図７を参照しつつ説明する。図５に示すように、本実施形態に係る過電流保護装置３０においては、ケース３５には２つの装置側コネクタ３４が形成されている。

図６及び図７に、ケース３５内の構成を示す。図７における左側に位置する装置側コネクタ３４には、３つの易溶断電線３８が接続されている。これらの易溶断電線３８は、内部コネクタ４４を介して、３つのヒューズ３７にそれぞれ接続されている。

このヒューズ３７の両端には金属製の棒状をなす一対の端子３３が突出されている。一対の端子３３は、支持部材４５によって支持されている。これらの端子３３の一方は内部コネクタ４４に接続され、他方は、図７における右側に位置する装置側コネクタ３４に接続されている。

上記以外の構成については、実施形態１と略同様なので、同一部材については同一符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施形態によれば、ケース３５の構成を簡略化できるので、過電流保護装置３０の製造コストを更に低減させることができる。

＜実施形態３＞
次に、本発明の実施形態３を、図８ないし図１０によって説明する。図８に示すように本実施形態に係る過電流保護装置５０においては、ケース５５には２つの装置側コネクタ５４が形成されている。

図９及び図１０に、ケース５５内の構成を示す。図９における左側に位置する装置側コネクタ５４には、複数の易溶断電線５８が接続されている。これらの易溶断電線５８は、内部コネクタ６４に接続されている。

内部コネクタ６４は、プリント基板６５に取り付けられている。プリント基板６５には、図示しない導電路が、プリント配線技術により形成されている。易溶断電線５８はプリント基板６５の導電路と、半田付け等の公知の手法により接続されている。

プリント基板６５には、複数のヒューズ５７が実装されている。本実施形態に係るヒューズ５７は基板用のヒューズ５７が用いられている。各ヒューズ５７はプリント基板６５の導電路と、半田付け等の公知の手法により接続されている。これにより、各易溶断電線５８は、ヒューズ５７と直列に接続されている。

図１０における右側に位置する装置側コネクタ５４は、プリント基板６５に実装されており、半田付け等の公知の手法により、プリント基板６５の導電路に接続されている。

上記以外の構成については、実施形態２と略同様なので、同一部材については同一符号を付し、重複する説明を省略する。

歩実施形態によれば、ヒューズ５７はプリント基板６５に実装されているので、過電流保護装置を小型化できる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）本実施形態に係る過電流保護装置１０、３０，５０は車両Ｅｖに搭載される構成としたが、これに限られず、コンピュータ、通信装置等、任意の装置に適宜に搭載することができる。

（２）本実施形態では、１つのケース１５内に複数の溶断部材１６が配される構成としたが、これに限られず、１つのケース１５内に１つの溶断部材１６が配される構成としてもよい。

（３）本実施形態では、溶断部材１６はケース１５に配される構成としたが、これに限られず、ケース１５は省略してもよい。

（４）実施形態１においては、ヒューズ１７と、易溶断電線１８との間には、内部コネクタ２４が介されていたが、これに限られず、易溶断電線１８をヒューズ用端子２０に接続することにより、内部コネクタ２４を省略してもよい。

１０，３０，５０…過電流保護装置
１１…高電圧回路
１２…低電圧回路
１３…電線側コネクタ
１４，３４，５４…装置側コネクタ
１５，３５…ケース
１７，３７，５７…ヒューズ
１８，３８，５８…易溶断電線
６５…プリント基板
Ｂｔ…電池モジュール（高電圧回路）
Ｃ…電池制御ユニット（外部回路、低電圧回路）
Ｅｖ…車両
Ｉｖ…インバータ（高電圧回路）
Ｍ…モータ（高電圧回路）
Ｗａ…室外ワイヤーハーネス（高電圧回路）
Ｗｂ…検知電線（外部電線、低電圧回路）
Ｗｉ…室内ワイヤーハーネス（高電圧回路）

Claims (6)

1. 外部回路に接続されて前記外部回路を過電流から保護する過電流保護装置であって、
   ヒューズと、前記ヒューズに直列接続されると共に、融点が銅よりも低い導体からなり、且つ、溶断電流値が前記ヒューズよりも大きく設定されている易溶断電線と、を備えた溶断部材を有し、
   前記溶断部材は前記外部回路と直列に接続されており、
   前記ヒューズはプリント基板に実装されている過電流保護装置。
2. 少なくとも前記易溶断電線はケースの内部に収容されている請求項１に記載の過電流保護装置。
3. 前記外部回路に接続された外部電線の端部には電線側コネクタが配されており、
   前記ケースには、前記溶断部材と電気的に接続されると共に前記電線側コネクタと嵌合可能な装置側コネクタが設けられている請求項２に記載の過電流保護装置。
4. 前記ヒューズは車両用のヒューズである請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の過電流保護装置。
5. 比較的に低い電圧の電流が流れる低電圧回路と、比較的に高い電圧の電流が流れる高電圧回路と、を備えた車両に搭載されると共に、前記低電圧回路に接続されて前記低電圧回路を過電流から保護する過電流保護装置であって、
   ヒューズと、前記ヒューズに直列接続されると共に、融点が銅よりも低い導体からなり、且つ、溶断電流値が前記ヒューズよりも大きく設定されている易溶断電線と、を備えた溶断部材を有し、
   前記溶断部材は前記低電圧回路と直列に接続されている過電流保護装置。
6. 前記高電圧回路は複数の単電池が直列接続された電池モジュールを含み、前記低電圧回路は前記単電池の状態を検知する検知電線を含む請求項５に記載の過電流保護装置。

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