JP6370756B2

JP6370756B2 - 電池配索用電線及びワイヤーハーネス

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Publication number: JP6370756B2
Application number: JP2015187728A
Authority: JP
Inventors: 雄紀土佐谷; 宏樹近藤; 奈美子安田
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2015-09-25
Filing date: 2015-09-25
Publication date: 2018-08-08
Anticipated expiration: 2035-09-25
Also published as: US9929395B2; US20170092927A1; DE102016218442A1; JP2017062951A

Description

本発明は、電池配索用電線及びワイヤーハーネスに関する。

従来、ＨＥＶ車等には複数の単位セルを直列に接続してなるバッテリが搭載されることが知られている。このようなバッテリとしては、例えばニッケル水素電池が使用されることが知られている。ニッケル水素電池内には電解液が封入されており、充放電のときに内部でいくらかのガスが発生する。発生したガスは、通常の充放電時には外部に排出されることが殆どない。しかし、過放電状態での強制放電時、継続した過充電時、更には急激な温度上昇となる大電流放電時やショート時には、ガスが異常発生して電池内部で吸収しきれなくなる。このような場合において電池内部が異常圧力となり破裂してしまうことを防止すべく電池には安全弁（ガス排出弁）が設けられる。

しかし、上記のような安全弁が動作した場合、ガスの放出と同時に内部の電解液が漏れ出ることがあった。また、安全弁動作時以外にもバッテリ温度上昇によるクリープ変形などの種々の理由から電解液が液漏れすることがある。そして、電解液が液漏れすると、電池と機器（例えば電子基盤）とを接続する電線に対して電解液が毛細管現象により伝ってしまい、機器を破壊（ショート）させてしまう可能性があった。

この対策として、電線に取り付けられる端子の圧着面側（圧着バレルが延びる側）がバッテリの電極と反対側に向くようにしたり、吸水性ポリマーシート等のシール材を電線内部に設けて電解液を吸収及び吸着するようにしたりすることが提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１０−２５７６８６号公報

しかし、特許文献１に記載の対策では、端子の向きが限定されたり、シール材による加工工数の増加を招いたりすることとなっていた。

本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、電解液による機器の破壊を防止するにあたり、端子の向きが限定されず、加工工数の増加を抑えることが可能な電池配索用電線及びワイヤーハーネスを提供することにある。

本発明の電池配索用電線は、アルカリ性の電解液を有する電池と機器との間に配索される電池配索用電線であって、単線にて構成される導体部と、前記導体部を被覆すると共にポリ塩化ビニルからなる被覆部と、を備え、一方の端面を１０ｍｍ前記アルカリ性の電解液に浸漬させ、全体を略半円となるように配置して、７２時間経過したときに前記導体部及び前記被覆部間において液体の進行長さが２００ｍｍ以下となることを特徴とする。

本発明の電池配索用電線によれば、導体部が単線であるため、撚線の場合と比較して毛細管現象により電解液が吸い上げられ難くなる。また、被覆部がポリ塩化ビニルであるため、アルカリ性の電解液が化学反応により水に変化することとなり、毛細管現象による吸い上げを抑えることとなる。以上により、機器にまで液体が及んでしまう可能性を低減できることとなる。しかも、電線に取り付ける端子の向きを所定方向としたり電線端末に半田等の止水処理を行ったりする必要もない。従って、電解液による機器の破壊を防止するにあたり、端子の向きが限定されず、加工工数の増加を抑えることができる。さらに、一方の端面を１０ｍｍアルカリ性の電解液に浸漬させ、全体を略半円となるように配置して、７２時間経過したときに導体部及び被覆部間において液体の進行長さが２００ｍｍ以下となるため、２００ｍｍを超える電線にて、電池と機器とを接続すれば電解液の液漏れ時においても液体が機器まで到達する可能性を減じることができる。

また、電池配索用電線において、前記ポリ塩化ビニルの重合度は１０００以上であることが好ましい。

この電池配索用電線によれば、ポリ塩化ビニルの重合度は１０００以上であるため、機器にまで液体が及んでしまう可能性をより低減でき、機器を破壊させてしまう可能性を一層低減することができる。

また、本発明のワイヤーハーネスは、上記のいずれかに記載の電池配索用電線を含むことを特徴とする。

このワイヤーハーネスによれば、機器を破壊させてしまう可能性を低減すると共に、加工工数の増加を抑えることが可能なワイヤーハーネスを提供することができる。

本発明によれば、機器を破壊させてしまう可能性を低減すると共に、加工工数の増加を抑えることが可能な電池配索用電線及びこれを用いたワイヤーハーネスを提供することができる。

本実施形態に係る電池配索用電線を含むワイヤーハーネスである。図１に示した電池配索用電線を示す断面図である。電解液の吸い上げの様子を示す概念図であり、（ａ）は本実施形態に係る例を示し、（ｂ）は導体部が撚線であるときの例を示している。毛細管現象での液体吸い上げによる液面高さを示す図である。各種電線サンプルに対する液面上昇を測定するときの電線サンプルの様子を示す図である。各種電線サンプルに対する液面上昇の測定結果を示す第１の表である。各種電線サンプルに対する液面上昇の測定結果を示す第２の表である。各種電線サンプルに対する液面上昇の測定結果を示す第３の表である。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明は以下に示すものに限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能なものである。

図１は、本実施形態に係る電池配索用電線を含むワイヤーハーネスである。図１に示すように、ワイヤーハーネスＷＨは、少なくとも１本の電池配索用電線１と、他の構成部品（同種又は他種の電線、端子、コネクタ、テープ、コルゲートチューブの少なくとも１つ）とから構成されるものであって、本実施形態では複数本（２本）の電池配索用電線１を備えて構成されている。複数本の電池配索用電線１は、これらが一括してテープ巻きされている。

このようなワイヤーハーネスＷＨは、例えば電池配索用電線１の少なくとも一方の端部にＬＡ端子Ｔを備え、ＬＡ端子Ｔがバッテリ（電池）側に接続され、電線１の端末位置がバッテリから所定距離以内に位置している。例えばＬＡ端子Ｔは、バッテリポストやバッテリポストに取り付けられたバスバ等に接続される。接続対象となるバッテリは、アルカリ性の電解液を有するものであり、水酸化物イオンをイオン伝導体とし、アルカリ電解液を電極間のセパレータに含侵させてなるセルを複数個接続した例えば高電圧のバッテリである。なお、図示を省略するが、他端側は、各種機器（電子基盤等）に接続され、一端側と同様にＬＡ端子Ｔが接続されていてもよいし、コネクタ等の他の部品が接続されていてもよい。

このようなワイヤーハーネスＷＨでは、電池配策用電線１の端末がバッテリから所定距離以内に位置している関係上、バッテリの安全弁が動作して電解液が液漏れすると電解液が電線１の端末にかかる可能性があり、この場合には毛細管現象によって電池配索用電線１を通じて反対側の端末側の機器まで至り機器を破壊させてしまう可能性があった。また、安全弁動作時以外にもバッテリ温度上昇によるクリープ変形などの種々の理由から電解液が液漏れすることがある。この対策として、電線に取り付けられる端子の圧着面側（圧着バレルが延びる側）がバッテリの電極と反対側に向くようにしたり、吸水性ポリマーシート等のシール材を電線内部に設けて電解液を吸収及び吸着するようにしたりしていた。しかし、この場合には、端子の向きが限定されたり、シール材による加工工数の増加を招いたりすることとなっていた。

そこで、本実施形態において電池配索用電線１は以下の構成が採用されている。

図２は、図１に示した電池配索用電線１を示す断面図である。図２に示すように電池配索用電線１は、導体部１０と、導体部１０を被覆する被覆部２０とを備えている。なお、電池配索用電線１は、これら構成１０，２０の外周側に他の構成を備えていてもよい。

導体部１０は、バッテリからの電力を機器に供給するための導電性の金属部材であり、本実施形態では純銅や銅合金などの銅材によって構成されている。さらに、本実施形態において導体部１０は、単線にて構成されている。すなわち、本実施形態に係る導体部１０は撚線にて構成されるものではない。被覆部２０は、導体部１０を覆う絶縁体であって、本実施形態ではポリ塩化ビニル（ＰＶＣ（Polyvinyl Chloride））によって構成されている。

図３は、電解液の吸い上げの様子を示す概念図であり、（ａ）は本実施形態に係る例を示し、（ｂ）は導体部が撚線であるときの例を示している。図３（ａ）に示すように、本実施形態に係る電池配索用電線１では、毛細管現象による電解液の吸い上げ箇所は導体部１０と被覆部２０との間のみとなり、電解液が吸い上げられ難くなっている。これに対して、図３（ｂ）に示すように、導体部１１０が撚線にて構成される場合には、導体部１１０及び被覆部１２０間のみならず、撚線を構成する素線１１１間においても毛細管現象が発生してしまうため、電解液が吸い上げられ易くなってしまう。そこで、本実施形態に係る電池配索用電線１は、導体部１０を単線としている。

図４は、毛細管現象での液体吸い上げによる液面高さを示す図である。図４に示すように、毛細管現象により上昇する液面の高さｈは、ｈ＝２Ｔｃｏｓθ／ρｇｒなる式で求めることができる。ここで、Ｔは、表面張力（Ｎ／ｍ）であり、θは、管内壁に対する液体固有の接触角であり、ρは液体密度（ｋｇ／ｍ^３）である。また、ｇは、重力加速度（ｍ／ｓ^２）であり、ｒは管の内半径（ｍ）である。上記式からも明らかなように、液面の高さｈは、液体固有の密度ρと接触角θとによって大きく変化する。

ここで、アルカリ電解液が水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液であるとすると、被覆部２０であるＰＶＣとは、以下の化学反応が起こる。

これにより、アルカリ電解液が水に変化する。水は、アルカリ溶液である水酸化カリウム溶液に比べて密度が小さく且つ接触角が大きくなるため、液面の高さｈが小さくなる。よって、電解液の液漏れが発生した場合であっても、液体が電池配索用電線１を通じて機器に到達してしまう可能性を低減することとなる。

なお、本実施形態に係る電池配索用電線１は、導体部１０が銅材であるため、以下の化学反応も起こる。

このように、導体部１０によってもアルカリ電解液が水に変化する。この場合において銅材は酸化して変色することとなる。

次に、本実施形態に係る電池配索用電線１の実施例及び比較例に対する実験結果を説明する。図５は、各種電線サンプルに対する液面上昇を測定するときの電線サンプルの様子を示す図である。図５に示すように、２つの容器Ｃ１，Ｃ２を用意し、一方の容器Ｃ１に水酸化カリウム溶液を２０ｍｌ入れ、他方の容器Ｃ２を空とした。そして、実施例に係る電池配索用電線（以下実施例に係る電池配索用電線を単に電線という）及び比較例に係る電線のうち、一端を第１容器Ｃ１の水酸化カリウム溶液に浸漬させ、他端を第２容器Ｃ２に位置させ、電線全体が略半円となるように配置する。その後、この状態で７２時間放置したときに、どの程度初期液面位置に対して液体が電線他端側に液体が進行したかを測定した。なお、電線長は、３０＋１ｃｍであり、電線は一端側が１０ｍｍ分だけ水酸化カリウム溶液に浸漬され、電線のうち初期液面位置よりも他端側の長さを３０ｃｍとした。また、容器Ｃ１は、底面積を１５．２ｃｍ^２とする円筒形容器である。

図６は、各種電線サンプルに対する液面上昇の測定結果を示す第１の表である。

実施例１に係る電線は、導体部が例えば純銅で構成されており、導体部断面積０．３ｓｑを単線にて実現した。また、被覆部に用いる絶縁体をＰＶＣにて構成した。比較例１に係る電線は、導体部が例えば純銅で構成されており、導体部断面積０．３ｓｑを７本撚りにて実現した。また、被覆部に用いる絶縁体をＰＶＣにて構成した。比較例２に係る電線は、導体部が例えば純銅で構成されており、導体部断面積０．３ｓｑを１９本撚りにて実現した。また、被覆部に用いる絶縁体をＰＶＣにて構成した。

実施例１に係る電線では、初期液面位置に対して、液体が３ｍｍだけ電線他端側に進行した。これに対して、比較例１，２に係る電線では、初期液面位置に対して、液体が３００ｍｍ電線他端側に進行した。よって、複数本の素線を撚った導体部よりも単線にて構成した導体部の方が、液体が電線内を進行し難いことがわかった。

図７は、各種電線サンプルに対する液面上昇の測定結果を示す第２の表である。

実施例１に係る電線は上記と同じである。比較例３に係る電線は、導体部が例えば純銅で構成されており、導体部断面積０．３ｓｑを単線にて実現した。また、被覆部に用いる絶縁体をＰＥ（polyethylene）にて構成した。比較例４に係る電線は、導体部が例えば純銅で構成されており、導体部断面積０．３ｓｑを単線にて実現した。また、被覆部に用いる絶縁体をＰＰ（polypropylene）にて構成した。

実施例１に係る電線では、初期液面位置に対して、液体が３ｍｍだけ電線他端側に進行した。これに対して、比較例３，４に係る電線では、初期液面位置に対して、液体が３００ｍｍ電線他端側に進行した。よって、被覆部に用いる絶縁体をＰＶＣとすれば、液体が電線内を進行し難いことがわかった。

図８は、各種電線サンプルに対する液面上昇の測定結果を示す第３の表である。

実施例２〜４に係る電線は、導体部が例えば純銅で構成されており、導体部断面積０．３ｓｑを単線にて実現した。また、被覆部に用いる絶縁体をＰＶＣにて構成した。さらに、実施例２に係る電線において、絶縁体であるＰＶＣの重合度を２０００とし、実施例３に係る電線において、絶縁体であるＰＶＣの重合度を１０００とし、実施例４に係る電線において、絶縁体であるＰＶＣの重合度を５００とした。

実施例２，３に係る電線では、初期液面位置に対して、液体が３ｍｍだけ電線他端側に進行した。また、実施例４に係る電線では、初期液面位置に対して、液体が２００ｍｍ電線他端側に進行した。よって、絶縁体であるＰＶＣの重合度が５００以上とすれば、導体部と被覆部との間における液体の進行長さを２００ｍｍ以下とできることがわかった。さらに、絶縁体であるＰＶＣの重合度が１０００以上であれば、液体が電線内をより一層進行し難いことがわかった。

なお、上記の進行長さについては、導体部１０と被覆部２０との密着度や、導体部１０の径などの他の要因によっても変化し得るものである。

このようにして、本実施形態に係る電池配索用電線１及びワイヤーハーネスＷＨによれば、導体部１０が単線であるため、撚線の場合と比較して毛細管現象により電解液が吸い上げられ難くなる。また、被覆部２０がポリ塩化ビニルであるため、アルカリ性の電解液が化学反応により水に変化することとなり、毛細管現象による吸い上げを抑えることとなる。以上により、機器にまで液体が及んでしまう可能性を低減できることとなる。しかも、電線に取り付ける端子の向きを所定方向としたり電線端末に半田等の止水処理を行ったりする必要もない。従って、電解液による機器の破壊を防止するにあたり、端子の向きが限定されず、加工工数の増加を抑えることができる。

また、一方の端面を１０ｍｍアルカリ性の電解液に浸漬させ、全体を略半円となるように配置して、７２時間経過したときに導体部１０及び被覆部２０間において液体の進行長さが２００ｍｍ以下とできるため、２００ｍｍを超える電線１にて、電池と機器とを接続すれば電解液の液漏れ時においても液体が機器まで到達する可能性を減じることができる。

また、ポリ塩化ビニルの重合度を１０００以上とすれば、機器にまで液体が及んでしまう可能性をより低減でき、機器を破壊させてしまう可能性を一層低減することができる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。

例えば、本実施形態に係る電池配索用電線１は、導体部１０が銅材であることが好ましいが、特にこれに限らず、アルミニウム又はアルミニウム合金など、他の導体部であってもよい。

また、本実施形態に係る電池配索用電線１は、バッテリに直接接続されるものに限らず、バッテリに取り付けられる他の部材を介してバッテリ側に接続されるものであってもよい。

１：電池配索用電線
１０：導体部
２０：被覆部
Ｔ：ＬＡ端子
ＷＨ：ワイヤーハーネス

Claims

アルカリ性の電解液を有する電池と機器との間に配索される電池配索用電線であって、
単線にて構成される導体部と、
前記導体部を被覆すると共にポリ塩化ビニルからなる被覆部と、を備え、
一方の端面を１０ｍｍだけ前記アルカリ性の電解液に浸漬させ、全体を略半円となるように配置して、７２時間経過したときに前記導体部及び前記被覆部間において液体の進行長さが２００ｍｍ以下となる
ことを特徴とする電池配索用電線。
前記ポリ塩化ビニルの重合度は１０００以上である
ことを特徴とする請求項１に記載の電池配索用電線。
請求項１又は請求項２のいずれかに記載の電池配索用電線を含む
ことを特徴とするワイヤーハーネス。