JP2024089345A - 電源分配ボックス、自動車の配策構造 - Google Patents

電源分配ボックス、自動車の配策構造

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Abstract

【課題】 メンテナンス等の作業前における高電圧回路の遮断作業を簡便化し、作業効率を上げることが可能な電源分配ボックスを提供する。
【解決手段】 断線検知回路61は、高電圧回路65を遮断することが可能である。電源分配ボックス59には遮断部67が設けられる。遮断部67は、断線検知回路61上に配置され、断線検知回路61を遮断することが可能である。遮断部67は、スイッチハウジングと、スイッチハウジングの内部に配置された端子同士の導通の開閉操作を行うロータリースイッチ等から構成される。スイッチハウジングは、電源分配ボックス59を構成する筐体の一部に形成される。ロータリースイッチの操作によって、断線検知回路61を開くことで、高電圧回路65を遮断することが可能である。
【選択図】図1

Description

本発明は自動車において使用される、リレーボックスやヒューズボックスなどのいわゆる電源分配ボックス等に関するものである。
BEVやHEVといった電気自動車のバッテリは、リレーボックスやヒューズボックスなどの電源分配機能を持った電源分配ボックスに接続されるとともに、モータ等に対しては、高電圧回路が接続される。このような車両のメンテナンスや修理の際に、感電や火災などの事故を防止するため、バッテリには高電圧回路を遮断するサービスプラグが配置される(例えば、特許文献1)。
特開2022-158865号公報
図11は、従来の電気自動車における配策構造100を示す概略図である。配策構造100においては、例えば、高圧電源であるバッテリ105がインバータ103及びモータ101等に高電圧回路115によって接続される。また、制御等を行うECU107や、電源分配ボックス109(リレーボックスやヒューズボックス)などが制御回路(図示省略)等によって接続される。
また、配策構造100では、断線検知回路113が配策される。断線検知回路113は、各装置間における断線を検知し、断線が検知されると高電圧回路115が遮断される。なお、通常、電源分配ボックス109は、断線検知回路113とは異なる回路上に配置されるが、断線検知回路113上に配置されてもよい。この場合には、断線検知回路113は、電源分配ボックス109においてパススルー回路となる。
前述したように、バッテリ105には、サービスプラグ111が配置される。サービスプラグ111は、前述した高電圧回路115を遮断するための部材であり、サービスプラグ111を抜き取ることで、高電圧回路115及び断線検知回路113が物理的に遮断され、作業を行うことが可能となる。
一方、バッテリ105の配置は車両によって異なり、例えば、フロントシート下やリアシート下、荷室下などに配置される。このため、メンテナンス等の作業時には、車両ごとにサービスプラグ111の配置を確認する必要がある。また、サービスプラグ111を抜き取るために、内装の一部を取り外す必要がある場合があり、専用の工具が必要である場合もある。このため、作業性が悪く、より効率的な方法が望まれる。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、メンテナンス等の作業前における高電圧回路の遮断作業を簡便化し、作業効率を上げることが可能な電源分配ボックス等を提供することを目的とする。
前述した目的を達するために第1の発明は、電圧回路を遮断することが可能な断線検知回路を有する自動車用の電源分配ボックスであって、電源分配ボックスは、前記断線検知回路に配置された遮断部を有し、前記遮断部は、スイッチハウジングと、前記スイッチハウジングの内部に配置された端子同士の導通の開閉操作を行うロータリースイッチとを有し、前記ロータリースイッチの操作によって、前記断線検知回路を開くことで、高電圧回路を遮断することが可能であることを特徴とする電源分配ボックスである。
前記スイッチハウジングの内面には、対向する方向に形成される凸部を有し、前記ロータリースイッチは、本体部と、前記本体部に取り付けられた導通部を有し、前記本体部の外周には、前記凸部が嵌まることが可能な周方向溝が周方向の所定の範囲に形成され、前記凸部が前記周方向溝に嵌まった状態で、前記本体部を前記スイッチハウジングに対して回転させることが可能であってもよい。
前記ロータリースイッチを回した第1の状態では、前記導通部によって、前記端子間が導通して前記断線検知回路を閉じることができ、前記ロータリースイッチを逆に回した第2の状態では、前記導通部が前記端子から離間して前記断線検知回路を開くことができ、前記本体部の外周部には、前記周方向溝と連続し、前記周方向溝と略直交する軸方向溝が形成され、前記第1の状態では、前記凸部が、前記軸方向溝とは異なる部位に位置し、前記本体部が前記スイッチハウジングに固定され、前記第2の状態では、前記凸部が、前記軸方向溝の部位に位置し、前記本体部を前記スイッチハウジングから抜くことが可能であってもよい。
前記周方向溝には、前記第1の状態において、前記凸部の位置を固定する固定機構が形成されてもよい。
前記導通部は、ばね性のある金属部材が屈曲されて形成され、中央の固定部と、両端部側の端子接触部とを有し、前記固定部の外面には係止爪が形成され、前記係止爪が、前記本体部の内部の係止部に係止されて固定されてもよい。
第1の発明によれば、電源分配ボックスに断線検知回路の遮断部を配置することで、エンジンルーム等の略決まった位置で作業を行うことができる。また、遮断部をロータリースイッチで操作可能であるため、作業が容易である。したがって、作業位置の把握が容易であるとともに、簡単な操作で高電圧回路を遮断することができる。また、遮断部が断線検知回路上に配置されるため、高電圧回路に配置する場合と比較して、アーク等の発生が抑制され安全である。
また、電源分配ボックスにスイッチハウジングを設け、凸部に沿ってロータリースイッチを回転させることで、電源分配ボックスに対して特殊な固定構造を形成する必要がない。このため、簡易な構造でロータリースイッチを固定することができる。
また、断線検知回路を導通させた状態ではロータリースイッチがスイッチハウジングに固定され、断線検知回路を遮断させた際に、ロータリースイッチを抜きとることが可能であれば、遮断した際の誤操作を抑制することができる。
また、凸部が噛みあう周方向溝に固定機構を設けることで、断線検知回路の導通状態において、ロータリースイッチの位置を固定することができる。
また、導通部がばね性を有する金属部材で構成されるため、導通部と端子とを確実に導通させることができる。また、導通部を本体に係止部で固定することで、極めて簡易な構造でロータリースイッチを構成することができる。
第2の発明は、第1の発明にかかる電源分配ボックスを有する自動車の配策構造であって、高電圧回路と、断線時に前記高電圧回路を遮断する断線検知回路と、を有し、前記電源分配ボックスは、前記断線検知回路の一部を構成する端子と、前記端子間の導通状態を遮断することが可能な遮断部とを有し、前記ロータリースイッチの操作によって、前記断線検知回路を開くことで、前記高電圧回路を遮断することが可能であることを特徴とする自動車の配策構造である。
第2の発明によれば、サービスプラグを用いることなく、容易に高電圧回路を遮断してメンテナンス等の作業を行うことが可能である。
本発明によれば、メンテナンス等の作業前における高電圧回路の遮断作業を簡便化し、作業効率を上げることが可能な電源分配ボックス等を提供することができる。
配策構造1を示す図。 (a)は電源分配ボックス59を示す図、(b)はロータリースイッチ3を取り外した状態を示す図。 スイッチハウジング5の平面図。 (a)は、図3のC-C線断面図、(b)は、図3のD-D線断面図。 (a)は、ロータリースイッチ3の斜視図、(b)は、ロータリースイッチ3の周方向溝13における断面図。 (a)は、図5(b)のA-A線断面図、(b)は、図5(b)のB-B線断面図。 (a)、(b)はロータリースイッチ3をスイッチハウジング5へ挿入する方法を示す図。 図7(b)に対して垂直な方向の断面図。 ロータリースイッチ3を固定した状態を示す図で、(a)と(b)は互いに垂直な方向の断面図。 (a)、(b)は、固定機構15によって周方向溝13に凸部23が固定される工程を示す図。 従来の配策構造100を示す図。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図1は、電気自動車等における電源分配ボックス59を有する配策構造1を示す概略図である。なお、図1においては、各種の制御回路や装置等の図示を省略する。
配策構造1においては、例えば、バッテリ55に高電圧回路65を介して、インバータ53及びモータ51等が接続される。また、前述したように、高電圧回路65とは別に、断線検知回路61が配置され、各種制御を行うECU57と電源分配ボックス59等がインバータ53及びモータ51と接続される。断線検知回路61は、高電圧回路65を遮断することが可能である。
前述したように、電源分配ボックス59は、例えばリレーボックスやヒューズボックス等であって、各装置へリレーやヒューズを介して接続されるものであり、通常は制御回路(図示せず)等によって各装置と接続される。すなわち、通常、電源分配ボックス59は、断線検知回路61とは異なる配置となるが、本実施形態では、電源分配ボックス59は、断線検知回路61上に配置される。
電源分配ボックス59には遮断部67が設けられる。遮断部67は、断線検知回路61上に配置され、断線検知回路61を遮断することが可能である。すなわち、遮断部67によって、断線検知回路61が遮断されることで、高電圧回路65を遮断することが可能である。なお、本実施形態では、バッテリ55へのサービスプラグの設置は必ずしも必須ではない。このため、バッテリ55内における、サービスプラグと高電圧回路や断線検知回路の一部とをつなぐための回路を削減することができるため、電線又はバスバーの使用量を削減することができる。
図2(a)は、電源分配ボックス59を示す平面図であり、図2(b)は、ロータリースイッチ3を取り外した状態を示す図である。なお、電源分配ボックス59の内部構造(各部の配置等)は、図示した例には限られない。また、電源分配ボックス59は、通常カバー(図示せず)によって覆われる。
前述したように、電源分配ボックス59は断線検知回路61と接続され、断線検知回路61上に遮断部67が配置される。遮断部67は、スイッチハウジング5と、スイッチハウジング5の内部に配置された端子25同士の導通の開閉操作を行うロータリースイッチ3等から構成される。すなわち、遮断部67は、端子25間の導通状態を遮断することが可能である。スイッチハウジング5は、電源分配ボックス59を構成する筐体の一部に形成される。詳細は後述するが、ロータリースイッチ3の操作によって、断線検知回路61を開くことで、高電圧回路65を遮断することが可能である。
図3は、スイッチハウジング5の平面図であり、図4(a)は、図3のC-C線断面図、図4(b)は、図3のD-D線断面図である。スイッチハウジング5の上部近傍の内面には、互いに対向する方向に向けて凸部23が形成される。すなわち、図4(a)に示すように、凸部23の部位では、内径が他の部位と比較して小さくなる。なお、凸部23の形状は、図4(b)に示すような略矩形でなくてもよく、円形や他の多角形等であってもよい。
また、スイッチハウジング5の下方には、互いに対向する端子25が配置される。端子25は、例えばリレーボックスにおけるリレー端子を使用することができる。端子25は、前述した断線検知回路61上に配置されており、端子25同士が導通すると、断線検知回路61は閉回路となり、端子25同士が導通していない状態となると開回路となる。すなわち、端子25は、断線検知回路61の一部を構成する。
次に、スイッチハウジング5に取り付けられるロータリースイッチ3について詳細に説明する。図5(a)は、ロータリースイッチ3の斜視図である。ロータリースイッチ3は、本体部7と、本体部7に取り付けられた導通部17等から構成される。本体部7は、例えばPBT、PP、PE、PP+PPEなどの樹脂で構成される。
本体部7の上面には、つまみ9が設けられる。つまみ9によって、ロータリースイッチ3の回転操作を容易に行うことができる。なお、つまみ9は必須ではなく、必要に応じて、回転操作が容易なように、本体部7の外周面に凹凸を形成してもよく、しぼ加工等の表面処理を行ってもよい。また、本体部7の上面に、状態(回転位置)を把握することができるように、シールを張り付けてもよく、エンボス加工やレーザ等による印字処理を行ってもよい。
本体部7の外周には、前述したスイッチハウジング5に形成された凸部23が嵌まることが可能な周方向溝13形成される。周方向溝13は、本体部7の上部近傍において、周方向の所定の範囲に形成される。また、本体部7の外周部には、周方向溝13と連続し、周方向溝13と略直交する軸方向溝11が形成される。軸方向溝11は、上端が周方向溝13と連続し、下端が本体部7の下端に達するように設けられる。
図5(b)は、ロータリースイッチ3の周方向溝13における水平方向の断面図である。軸方向溝11は、互いに対向する位置に一対形成される。また、周方向溝13は、それぞれの軸方向溝11から、同一の回転方向に向けて所定の範囲に形成される。軸方向溝11及び周方向溝13は、溝以外の部位に対して外径が小さくなる。
それぞれの周方向溝13の先端部は、軸方向溝11の対向方向に対して略直交する方向に互いに対向するように形成される。詳細は後述するが、スイッチハウジング5に形成された凸部23が周方向溝13に嵌まった状態では、周方向溝13の形成範囲内において、本体部7をスイッチハウジング5に対して回転させることが可能である。
なお、周方向溝13の先端部近傍には、固定機構15が形成される。固定機構15は、凸部23を固定する部位であり、周方向溝13の上下の互いに対向する位置に形成された小突起である。ロータリースイッチ3とスイッチハウジング5との取付け構造と固定機構15については、詳細を後述する。
図6(a)は、図5(b)のA-A線断面図、図6(b)は、図5(b)のB-B線断面図である。導通部17は、ばね性のある金属部材が屈曲されて形成され、中央の固定部17aと、両端部側の端子接触部17bとを有する。より詳細には、固定部17aは、略逆V字状に形成されて本体部7の内部に配置され、端子接触部17bは、固定部17aの両端部から外側に向けて一部が突出するように折り返されて形成される。
なお、導通部17は、例えば、ステンレス系、鉄系、銅系等の材質が適用可能である。また、導通部17の加工は、鍛造、鋳造、プレス加工、板金加工など、いずれの製法であってもよい。また、導通部17の表面処理は必ずしも必要ではないが、素材に対してメッキ処理を施してもよく、メッキ種類としてはスズ、銀、金、ニッケル等種類は問わない。
固定部17aの外面には係止爪19が形成される。固定部17aは、本体部7の下方から挿入されて、係止爪19は、本体部7の内部に形成された係止部21に係止されて、導通部17が本体部7に固定される。なお、導通部17と本体部7の固定方法は他の方法であってもよい。
一対の端子接触部17bは、固定部17aを介して連続しているため、端子接触部17b同士は導通する。また、端子接触部17bは、弾性変形可能であるため、後述する端子との接触の際には、端子接触部17bの弾性変形によって、より確実に端子接触部17bが端子に対して押し付けられて導通することができる。
次に、スイッチハウジング5へのロータリースイッチ3の取り付け方法について説明する。図7(a)は、ロータリースイッチ3をスイッチハウジング5へ取り付ける工程を示す図である。前述したように、スイッチハウジング5の上方の内面には、互いに対向する一対の凸部23が形成される。また、ロータリースイッチ3の外周面には、一対の軸方向溝11が形成される。
まず、本体部7の軸方向溝11とスイッチハウジング5の凸部23の位置を合わせてロータリースイッチ3をスイッチハウジング5へ挿入する。ここで、軸方向溝11及び周方向溝13における外径は、一対の凸部23の内径(距離)よりも大きく、軸方向溝11及び周方向溝13以外の部位における外径は、凸部23の内径(距離)よりも大きい。このため、図7(b)に示すように、軸方向溝11の上端(周方向溝13の端部)まで凸部23が挿入されると、ロータリースイッチ3は、それ以上スイッチハウジング5へは挿入されずに、挿入方向の位置決めがなされる。
図8は、図7(b)に対して、垂直な方向(端子25同士の対向方向)の断面図である。この状態では、端子25の対向方向と、端子接触部17b同士の対向方向とが互いに直交する方向となり、端子接触部17bと端子25とは接触しない。このため、端子25同士は導通せず、断線検知回路61は開いた状態(導通していない状態)となる。すなわち、断線検知回路61が開いているため、高電圧回路65は遮断された状態となる。
図9(a)、図9(b)は、この状態からロータリースイッチ3をスイッチハウジング5に対して回転させた状態を示す図であり、それぞれ図7(b)、図8に対応する図である。ロータリースイッチ3を回転させると、凸部23が周方向溝13に沿って相対的に移動する。
ロータリースイッチ3の回転に伴い、導通部17がスイッチハウジング5内で回転する。このため、端子25の対向方向と、端子接触部17b同士の対向方向とが一致する。この際、対向する端子接触部17b同士の最大外径(外面の最大距離)は、端子25同士の内面間距離よりも大きい。このため、それぞれの端子接触部17bは、弾性変形して端子25と接触する。すなわち、端子25同士が導通部17を介して導通し、断線検知回路61は閉じた状態(導通した状態)となる。したがって、断線検知回路61が閉じているため、高電圧回路65は、電源供給可能な状態となる。
ここで、ロータリースイッチ3を回して、導通部17を介して端子25間が導通し、断線検知回路61を閉じた状態を第1状態とする。また、第1状態から、ロータリースイッチ3を逆に回して、導通部17が端子25から離間して断線検知回路61を開いた状態を第2状態とする。すなわち、ロータリースイッチ3を回転させることで、第1状態と第2状態とを切り替えることができる。
図10は、第2状態から第1状態へとロータリースイッチ3を回転させる際の周方向溝13の先端近傍の拡大図である。図10(a)に示すように、凸部23(スイッチハウジング5)を基準としてロータリースイッチ3を矢印方向に相対的に回転させると、凸部23が、周方向溝13に沿って相対的に移動する。
ここで、前述したように、周方向溝13の先端部近傍には、固定機構15が形成される。固定機構15は、周方向溝13の先端から、凸部23に対応する距離離間した位置において、上下に形成される突起である。すなわち、固定機構15の部位では、周方向溝13の溝幅が狭くなる。
凸部23の最大径(最大高さ)は、固定機構15における突起間距離よりもわずかに大きい。このため、ロータリースイッチ3を回転させ、凸部23が固定機構15の位置まで移動すると、突起がわずかに弾性変形によりつぶれて、凸部23が突起間を移動する。
図10(b)は、凸部23が固定機構15を超えて移動した状態(すなわち第1状態)を示す図である。凸部23が固定機構15を超えると、突起の弾性変形が復元して凸部23の最大径(最大高さ)よりも、突起間距離が狭くなる。この結果、凸部23がこの位置から移動することが規制される。すなわち、周方向溝13に形成された固定機構15によって、周方向溝13に凸部23の位置が固定され、ロータリースイッチ3が、スイッチハウジング5に対して固定される。
なお、第1状態から、ロータリースイッチ3を逆方向に回転させると、凸部23が固定機構15を超えて相対的に移動し、第2状態へ切り替えることができる。なお、第2状態では、凸部23が軸方向溝11の位置にあるため、ロータリースイッチ3をスイッチハウジング5から抜き取ることができる。このように、第1状態では、凸部23が軸方向溝11とは異なる部位に位置し、本体部7がスイッチハウジング5に固定され、第2状態では、凸部23が、軸方向溝11の部位に位置し、本体部7をスイッチハウジング5から抜きとることが可能である。
なお、本実施形態では、断線検知回路61を遮断した第2状態において、ロータリースイッチ3をスイッチハウジング5から抜き取ることができるようにしたが、あえて、第2状態でロータリースイッチ3がスイッチハウジング5から抜けないようにしてもよい。また、電源分配ボックス59に、断線検知回路61の導通状態や、高電圧回路65の遮断状態を視認可能な表示部(ランプ等)を配置してもよい。
以上説明したように、本実施の形態によれば、高電圧回路65を遮断させるための断線検知回路61上に電源分配ボックス59を配置し、電源分配ボックス59に断線検知回路61を遮断するための遮断部67を配置することで、従来のように、高電圧回路65の遮断に際して、バッテリ55にアクセスする必要がない。また、電源分配ボックス59は、車種によらずエンジンルームに配置されているため、場所を確認する必要や、特殊な工具も不要である。また、ロータリースイッチ3は、極めて簡易な構造であり、スイッチハウジング5に対して容易に挿抜可能である。このため、メンテナンス作業が容易である。
また、遮断部67は、高電圧回路65にかかる電圧よりも、小さな電圧が負荷される断線検知回路61の端子25間に配置されるため、ロータリースイッチ3の操作の際に、高電圧回路65からサービスプラグを抜き取る際に生じるアーク等の発生を抑制することができる。
また、通常のサービスプラグは、バッテリ55において、高電圧回路や断線検知回路と導通する回路上に配置されるが、本実施形態では、バッテリ55におけるサービスプラグへの回路が不要となるため、使用する電線又はバスバーの量を削減することができる。
また、断線検知回路61が導通状態である第1状態においては、ロータリースイッチ3の回転を規制する固定機構を形成することで、振動等によってロータリースイッチ3が意図せずに回転することが抑制され、第1状態を維持することができる。
以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
1………配策構造
3………ロータリースイッチ
5………スイッチハウジング
7………本体部
9………つまみ
11………軸方向溝
13………周方向溝
15………固定機構
17………導通部
17a………固定部
17b………端子接触部
19………係止爪
21………係止部
23………凸部
25………端子
51………モータ
53………インバータ
55………バッテリ
57………ECU
59………電源分配ボックス
61………断線検知回路
65………高電圧回路
67………遮断部
100………配策構造
101………モータ
103………インバータ
105………バッテリ
107………ECU
109………電源分配ボックス
111………サービスプラグ
113………断線検知回路
115………高電圧回路

Claims (6)

  1. 高電圧回路を遮断することが可能な断線検知回路を有する自動車用の電源分配ボックスであって、
    電源分配ボックスは、前記断線検知回路に配置された遮断部を有し、
    前記遮断部は、スイッチハウジングと、前記スイッチハウジングの内部に配置された端子同士の導通の開閉操作を行うロータリースイッチとを有し、
    前記ロータリースイッチの操作によって、前記断線検知回路を開くことで、前記高電圧回路を遮断することが可能であることを特徴とする電源分配ボックス。
  2. 前記スイッチハウジングの内面には、対向する方向に形成される凸部を有し、
    前記ロータリースイッチは、本体部と、前記本体部に取り付けられた導通部を有し、
    前記本体部の外周には、前記凸部が嵌まることが可能な周方向溝が周方向の所定の範囲に形成され、前記凸部が前記周方向溝に嵌まった状態で、前記本体部を前記スイッチハウジングに対して回転させることが可能であることを特徴とする請求項1記載の電源分配ボックス。
  3. 前記ロータリースイッチを回した第1の状態では、前記導通部によって、前記端子間が導通して前記断線検知回路を閉じることができ、前記ロータリースイッチを逆に回した第2の状態では、前記導通部が前記端子から離間して前記断線検知回路を開くことができ、
    前記本体部の外周部には、前記周方向溝と連続し、前記周方向溝と略直交する軸方向溝が形成され、前記第1の状態では、前記凸部が、前記軸方向溝とは異なる部位に位置し、前記本体部が前記スイッチハウジングに固定され、前記第2の状態では、前記凸部が、前記軸方向溝の部位に位置し、前記本体部を前記スイッチハウジングから抜くことが可能であることを特徴とする請求項2記載の電源分配ボックス。
  4. 前記周方向溝には、前記第1の状態において、前記凸部の位置を固定する固定機構が形成されることを特徴とする請求項3記載の電源分配ボックス。
  5. 前記導通部は、ばね性のある金属部材が屈曲されて形成され、中央の固定部と、両端部側の端子接触部とを有し、
    前記固定部の外面には係止爪が形成され、前記係止爪が、前記本体部の内部の係止部に係止されて固定されることを特徴とする請求項2記載の電源分配ボックス。
  6. 請求項1から請求項5のいずれかに記載の電源分配ボックスを有する自動車の配策構造であって、
    高電圧回路と、断線時に前記高電圧回路を遮断する断線検知回路と、を有し、
    前記電源分配ボックスは、前記断線検知回路の一部を構成する端子と、前記端子間の導通状態を遮断することが可能な遮断部とを有し、
    前記ロータリースイッチの操作によって、前記断線検知回路を開くことで、前記高電圧回路を遮断することが可能であることを特徴とする自動車の配策構造。
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