JP2014235849A - 端子付き電線及びこの端子付き電線を有する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】短絡に起因する異常な発熱を回避する。【解決手段】一端側が車両に搭載されるバッテリＢの電極２側に接続され、他端側が前記バッテリＢの電圧を検知するバッテリ監視装置Ｍ側に接続される検知用電線Ｗにおいて、途中部は絶縁被覆５にて被覆され、両端部は絶縁被覆５が除去されて芯線４が露出されている。この露出された芯線４にはバッテリＢ側とバッテリ監視装置Ｍに接続するための端子金具６，７が接続されている。芯線４は端子金具６，７よりイオン化傾向が高い材質にて形成されて露出された芯線４のうち端子金具６,７との接続部は、端子金具６，７に対する被かしめ部と電食が生じたときに溶断される溶断部が兼ねられている。【選択図】図５

Description

本発明は、端子付き電線及びこの端子付き電線を有する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端子付き電線及び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。

本発明の端子付き電線は、一端側が車両に搭載されるバッテリの電極側に接続され、他端側は機器側に接続される端子付き電線であって、途中部は絶縁被覆にて被覆され、両端部は絶縁被覆が除去されて芯線が露出されるとともに、この露出された芯線にバッテリ側及び機器側に接続するための端子金具が接続され、かつ芯線は端子金具よりイオン化傾向の高い材質にて形成されて露出された芯線のうち端子金具との接続部は、端子金具に対する被かしめ部と電食が生じたときに溶断される溶断部を兼ねた構成であることを特徴とする。

また、上記した端子付き電線を有するバッテリ監視システムにおける短絡保護装置は、バッテリが複数の電池セルからなる組電池であり、機器がバッテリの電圧を検知するためのバッテリ監視装置であるバッテリ監視システムにおいて、各電池セルとバッテリ監視装置側とが上記した複数本の端子付き電線によって接続されていることを特徴とする。

バッテリ側あるいは機器（バッテリ監視装置）側において端子金具が電解液等に浸るようなことがあると、端子金具間で短絡の事態が継続することが懸念される。しかし、本発明によれば、端子金具と電線芯線との接続部においてイオン化傾向の低い材質で形成された電線芯線側が溶断される。このことにより、端子金具に過電流が流れる事態が継続することを回避できる。

バッテリ監視システムの概略を示す斜視図 各検知用電線がバッテリへ接続される前の状態を示す斜視図 両端に端子金具が取付けられた状態の検知用電線を示す斜視図 ワイヤバレルでかしめ付けられていた芯線が溶断した状態を示す平断面図 雌雄のコネクタハウジングが嵌合している状態において、上段側の端子金具に接続された芯線が溶断された状態を示す側断面図

本発明における好ましい実施の形態を説明する。
本発明の端子付き電線において、端子金具は銅合金製であり、電線芯線はアルミニウムまたはアルミニウム合金製である構成とすることが好ましい。
このような構成によれば、電線芯線が電食を生じやすいアルミニウム又はアルミニウム合金製であることから、銅合金製である端子金具が溶出を開始し発熱する時期より早く電食を進行させ、早期に溶断に至らしめることが期待できる。
＜実施例＞
次に、本発明を具体化した実施例について、図面を参照しつつ説明する。
図１は、ハイブリッド車両に搭載されたバッテリＢとバッテリ監視装置Ｍ側との間の電気的接続状態の概略を示している。本実施例のバッテリＢは複数の電池セル１よりなる組電池である。各電池セル１は、上面に一対の電極２（正極及び負極）を有しており、組み合わせ時には電極２が形成された面が同方向を向くようにして密着状態で整列される。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２間はバスバー３によって接続されている。

バスバー３は、例えば、銅、銅合金、ステンレス鋼等の導電性を有する金属製の板材よりなり、詳細には図示されないが、一対の貫通孔を有している。そして、並び方向で隣接する電極２にそれぞれ貫通孔を挿通させることにより、隣接する電極２同士がバスバー３を介して接続され、これによって全電池セル１が直列に接続されるようにしている。

なお、図１に示すように、全電池セル１のうち並び方向の両端に配置された電池セル１の一方の電極（組電池の対角位置にある電極：以下、単独電極１ａという）はバスバー３との接続はなされていない。

各バスバー３によって接続された両電極２のうちの一方の電極（例えば正極側）及びバスバー３との接続がなされていない両単独電極１ａには、図３に示すような検知用電線Ｗ（端子付き電線）が接続されている。

検知用電線Ｗは、複数本の素線からなる芯線４と芯線４を覆う絶縁被覆５とからなっている。芯線４の各素線はアルミニウムあるいはアルミニウム合金によって形成されている。検知用電線Ｗの両端部の絶縁被覆５は所定長さ分が除去されて、芯線４が露出されている。そして、この露出された芯線４にはそれぞれ第１・第２の端子金具６，７が取付けられている。バッテリＢの電極２に接続される側の第１端子金具６は、銅あるいは黄銅等の銅合金製の板材によって形成されている。第１端子金具６は電極接続部６Ａと検知用電線Ｗに対する電線接続部６Ｂとから形成されている。電極接続部６Ａには差し込み孔８が円形状に開口して形成されていて、バスバー３の上面に重ねつつ電極２へ差し込まれ、ナット９にて締め付け固定がなされる。

第１端子金具６は、図１に示すように、電極２との接続がなされる際には、電極接続部６Ａの一端に突出形成された突片１０の突出方向が電池セル１の並び方向と直交する方向となるようにしてある。電極接続部６Ａにおいて突片１０と反対側の縁はバスバー３の一方の側縁に沿いつつ上方へ折り曲げられて屈曲縁１１が形成されている。屈曲縁１１の幅方向中央部からは突片１０とは反対向きに連結片１２が張り出し、前記した電線接続部６Ｂへと連続している。電線接続部６Ｂは検知用電線Ｗの絶縁被覆５にかしめ付けられるインシュレーションバレル１３と、芯線にかしめ付けられるワイヤバレル１４とから形成されている。

図１に示すように、各検知用電線ＷはバッテリＢの上面の中央部に集約され、各電池セル１の並び方向に沿うようにして配索されて、バッテリ監視装置Ｍ側へ延出されている。

各検知用電線Ｗにおいて第１端子金具６と反対側の端部には第２端子金具７が取付けられている。第２端子金具７は銅あるいは銅合金製の板材を折り曲げ加工して形成したものであり、公知の雌型端子金具が使用されている。すなわち、第２端子金具７は、前端部に角筒状をなす端子接続部７Ａが形成され、その後部側に電線接続部７Ｂが形成されている。電線接続部７Ｂは第１端子金具６と同様、検知用電線Ｗの絶縁被覆５にかしめ付けられるインシュレーションバレル１５と、芯線４にかしめ付けられるワイヤバレル１６とから形成されている。第２端子金具７は雌コネクタハウジング１７の各キャビティ１８内に差し込まれている。

一方、バッテリ監視装置（ＥＣＵ）Ｍは各電池セル１の電圧を測定する機能を有している。バッテリ監視装置Ｍはボックス体（図示しない）の内部に配され、内部にはプリント基板１９及びこのプリント基板１９上に装着された雄コネクタハウジング２０が組込まれている。

上記した雌コネクタハウジング１７は、プリント基板１９上の雄コネクタハウジング２０と嵌合可能である。雄コネクタハウジング２０の内部には複数本の雄端子金具２１が取付けられている。図５に示すように、各雄端子金具２１の一端側は雄コネクタハウジング２０内に並列して突出し、他端側は雄コネクタハウジング２０の背面側から突出している。各雄端子金具２１のうち雄コネクタハウジング２０から突出した部分は途中でほぼ直角に屈曲した後、プリント基板１９のスルーホール２２に挿通され、プリント基板１９の裏面側において半田付けされることで、プリント基板１９上に形成された電圧検知用の回路と接続される。

次に、上記のように構成された本実施例の作用効果を説明する。バッテリＢ側とバッテリ監視装置Ｍ側とが検知用電線Ｗを介して接続されている状態において、例えば雌雄のコネクタハウジングが共に電解液に浸かった事態を想定すると、第２端子金具７側において短絡が生じ、検知用電線Ｗには過大な電流が流れる。

これと同時に、雌コネクタハウジング１７内においては、検知用電線Ｗと第２端子金具７との接続部分（芯線４がワイヤバレル１６でかしめ付けられている部分）において芯線４の溶出が進行する。すなわち、第２端子金具７のワイヤバレル１６においては、銅あるいは銅合金製の部分であるワイヤバレル１６とアルミニウムあるいはアルミニウム合金製の芯線４とが接触する部位であるため、ここで電食を生じる。その場合、イオン化傾向の違いから、よりイオン化傾向の高い材質である芯線４側においてもっぱら溶出がなされる。しかも、良く知られるように、異種金属が接触し合っている部位に電解液が付着した場合には、芯線４の溶出速度は単体時よりも早く、比較的短期にワイヤバレル部１６との接続が断たれる事態（溶断）を生じ得る。図４、図５では芯線４がワイヤバレル１６から前方に露出した範囲の全てが溶出して第２端子金具７との電気的導通がとれなくなった状態を示している。このことにより、検知用電線Ｗに過大な電流が流れ続けることがなく、コネクタ１７，２０部分が異常な高温になってしまうことがなくなり、併せて電池セル１も保護される。かくして、絶縁被覆５から露出した芯線４はワイヤバレル１６によってかしめ付けられる被かしめ部と溶断される溶断部としての機能を併せ持つことになる。

なお、検知用電線Ｗの溶断が生じる前の早期の段階で電解液に浸かっている状態が解消されてしまえば、短絡の事態は一旦は解消されることになる。しかし、もし電解液による浸漬状態が解消されても、雄端子金具２１上に析出した酸化銅（ＣｕＯ）粉末が、隣接する雄端子金具２１との間でブリッジＢＲ（図５参照)を架けていれば、短絡状態が継続し、コネクタハウジング１７，２０同士の嵌合部分で異常な発熱が避けられないところとなってしまう。しかし、既に述べたように、銅単体を電解液に浸漬した場合の腐食速度と、異種金属と接触し合っているアルミニウム芯線４を電解液に浸漬した場合の腐食速度とでは、後者の速度の方が速い。したがって、酸化銅粉末によるブリッジＢＲが形成される前にはワイヤバレル１６部分で検知用電線Ｗが溶断されている可能性が高いから、電解液による浸漬状態が解消された後では短絡が生じる事態は殆どないと考えられる。

また、コネクタに加えバッテリＢも電解液に浸った場合には、第１端子金具６側においても芯線４が溶断されうる。このように二重に溶断部位が設定されれば、短絡の事態を確実に回避することができる。さらに、溶断によって第１端子金具４との接続状態が解除されると、検知電線ＷがバッテリＢ上で移動して露出した芯線４の先端部分が周辺のバスバー３に触れて短絡の事態が懸念されるが、露出したアルミ芯線４が空気に触れることにより直ちに酸化被膜（酸化アルミニウム）を形成して電気的絶縁性が確保されることから、上記の懸念は払拭できる。

１…電池セル
４…芯線
５…被覆
６…第１端子金具
７…第２端子金具
１６…第２端子金具のワイヤバレル
１７…雌コネクタハウジング
１９…プリント基板
２０…雄コネクタハウジング
２１…雄端子金具
Ｂ…バッテリ
Ｍ…バッテリ監視装置
Ｗ…電線

Claims (3)

1. 一端側が車両に搭載されるバッテリの電極側に接続され、他端側は機器側に接続される端子付き電線であって、
   途中部は絶縁被覆にて被覆され、両端部は前記絶縁被覆が除去されて芯線が露出されるとともに、この露出された芯線に前記バッテリ側及び前記機器側に接続するための端子金具が接続され、かつ前記芯線は前記端子金具よりイオン化傾向の高い材質にて形成されて前記露出された芯線のうち前記端子金具との接続部は、前記端子金具に対する被かしめ部と電食が生じたときに溶断される溶断部を兼ねた構成であることを特徴とする端子付き電線。
2. 前記端子金具は銅合金製であり、前記電線の前記芯線はアルミニウムまた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記載の端子付き電線。
3. 前記バッテリが複数の電池セルからなる組電池であり、前記機器が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であるバッテリ監視システムにおいて、
   前記各電池セルと前記バッテリ監視装置側とが請求項１又は請求項２に記載の複数本の端子付き電線によって接続され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。

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