JP2012186016A - 電源回路遮断装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】メンテナンス作業者への負担を極力低減させつつ、メンテナンス作業時におけるさらなる安全性を確保することが可能な電源回路遮断装置を提供する。
【解決手段】直列接続された複数のバッテリを並設したバッテリ集合体の回路遮断を行うサービスプラグ１０であって、ハウジング３３内に配置され隣接するバッテリにそれぞれ接続される一組のバスバー３５ａ，３５ｂと、バスバー３５ａ，３５ｂ間を電気的に断接可能なスイッチプラグ３２と、ハウジング３３に形成されバッテリ側面の樹脂枠部に係止可能な爪部５２を有する係止片５１と、を備えている。
【選択図】図４

Description

本発明は、電気自動車やハイブリッドカー等の車両に搭載される電源の回路を遮断する電源回路遮断装置に関する。
環境にやさしい自動車として、電気自動車やハイブリッドカーが増加している。このような車両には、複数のバッテリを重ね合わせたバッテリ集合体からなる電源装置が搭載されている（例えば、特許文献１〜４参照）。
このような電気自動車やハイブリッドカー等の車両に搭載される電源装置は、ガソリンエンジン車等の電源回路に較べて大容量であるため、電気系統等のメンテナンスや修理時には電源回路遮断装置によって電源装置と負荷との間の電源回路を遮断して作業安全性を確保している（例えば、特許文献５参照）。
特開２００７−４８５１５号公報 特開２００７−３１７４００号公報 特開２００９−１８７８１３号公報 特開２００９−２８９４３１号公報 特開２００５−１４２１０７号公報
ところで、電源装置は、複数のバッテリを直列に接続したものであり、電源装置の総両極端子間は高電圧である。このため、電源回路遮断装置によって電源装置と負荷との間の電源回路を遮断しても、メンテナンス作業を行う場合には、電源装置そのもの（総両極端子）に接触しないように十分な注意を払わなければならず、メンテナンス作業者の負担が大きかった。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、メンテナンス作業者への負担を極力低減させつつ、メンテナンス作業時におけるさらなる安全性を確保することが可能な電源回路遮断装置を提供することにある。
本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
（１） 直列接続された複数の電池セルを並設した電池集合体の回路遮断を行う電源回路遮断装置であって、
ハウジング内に配置され隣接する前記電池セルにそれぞれ接続される一組のバスバーと、
前記バスバー間を電気的に断接可能なスイッチ部と、
前記ハウジングに形成され前記電池セル側面の樹脂枠部に係止可能な係止手段と、を備えていることを特徴とする電源回路遮断装置。
この電源回路遮断装置によれば、電池集合体における隣接する電池セルにバスバーを接続し、これらのバスバー間をスイッチ部で断接するものであるので、スイッチ部でバスバー間を遮断すれば、電池集合体の総両極間の開回路電圧をゼロにすることができる。したがって、電池集合体から電力が供給される負荷のメンテナンスや修理を行うために、電池集合体と負荷とを切り離す際の安全性を大幅に高めることができ、作業者の負担を極力少なくすることができる。
また、電池セルに接続されるバスバーを備えたものであるので、従前装置での余長部分をケース等によって保護しなければならないワイヤハーネスを不要とすることができ、部品点数の削減及び構造の簡略化による低コスト化を図ることができ、また、リサイクル性を高めることができる。
しかも、係止手段によって電池セル側面の樹脂枠部に係止して取り付けられるので、スイッチ部の操作時の外力が樹脂枠部で受け止められる。よって、操作時の外力の電池セルとバスバーとの接続箇所への付与を防止することができ、操作時の外力による電池セルのダメージをなくすことができる。
（２） （１）の電源回路遮断装置であって、前記係止手段は、前記ハウジングに突設されて前記電池セル側面の前記樹脂枠部に形成された係止穴に係止する爪部からなることを特徴とする電源回路遮断装置。
こと。
この電源回路遮断装置によれば、ハウジングの爪部を電池セル側面の樹脂枠部の係止穴に係止させることにより、専用のブラケット等を用いることなく、極めて容易に、樹脂枠部に取り付けることができる。
（３） （１）または（２）の電源回路遮断装置であって、前記スイッチ部は、前記バスバー間を導接させた状態で前記電池集合体の主回路を開閉させるインターロックスイッチを備えることを特徴とする電源回路遮断装置。
この電源回路遮断装置によれば、メンテナンスや修理時に、インターロックスイッチがオフ状態にされて主回路が開状態となるので、作業安全性をさらに高めることができる。
（４） （３）の電源回路遮断装置であって、前記バスバー間を導接する接続端子を備えて前記ハウジングに嵌合するスイッチプラグと、該スイッチプラグに回動自在に取り付けられ前記スイッチプラグの前記ハウジングへの完全嵌合により回動されるレバーとを備え、
前記インターロックスイッチは、前記レバーの回動操作により作動することを特徴とする電源回路遮断装置。
この電源回路遮断装置によれば、スイッチプラグをハウジングへ完全に嵌合させないとレバーを回動させてインターロックスイッチを操作することができないので、スイッチプラグのハウジングへの不完全な嵌合状態でのインターロックスイッチの操作を禁止することができ、安全性を高めることができる。
本発明に係る電源回路遮断装置よれば、メンテナンス作業者への負担を極力低減させつつ、メンテナンス作業時におけるさらなる安全性を確保することが可能な電源回路遮断装置を提供できる。
本実施形態に係るサービスプラグを備えたバッテリ集合体の斜視図である。 図１の要部を示す拡大斜視図である。 サービスプラグの斜視図である。 サービスプラグのバッテリへの取付側から視た斜視図である。 サービスプラグの断面図である。 サービスプラグに設けられたバスバーの斜視図である。 サービスプラグの操作の仕方を説明する斜視図である。 サービスプラグの操作の仕方を説明する斜視図である。 サービスプラグの操作の仕方を説明する斜視図である。 サービスプラグの取付位置の変更例を示すバッテリ集合体の斜視図である。 参考例に係るサービスプラグを説明するバッテリ集合体の斜視図である。
以下、本発明に係る実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本実施形態に係るサービスプラグを備えたバッテリ集合体の斜視図、図２は図１の要部を示す拡大斜視図、図３はサービスプラグの斜視図、図４はサービスプラグのバッテリへの取付側から視た斜視図、図５はサービスプラグの断面図、図６はサービスプラグに設けられたバスバーの斜視図、図７〜９はサービスプラグの操作の仕方を説明する斜視図である。
図１に示すように、サービスプラグ（電源回路遮断装置）１０が設置されるバッテリ集合体（電池集合体）１１は、電気自動車やハイブリッドカーなどの車両の電源装置として搭載されるもので、複数の角型のバッテリ（電池セル）１３を２列に並設して構成されている。これらのバッテリ１３は、それぞれの端子１５が上面に配置されており、これらの端子１５の列に、樹脂製のバッテリ接続プレート１７が装着されている。
図２に示すように、バッテリ接続プレート１７は、複数のバスバー装着部１９を有しており、これらのバスバー装着部１９には、導電性の金属板からなるバスバー２１が嵌め込まれている。これらのバスバー２１に形成された一対の接続孔には、重ね合わされて隣接されたバッテリ１３の端子１５がそれぞれ挿し込まれている。そして、バッテリ１３の端子１５にナット（図示略）を締結することにより、端子１５がバッテリ接続プレート１７のバスバー２１によって導通接続されている。
バッテリ集合体１１では、全てのバッテリ１３が直列接続され、その総＋極端子１５ａ及び総−極端子１５ｂが各種の負荷に接続されて電力が供給される。
上記構成のバッテリ集合体１１には、例えば、配列された中間部分において互いに隣接するバッテリ１３Ａ，１３Ｂの端子１５に、バスバー２１に代えて、バッテリ集合体１１の回路遮断を行うサービスプラグ（電源回路遮断装置）１０が取り付けられている。
図３から図５に示すように、サービスプラグ１０は、プラグ本体３１と、このプラグ本体３１に着脱されるスイッチプラグ（スイッチ部）３２とを備えている。
プラグ本体３１は、合成樹脂製のハウジング３３と、このハウジング３３に保持された一組のバスバー３５ａ，３５ｂとを有している。
図６に示すように、バスバー３５ａ，３５ｂは、銅または銅合金等の導電性金属板に折り曲げ加工等を施すことにより形成されたものである。このバスバー３５ａ，３５ｂは、上下に延在するバスバー本体３７の上端から側方へ屈曲された上板部３８と、この上板部３８の先端から下方へ屈曲された側板部３９と、この側板部３９の先端から側方へ屈曲された固定片部４１とを有している。
固定片部４１には、バッテリ１３の端子１５よりも僅かに大径の接続孔４３が形成されており、この接続孔４３には、バッテリ１３の端子１５が挿通される。
また、バスバー３５ａ，３５ｂには、それぞれバスバー本体３７における互いの近接側の側部に、接続片４５が形成されており、それぞれの接続片４５は互いに対向して平行に配置されている。
上記のバスバー３５ａ，３５ｂは、互いに並列にハウジング３３に保持され、このハウジング３３によってバスバー本体３７、上板部３８及び側板部３９の外面側が覆われている。
また、プラグ本体３１には、ハウジング３３の両側部からバッテリ１３の装着側へ突出する一組の係止片（係止手段）５１が形成されている。これらの係止片５１には、先端部に、外側方へ突出する爪部（係止手段）５２が形成されている。
さらに、プラグ本体３１には、バッテリ側と反対の後部に、嵌合部５５が形成されており、この嵌合部５５には、スイッチプラグ３２が嵌合可能とされている。嵌合部５５には、その内部に、バスバー３５ａ，３５ｂのそれぞれの接続片４５が収容されている。
スイッチプラグ３２には、平面視がコ字状に形成された接続端子５７が内蔵されており、プラグ本体３１の嵌合部５５にスイッチプラグ３２を嵌合させると、バスバー３５ａ，３５ｂの接続片４５を、その外側から挟持するようにスイッチプラグ３２の接続端子５７が装着される。これにより、バスバー３５ａ，３５ｂ同士が接続端子５７を介して導通接続される。
つまり、サービスプラグ１０は、プラグ本体３１の嵌合部５５がスイッチ部とされ、スイッチプラグ３２を挿抜させることにより、接続端子５７によってバスバー３５ａ，３５ｂ間が電気的に断接される。
また、図７に示すように、プラグ本体３１は、インターロックスイッチ６１を備えている。このインターロックスイッチ６１は、バッテリ集合体１１の主回路を開閉させるスイッチである。このインターロックスイッチ６１がオン状態となると主回路に設けられたリレー（図示略）によって主回路が閉回路となり、バッテリ集合体１１の電力が各種の負荷へ供給される。また、インターロックスイッチ６１がオフ状態となると主回路に設けられたリレーによって主回路が開回路となり、各種の負荷へのバッテリ集合体１１の電力の供給が遮断される。
このインターロックスイッチ６１は、嵌合部５５の側部に設けられて上方へ突出されており、その内部には、一対の端子（図示略）が設けられている。また、このインターロックスイッチ６１には、その上部に、挿し込み孔６３が形成されている。
スイッチプラグ３２は、レバー６５を備えている。このレバー６５は、スイッチプラグ３２に対して水平方向の軸線を中心として回動可能に連結されている。このレバー６５は、図８に示すように、スイッチプラグ３２をプラグ本体３１の嵌合部５５へ完全に嵌合させた状態で、図９に示すように、上方へ向かって回動可能となる。つまり、このレバー６５は、スイッチプラグ３２の側部から水平方向に突出された支持軸６７を中心として回動可能に連結されている。そして、このレバー６５を上方へ向かって回動させると、このレバー６５が鉛直に配置される。
支持軸６７は、左右の幅寸法が小さくされて上下に細長い形状に形成されている。また、レバー６５には、スイッチプラグ３２の支持軸６７が挿通される溝部６９が形成されており、この溝部６９は、支持軸６７の左右の幅寸法よりも僅かに大きくかつ支持軸６７の幅寸法と直交する高さ寸法よりも小さくされている。これにより、支持軸６７を中心としてレバー６５を上方へ回動させ、このレバー６５を鉛直に配置すると、溝部６９内において支持軸６７が移動可能とされる。したがって、レバー６５を鉛直に配置させると、このレバー６５は、下方へ移動可能となる。
レバー６５には、その一側部に、下方側に穴部を有するショート端子部７１を一体に有している。このショート端子部７１には、その内部に、ショート端子（図示略）が内蔵されており、このショート端子が穴部内に配置されている。
鉛直に配置させたレバー６５を下方へ移動させると、ショート端子部７１がインターロックスイッチ６１に近接した後、インターロックスイッチ６１がショート端子部７１内に嵌合する。これにより、インターロックスイッチ６１の挿し込み孔６３に、ショート端子部７１のショート端子が挿入され、インターロックスイッチ６１内の一対の端子が導通される。
上記構造のサービスプラグ１０は、バッテリ集合体１１の所定位置における互いに隣接するバッテリ１３間に取り付けられる。
このサービスプラグ１０をバッテリ集合体１１へ取り付けるには、まず、スイッチプラグ３２を取り外してプラグ本体３１だけとした状態で、所定位置において互いに隣接するバッテリ１３Ａ，１３Ｂの端子１５がバスバー３５ａ，３５ｂの固定片部４１の接続孔４３に挿通するように、バッテリ集合体１１へ配設する。
次に、プラグ本体３１をバッテリ集合体１１の側面へ押し付けると、プラグ本体３１の係止片５１がバッテリ集合体１１を構成するバッテリ１３の側面の樹脂枠部１３ａに形成された係止穴５０へ入り込み、この係止穴５０の縁部に、係止片５１の爪部５２が係止する。これにより、サービスプラグ１０のプラグ本体３１がバッテリ集合体１１に取り付けられる。なお、このとき、バスバー３５ａ，３５ｂの固定片部４１は、バッテリ１３の端子１５に締結されていないので、プラグ本体３１をバッテリ集合体の側面に押し付けても、端子１５に外力が付与されることはない。
次に、固定片部４１の接続孔４３に挿通されたバッテリ１３の端子１５にナットを締結することにより、端子１５にバスバー３５ａ，３５ｂを締結する。
このようにして、バッテリ１３にプラグ本体３１を取り付けたら、このプラグ本体３１の嵌合部５５にスイッチプラグ３２を挿し込んで嵌合させる。
プラグ本体３１の嵌合部５５に対してスイッチプラグ３２を挿し込むと、プラグ本体３１には、スイッチプラグ３２の押し込み力が押圧力として作用する。この押圧力は、プラグ本体３１が取り付けられているバッテリ１３の樹脂枠部１３ａで受け止められる。したがって、この押圧力がバスバー３５ａ，３５ｂを介してバッテリ１３の端子１５に作用することがなく、端子１５を構成する極柱が応力を受ける不具合もない。
上記のように、プラグ本体３１の嵌合部５５にスイッチプラグ３２を嵌合させると、スイッチプラグ３２内に設けられた接続端子５７が、バスバー３５ａ，３５ｂの固定片部４１を、その外側から挟持するように装着され、バスバー３５ａ，３５ｂ同士が接続端子５７を介して導通接続される。これにより、バッテリ集合体１１の全てのバッテリ１３が直列に接続されて電源回路が形成され、バッテリ集合体１１の総＋極端子１５ａ及び総−極端子１５ｂに接続された各種の負荷への電力供給が可能な状態となる。なお、この時点では、インターロックスイッチ６１がオフ状態であるので、リレーによって主回路が開回路となっており、各種の負荷への電力供給は依然として遮断された状態となっている。
この状態から、レバー６５を回動させて鉛直に配置させ、さらに、このレバー６５を下方へ押し込むと、ショート端子部７１がインターロックスイッチ６１に近接されて、インターロックスイッチ６１がショート端子部７１内に嵌合する。これにより、インターロックスイッチ６１の挿し込み孔６３に、ショート端子部７１のショート端子が挿入され、インターロックスイッチ６１内の一対の端子が導通されてインターロックスイッチ６１がオン状態となってリレーによって主回路が閉回路となり、バッテリ集合体１１の電力が各種の負荷へ供給される。また、インターロックスイッチ６１とショート端子部７１とが嵌合することにより、スイッチプラグ３２がプラグ本体３１に対して固定された状態となり、プラグ本体３１からスイッチプラグ３２が脱落するような不具合もなくされる。
次に、負荷側のメンテナンスや修理を行うべく、バッテリ集合体１１を負荷から切り離す場合の手順について説明する。
まず、サービスプラグ１０のレバー６５を把持し、このレバー６５を上方へ引き上げると、ショート端子部７１がインターロックスイッチ６１から引き離されて、インターロックスイッチ６１がショート端子部７１から外れる。これにより、インターロックスイッチ６１の挿し込み孔６３からショート端子部７１のショート端子が引き抜かれ、インターロックスイッチ６１内の一対の端子の導通が解除されてインターロックスイッチ６１がオフ状態となってリレーによって主回路が開回路となり、バッテリ集合体１１の電力の各種の負荷への供給が遮断される。
この状態では、全てのバッテリ１３が直列接続されているため、バッテリ集合体１１の総＋極端子１５ａと総−極端子１５ｂとの間の開回路電圧は高電圧の状態となっている。
レバー６５を回動させて水平に配置させ、プラグ本体３１から離間する方向へ引っ張ると、プラグ本体３１の嵌合部５５からスイッチプラグ３２が引き抜かれ、スイッチプラグ３２内に設けられた接続端子５７が、バスバー３５ａ，３５ｂの接続片４５から外れ、バスバー３５ａ，３５ｂ同士の導通状態が解除される。これにより、バッテリ集合体１１は、その直列接続の中間部分で回路が遮断され、バッテリ集合体１１の総＋極端子１５ａと総−極端子１５ｂとの間の開回路電圧がゼロとなる。
このように、プラグ本体３１の嵌合部５５からスイッチプラグ３２を引き抜くと、プラグ本体３１には、スイッチプラグ３２の引き抜き力が引張力として作用する。この引張力は、係止片５１の爪部５２が係止されているバッテリ１３の樹脂枠部１３ａで受け止められる。したがって、この引張力がバスバー３５ａ，３５ｂを介してバッテリ１３の端子１５に作用することがなく、端子１５を構成する極柱が負荷を受けるような不具合もない。
その後、このバッテリ集合体１１の総＋極端子１５ａ及び総−極端子１５ｂと負荷へ繋がる配線とを外し、負荷に対するメンテナンスや修理を行う。
このように、上記実施形態に係る電源回路遮断装置であるサービスプラグによれば、バッテリ集合体１１における隣接するバッテリ１３Ａ，１３Ｂにバスバー３５ａ，３５ｂを接続し、これらのバスバー３５ａ，３５ｂ間を接続端子５７で断接するものであるので、接続端子５７を外してバスバー３５ａ，３５ｂ間を遮断すれば、バッテリ集合体１１の総＋極端子１５ａと総−極端子１５ｂとの間の開回路電圧をゼロにすることができる。したがって、バッテリ集合体１１から電力が供給される負荷のメンテナンスや修理を行うために、バッテリ集合体１１と負荷とを切り離す際の安全性を大幅に高めることができ、作業者の負担を極力少なくすることができる。
また、バッテリ１３に接続されるバスバー３５ａ，３５ｂを備えたものであるので、余長部分をケース等によって保護しなければならないワイヤハーネスを不要とすることができ、部品点数の削減及び構造の簡略化による低コスト化を図ることができ、また、リサイクル性を高めることができる。
しかも、係止穴５０の縁部に、係止手段である係止片５１の爪部５２を係止させることにより、バッテリ１３の側面の樹脂枠部１３ａに係止して取り付けられるので、スイッチプラグ３２の着脱等の操作時の外力が樹脂枠部１３ａで受け止められる。これにより、操作時の外力のバッテリ１３とバスバー３５ａ，３５ｂとの接続箇所への付与を防止することができ、操作時の外力によるバッテリ１３のダメージをなくすことができる。
また、プラグ本体３１のハウジング３３の係止片５１の爪部５２をバッテリ１３の側面の樹脂枠部１３ａの係止穴５０へ係止させることにより、専用のブラケット等を用いることなく、極めて容易に、樹脂枠部１３ａに取り付けることができる。
また、メンテナンスや修理時に、インターロックスイッチ６１がオフ状態にされて主回路が開状態となるので、作業安全性をさらに高めることができる。
しかも、スイッチプラグ３２をプラグ本体３１のハウジング３３の嵌合部５５へ完全に嵌合させないとレバー６５を回動させてインターロックスイッチ６１を操作することができないので、プラグ本体３１のハウジング３３へのスイッチプラグ３２の不完全な嵌合状態でのインターロックスイッチ６１の操作を禁止することができ、安全性を高めることができる。
また、図１０に示すように、本実施形態のサービスプラグ１０によれば、バッテリ接続プレート１７等の部品を変更することなく、総＋極端子１５ａと総−極端子１５ｂとの間の中間位置において、隣接するバッテリ１３Ａ，１３Ｂのいずれの位置にも容易に装着することができる。
ここで、本発明の更なる優位性を説明するため、図１１に参考例を示す。
図１１は参考例に係る電源回路遮断装置を備えたバッテリ集合体の斜視図である。
複数のバッテリ１を配列させたバッテリ集合体２には、その端部に設けられたブラケット３の板金部分に、サービスプラグ４が設けられている。このサービスプラグ４には、ワイヤハーネス５が接続されており、このワイヤハーネス５は、バッテリ１の配列の中間部分において互いに隣接するバッテリ１Ａ，１Ｂの端子６に接続されている。各バッテリ１の端子６の列には、樹脂製のバッテリ接続プレート７が装着されており、ワイヤハーネス５は、このバッテリ接続プレート７に一体に形成されるプロテクタ部に収容されて保護される。
上記のような構造では、サービスプラグ４とワイヤハーネス５を接続するバッテリ１Ａ，１Ｂの端子６との距離が離れているので、ワイヤハーネス５の長さが長くなる。このため、このワイヤハーネス５を収容して保護するバッテリ接続プレート７のプロテクタ部も大きくなってしまう。しかも、サービスプラグ４とワイヤハーネス５を接続するバッテリ１Ａ，１Ｂの端子６との距離が離れると、バッテリ１の寸法公差が蓄積されるため、ワイヤハーネス５に余長を持たせなければならず、ワイヤハーネス５をさらに長くしなければならなくなる。また、サービスプラグ４の取付位置が変更されると、ワイヤハーネス５の長さや配線ルートが変更となり、その変更に合わせてバッテリ接続プレート７も成形し直さなければならなくなる。
これに対して、本実施形態では、バスバー３５ａ，３５ｂをバッテリ１３の端子１５に接続し、バッテリ１３の樹脂枠部１３ａに取り付けるので、ワイヤハーネス５を不要とし、また、バッテリ接続プレート１７の形状の簡略化が図れ、低コスト化を図ることができる。また、バッテリ１３の寸法公差を考慮することもなく、しかも、バッテリ集合体１１への取付位置を極めて容易に変更することができ、また、取付位置を変更しても、バッテリ接続プレート１７などを成形し直す必要もない。
１０ サービスプラグ（電源回路遮断装置）
１１ バッテリ集合体（電池集合体）
１３ バッテリ（電池セル）
１３ａ 樹脂枠部
３２ スイッチプラグ（スイッチ部）
３３ ハウジング
３５ａ，３５ｂ バスバー
５０ 係止穴
５２ 爪部（係止手段）
５７ 接続端子
６１ インターロックスイッチ
６５ レバー

Claims (4)

  1. 直列接続された複数の電池セルを並設した電池集合体の回路遮断を行う電源回路遮断装置であって、
    ハウジング内に配置され隣接する前記電池セルにそれぞれ接続される一組のバスバーと、
    前記バスバー間を電気的に断接可能なスイッチ部と、
    前記ハウジングに形成され前記電池セル側面の樹脂枠部に係止可能な係止手段と、を備えていることを特徴とする電源回路遮断装置。
  2. 前記係止手段は、前記ハウジングに突設されて前記電池セル側面の前記樹脂枠部に形成された係止穴に係止する爪部からなることを特徴とする請求項１に記載の電源回路遮断装置。
  3. 前記スイッチ部は、前記バスバー間を導接させた状態で前記電池集合体の主回路を開閉させるインターロックスイッチを備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電源回路遮断装置。
  4. 前記バスバー間を導接する接続端子を備えて前記ハウジングに嵌合するスイッチプラグと、該スイッチプラグに回動自在に取り付けられ前記スイッチプラグの前記ハウジングへの完全嵌合により回動されるレバーとを備え、
    前記インターロックスイッチは、前記レバーの回動操作により作動することを特徴とする請求項３に記載の電源回路遮断装置。
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