JP2013017373A - 環境に優しい車両のバッテリセル保護装置 - Google Patents

環境に優しい車両のバッテリセル保護装置 Download PDF

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Abstract

【課題】セルモジュールに対する外的衝突や衝撃が発生した場合、バッテリセルと連結されたワイヤのショートによる発火を事前に防止するバッテリセル保護装置を提供する。
【解決手段】バッテリセルから構成されるバッテリパック１００と、バッテリパックの電力を運営するバッテリ運営システムが備えられた車両用バッテリにおいて、バッテリセルとバッテリ運営システムを連結する複数のワイヤ１１５が内在されるワイヤリングハーネス１１０、およびワイヤリングハーネスの各ワイヤに取付けられ、非正常な高電圧状態において溶断されるヒューズ１２０を含み、ヒューズはワイヤの対面する両側端部に融着され、ワイヤリングハーネスは、互いに独立して配置される複数の高圧電線、各高圧電線とヒューズを連結するリード線、および高圧電線、リード線およびヒューズを囲んで内部に固定する収縮チューブを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、環境に優しい車両のバッテリセル保護装置に係り、より詳しくは、バッテリセルに対する非正常な高電圧を遮断してバッテリセルの損傷を防止できる環境に優しい車両のバッテリセル保護装置に関する。
現在、バッテリが搭載された環境に優しい車両（ハイブリッド車、電気自動車など）は、自動車メーカーにとって必須のラインアップ車種となっている。
ハイブリッド車、電気自動車などの環境に優しい車両は、燃費および走行性能の向上のためにバッテリ容量が次第に増大する傾向にある。バッテリの容量が増大することにより、高電圧に対する安全性の確保のための技術開発が行われている。
自動車メーカーおよびバッテリメーカーは、衝突時に起こりうる電気的ショートによる発火を防止し、二次的な安全に係る問題が発生しないように車両および部品の仕様に注目している（例えば、特許文献１参照）。
従来の高電圧に対するバッテリセルの保護技術は、電圧センシングのためにセルポーチ電極ごとにレセプタクルが固定され、電圧をセンシングすることができるコネクタが適用されていた。電圧センシングコネクタは、バッテリの電極に連結されるワイヤリングハーネスに設けられる。
このような従来の高電圧に対するバッテリのセルの保護技術は、車両衝突や衝撃によって被覆が損傷してセルモジュール内部の電圧センシングラインが短絡されると、バッテリ運営システム（ＢＭＳ：Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）が断線診断を行うが、バッテリセルに対する発火の危険は完璧に回避できない構造であった。
さらに、電気車両やプラグインバッテリの場合は、セル容量が既存のハイブリッド車（ＨＥＶ）に比べて増加するため、安全性の面で危険性がより多く内在している。
特開２００４−００７９１９号公報
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、セルモジュールに対する外的衝突や衝撃が発生した場合、バッテリセルと連結されたワイヤのショートによる発火を事前に防止して安全性を確保できる環境に優しい車両のバッテリセル保護装置を提供することにある。
上記の目的を達成するためになされた本発明の環境に優しい車両のバッテリセル保護装置は、バッテリセルから構成されるバッテリパックと、バッテリパックの電力を運営するバッテリ運営システムが備えられた車両用バッテリにおいて、バッテリセルとバッテリ運営システムを連結する複数のワイヤが内在されるワイヤリングハーネス、およびワイヤリングハーネスの各ワイヤに取付けられ、非正常な高電圧状態において溶断されるヒューズを含み、ヒューズはワイヤの対面する両側端部に融着されたことを特徴とする。
ワイヤリングハーネスは、互いに独立して配置される複数の高圧電線、各高圧電線とヒューズを連結するリード線、および高圧電線、リード線およびヒューズを囲んで内部に固定する収縮チューブを含むことが好ましい。
ワイヤリングハーネスは、バッテリパックの一側下部に交換可能に設けられることが好ましい。
ヒューズの厚さは２．３ｍｍ〜２．５ｍｍであることが好ましい。
ヒューズとヒューズの間には絶縁材が備えられることが好ましい。
本発明は、セルモジュールに対する外的衝突や衝撃が発生した場合、バッテリセルと連結されたワイヤのショートによる発火を事前に防止して安全を確保する効果を有する。
本発明の一実施形態による環境に優しい車両のバッテリセル保護装置の概略的な拡大図である。 図１の概略的なワイヤリングハーネスの構成図である。 本発明の一実施形態による環境に優しい車両のバッテリセル保護装置の回路図である。 図３にショートが発生した状態である。 本発明の一実施形態によるカートリッジタイプのヒューズである。 本発明の一実施形態によるブレードタイプのヒューズである。 本発明の一実施形態によるカートリッジタイプおよびブレードタイプのヒューズが適用されるバッテリパックの電圧センシングラインを示す斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリセル保護装置の変形例として、プリント回路板（ＰＣＢ）が追加された形態である。 図８のＡ部の拡大図である。
図１と図３に示したとおり、本発明の一実施形態による環境に優しい車両のバッテリセル保護装置は、バッテリセル１０２を含むバッテリパック１００とバッテリパック１００の電力を運営するバッテリ運営システム１０５との間において高電圧を伴う電流を遮断することによってバッテリセルを保護するヒューズ１２０を含む。
ヒューズ１２０は、バッテリセル１０２とバッテリ運営システム１０５を連結するワイヤリングハーネス１１０に内在した複数のワイヤ１１５に各々配置される。ワイヤ１１５は、ワイヤリングハーネス１１０の内部に９個程度配置される。ヒューズ１２０は、上下に配置されたワイヤ１１５に電気的に連結され、非正常な高電圧が発生した時に回路を切断することによってバッテリセル１０２側への電流を遮断することができる。
ヒューズ１２０は、ワイヤリングハーネス１１０の各ワイヤ１１５の間に設置され、非正常な高電圧状態において溶融して断線し得る鉛等の材質からなり、相対するワイヤ１１５のそれぞれの連結端部に融着等の結合方式で連結される。ヒューズ１２０は９個のワイヤ１１５にそれぞれ１つ以上配置することができ、ヒューズとヒューズの間には絶縁材（図示せず）が備えられるか、または、各ヒューズ１２０そのものを絶縁材（図示せず）で被覆することにより、溶融したヒューズ１２０が別のラインと接合してショートすることを防止する。
ヒューズ１２０が切断されるほどの高電圧は、例えば、車両のバッテリが作動する通常の状態でバッテリパック１００とバッテリ運営システム１０５を連結するワイヤリングハーネス１１０のある部位にショートが起こった時に発生し得る。
バッテリパック１００とバッテリ運営システム１０５との間のショートは、例えば、衝突事故による衝撃等によって発生する。各ワイヤ１１５を被覆する被覆材が過負荷による熱によって剥がれ、別のワイヤに接続することにより、バッテリ運営システム１０５側に急激な高電圧が送電される。
図２は、図１の概略的なワイヤリングハーネス１１０の構成図である。
図２に示したとおり、ワイヤリングハーネス１１０は、互いに独立して配置される複数の高圧電線１３０、各高圧電線１３０とヒューズ１２０とを連結するリード線１３１、高電圧状態において溶融して断線するヒューズ１２０、および高圧電線１３０、リード線１３１、ヒューズ１２０を囲んで内部に固定する収縮チューブ１３５を含む。
ワイヤリングハーネス１１０の高圧電線１３０はバッテリパック１００の電力を十分に送ることができる電気容量を有し、リード線１３１とヒューズ１２０は通常の作動状態の電圧に耐えられる直径や厚さを有する。一例として、ヒューズ１２０の厚さは２．３ｍｍ〜２．５ｍｍである。
収縮チューブ１３５は、熱によって収縮が可能な材質からなり、ワイヤリングハーネス１１０の内部において、高圧電線１３０、リード線１３１およびヒューズ１２０を固定させて保護し、また、絶縁機能も有する。
図１示したとおり、ワイヤリングハーネス１１０はバッテリパック１００の一側下部に交換が容易な構造で設置され、ワイヤリングハーネス１１０の両端にはコネクタ（図示せず）がそれぞれ備えられ、交換可能な構成部品として提供されるため、ヒューズ１２０が切れた時にワイヤリングハーネス１１０を随時交替することができる。
図３は、本発明の一実施形態による環境に優しい車両のバッテリセル保護装置の回路図である。図４には、図３にショートが発生した状態の一例を示した。
図１に示したワイヤリングハーネス１１０に、強い衝撃が加わった時、バッテリパック１００とバッテリ運営システム１０５との間のワイヤリングハーネス１１０を構成する複数のワイヤ１１５中の一部ワイヤ１１５にショートが発生することがあり得る。この時、各ワイヤ１１５を連結しているヒューズ１２０に高電圧がかかる。
複数のヒューズ１２０は高電圧によって１つ以上溶断する。回路図に示すとおり、バッテリパック１００とバッテリ運営システム１０５との間を遮断することにより、バッテリセル１０２とバッテリ運営システム１０５の内部回路を高電圧から保護することができる。
また、ワイヤリングハーネス１１０に流れる電流を遮断することにより、ワイヤリングハーネス１１０のワイヤ１１５の過熱により発生する火災を防止することができる。
図５は、本発明の一実施形態によるカートリッジタイプのヒューズである。
カートリッジタイプのヒューズ１２０ａは、バッテリパックと連結されるレセプタクルに内蔵して保護することができる。カートリッジタイプのヒューズ１２０ａには、両側にレセプタクル（図示せず）と連結するワイヤ１２１が備えられる。
図６は、本発明の一実施形態によるブレードタイプのヒューズ１２０ｂである。
ブレードタイプのヒューズ１２０ｂは、両側にバッテリパックと連結する電極１２２が備えられ、内部で切れるように構成することができる。
図７に、本発明の一実施形態によるカートリッジタイプまたはブレードタイプのヒューズが適用されたバッテリパックの電圧センシングラインを示した。
（ａ）はバッテリパックの電圧センシング端子であり、（ｂ）はバッテリセル端子タブであり、（ｃ）は電圧センシングコネクタになる。（ｄ）はバッテリパックと連結される供給ラインであって、（ｄ）にカートリッジタイプまたはブレードタイプのヒューズが適用される。
一方、本発明の一実施形態による変形例を図８および図９に示した、ヒューズが実装されたプリント回路板（ＰＣＢ；Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）がバッテリパック１００の一側に配置される。プリント回路板１４０は、図９に示したとおり、基板１４２とバッテリパック１００の電極と連結するためのバスバー１４４と電圧センシングコネクタ１４６とからなる。
１００ バッテリパック
１０２ バッテリセル
１０５ バッテリ運営システム
１１０ ワイヤリングハーネス
１１５ ワイヤ
１２０ ヒューズ
１２０ａ （カートリッジタイプの）ヒューズ
１２１ （カートリッジタイプのヒューズがレセプタクルと連結する）ワイヤ
１２１ｂ （ブレードタイプの）ヒューズ
１２２ （ブレードタイプのヒューズが連結される）電極
１３０ 高圧電線
１３１ リード線
１３５ 収縮チューブ
１４０ プリント回路板（ＰＣＢ）
１４２ 基板
１４４ バスバー
１４６ 電圧センシングコネクタ
ａ バッテリパックの電圧センシング端子
ｂ バッテリセル端子タブ
ｃ 電圧センシングコネクタ
ｄ バッテリパックと連結される供給ライン

Claims (8)

  1. バッテリセルから構成されるバッテリパックと、前記バッテリパックの電力を運営するバッテリ運営システムが備えられた車両用バッテリにおいて、
    前記バッテリセルと前記バッテリ運営システムを連結する複数のワイヤが内在されるワイヤリングハーネス、および
    前記ワイヤリングハーネスの各ワイヤに取りつけられ、非正常な高電圧状態において溶断されるヒューズを含み、
    前記ヒューズは前記ワイヤの対面する両側端部に融着されたことを特徴とする環境に優しい車両のバッテリセル保護装置。
  2. 前記ワイヤリングハーネスは、
    互いに独立して配置される複数の高圧電線、
    前記各高圧電線と前記ヒューズを連結するリード線、および
    前記高圧電線、リード線およびヒューズを囲んで内部に固定する収縮チューブを含むことを特徴とする請求項１に記載の環境に優しい車両のバッテリセル保護装置。
  3. 前記ワイヤリングハーネスは、前記バッテリパックの一側下部に交換可能に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の環境に優しい車両のバッテリセル保護装置。
  4. 前記ヒューズの厚さは２．３ｍｍ〜２．５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の環境に優しい車両のバッテリセル保護装置。
  5. 前記ヒューズとヒューズの間には絶縁材が備えられたことを特徴とする請求項１に記載の環境に優しい車両のバッテリセル保護装置。
  6. 前記ヒューズはカートリッジタイプであることを特徴とする請求項１に記載の環境に優しい車両のバッテリセル保護装置。
  7. 前記ヒューズはブレードタイプであることを特徴とする請求項１に記載の環境に優しい車両のバッテリセル保護装置。
  8. 前記バッテリパックの一側に配置されて前記バッテリパックと連結され、前記ヒューズが実装されるプリント回路板（ＰＣＢ：Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の環境に優しい車両のバッテリセル保護装置。
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