CN112447464A - 一种分步断开的双断口激励熔断器 - Google Patents

Abstract

一种分步断开的双断口激励熔断器，包括壳体、激励装置、动力装置及导电板，在壳体上开设有相邻的第一型腔和第二型腔，第一型腔和第二型腔部分连通；导电板穿过壳体、第一型腔、第二型腔；在第一型腔依次设置有激励装置和动力装置；在第二型腔中设置有滑块，滑块一端穿过与第一型腔连通处伸入所述第一型腔中；当动力装置在激励装置驱动下断开位于第一型腔中的导电板后，可挤压滑块伸入第一型腔中的一端，驱动滑块断开位于第二型腔中的导电板。本发明的激励熔断器，分断电流范围宽，灭弧能力高且分断后绝缘性能优良。

Description

一种分步断开的双断口激励熔断器

技术领域

本发明涉及电力控制和电动汽车领域，尤其是指通过外部信号控制切断电流传输电路的激励熔断器。

背景技术

电路过电流保护的产品是基于流过熔断器电流产生的热量熔断的熔断器，存在主要的问题是热熔熔断器和负载匹配关系。例如在新能源车主回路保护情况，如果负载出现低倍数过载或短路的情况，选用低电流规格的熔断器不能满足电流短时间过冲的情况，如果选用高电流规格的熔断器不能满足快速保护的要求。在目前新能源车辆提供能量的锂电池包，在短路情况下输出电流大约是额定电流的几倍，熔断器保护时间不能满足要求，导致电池包发热起火燃烧。由于耐受电流发热和分断电流发热熔化，都源于流过熔断器的电流，此种采用电流的发热熔断的保护器件无法在具有较大额定电流或耐受较强的短时过载/冲击电流(例如电动汽车启动或爬坡时的短时大电流)的条件下，达到一定幅值故障电流足够快的分断速度，或者在一定幅值故障电流足够快的保护速度条件下，实现较高额定电流，或耐受较大的过载/冲击电流而不损伤。

另外一个热熔熔断器存在的问题是不能和外部设备通讯，不能由除电流之外的其它信号触发，例如车辆ECU、BMS或者其它传感器等。如果车辆出现严重碰撞、泡水或者暴晒后电池温度过高等情况不能及时切断电路，则有可能导致电池包燃烧最终损毁车辆的严重事件发生。

目前，市场上已经存在一种快速分断的切断开口结构，其主要包括电子点火装置、导电板和导电板掉落后的容置腔，电子点火装置产生高压气体带动动力装置冲断导电板，断裂后导电板向下掉落至容置腔中，实现电路快速断开的目的。但是，其还存在有一些不足和缺陷,导致灭弧能力有限：由于为单断口，灭弧能力较低，难以分断大的故障电流。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种双断口的激励熔断器，通过增加断口，提高灭弧能力，提高分断能力，通过断口的分步动作，提高分断后的绝缘电阻。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案一种分步断开的双断口激励熔断器，包括壳体、激励装置、动力装置及导电板，其特征在于在所述壳体上开设有相邻的第一型腔和第二型腔，所述第一型腔和第二型腔部分连通；所述导电板穿过所述壳体、所述第一型腔、所述第二型腔；在所述第一型腔依次设置有所述激励装置和动力装置；在所述第二型腔中设置有滑块，所述滑块一端穿过与所述第一型腔连通处伸入所述第一型腔中；当所述动力装置在所述激励装置驱动下断开位于第一型腔中的导电板后，可挤压所述滑块伸入所述第一型腔中的一端，驱动所述滑块断开位于第二型腔中的导电板。所述导电板与所述壳体间、所述动力装置与所述第一型腔间为密封接触。

在受到所述动力装置及所述滑块冲击的导电板处为断开薄弱处。

所述动力装置和所述滑块在冲击导电板断开薄弱处的对应处均设置有尖状结构。

所述滑块弧形滑块，所述第二型腔具有供所述弧形滑块贴合滑动的弧形面。

在所述第一型腔和所述第二型腔中，分别开设有与所述断开薄弱处相对应的折弯薄弱处。

在以上结构基础上，为了提高灭弧能力，还可以在所述导电板上至少并联一根熔体。所述熔体的两端分别位于所述第一型腔中导电板上的断开薄弱处的两侧。或所述熔体的两端分别位于所述第一型腔和第二型腔中的所述导电板断开薄弱处的两侧。

在所述壳体上开设有填充有灭弧介质的灭弧腔室；所述熔体的狭径部分穿设在所述灭弧介质中。

所述导电板与所述壳体间、所述动力装置与所述第一型腔间为密封接触。

本发明的熔断器，可以在配电单元、或储能设备、或新能源汽车中应用，用于电路保护。

本发明的激励熔断器，和传统的激励熔断器相比较，具有的优点在于：

1、双断口设计，加在每一断口上的电压减少只有单断口的1/2，降低了弧隙的恢复电压可以分断更高电压等级的电弧，提高了分断电压。

2.两个断口延迟断开及熔体熔断，可使后打开的断口故障电流较低且温度较低，故而更容易切断电弧，断后绝缘性能优良；同时拓宽了电流分断范围，提高了灭弧能力和分断能力,且分断后绝缘性能可靠。

3.能通过调整弧形滑块的角度和尺寸来延迟第二个断口断开的时间，给第二个断口创造了更容易灭弧的条件，故而分断能力提高。

4.动力装置与壳体相对密封，防止气体进入灭弧腔室，影响分断，同时防止电弧进入激励装置所在的腔室中损坏驱动回路。

5.壳体密封设计，无透气孔，可防止外物污染断口，可也防止高温电弧喷出壳体损坏周围的器件，提高防护等级。

6.分步旋转断开的双断口激励熔断器产品相比单断口激励熔断器重量不变，体积不变，成本无明显增加。

附图说明

图1，激励熔断器未加并联熔体且未断开前剖视结构示意图。

图2，激励熔断器未加并联熔体且断开后剖视结构示意图。

图3，激励熔断器加并联熔体且未断开前剖视结构示意图。

图4，激励熔断器加并联熔体且未断开前剖视结构示意图。

具体实施方式

针对上述技术方案，现举实施例并结合图示进行具体说明。本发明的激励熔断器，主要包括壳体、导电板、激励装置、动力装置；参看图1至图4，其中。

壳体，可由上下壳体组合而成或左右壳体组合而成，组合接触面处设置有密封装置。在本实施例中，由上壳体102和下壳体106组成。在壳体中开设有贯通壳体上端的第一型腔107，在第一型腔下部一侧开设有第二型腔108，该第一型腔107和第二型腔108的下端连通。在壳体中穿设有导电板104，导电板104穿过型腔107和108及两型腔之间的隔板109，导电板将两型腔分别隔开为两部分。隔板9两侧壁为平面结构，其自由端端面为弧形面结构。在位于导电板上方的第一型腔中自上而下依次设置有激励装置101和动力装置103。激励装置101固定设置于第一型腔顶部，通过在竖直型腔中设置的限位台阶限位，其上部可通过压板或压套(未图示)进行固定。激励装置在本实施例为电子点火装置，其可以接收来自外部发送的故障发生时的激励信号，点火起爆产生高压气体，形成驱动力，驱动动力装置动作。

动力装置103，位于激励装置与导电板之间的第一型腔中，位于型腔中的导电板部分的上方，其冲击端与导电板保留有一定距离，用于保证动力装置的冲击力。动力装置与第一型腔的接触面设置有密封装置，保证激励装置产生的驱动力全部作用与动力装置上，不会旁泄，以免造成驱动力不足，防止气体进入导电板断口处，影响灭弧；同时防止断开时电弧进入动力激励装置所在的腔室部分，对驱动回路造成影响。在本实施例中密封装置为密封圈。在动力装置未受到驱动力驱动时，其位于初始位置处时，在动力装置与型腔接触面处设置有限位机构(未图示)，保证动力装置固定在初始位置处，不会在型腔内位移造成误动作。限位机构可以是在动力装置的外周上间隔设置有小凸块，在相对应的型腔内壁上开设有凹槽，将动力装置的凸块卡进凹槽中实现位置限定。该限位机构在动力装置受到来自激励装置的驱动力时，可在冲击下断开，解除限位作用。在动力装置的下面设置有冲击刀头，冲击刀头为尖状结构，尖状结构可以是一面为直面一面为斜面相交的锐角结构、两面均为斜面相交的锥形尖角结构或其他有利于切断导电板的结构。在本实施例中，动力装置为活塞，其冲击刀头为斜面尖角结构，冲击刀头的斜面尖角结构设置在靠近壳体壁一侧。

在位于动力装置冲击刀头对应的导电板上开设断开薄弱处110，断开薄弱处为在导电板一面或两面开设的贯通导电板宽度的V型槽、U型槽或其他可降低导电板断开处强度的结构。在本实施例中，断开薄弱处设置在对应冲击刀头斜面尖角结构的靠近第一型腔一侧的导电板上；在第一型腔另一侧靠近隔板处的导电板上开设有折弯薄弱处111。

第二型腔108，与隔板相对的一面为弧形面，位于第二型腔处的隔板109的下端面设置为弧形面。弧形滑块105设置在第二型腔中，其两面均为弧形面，两端为平面结构。弧形滑块上设置有限位机构(未图示)，以确保弧形滑块在未受到外力时位于初始位置处。初始位置时，弧形滑块105位于隔板109下端面所在第二型腔处。弧形滑块的一弧形面贴合抵靠在与隔板相对第二型腔的弧形面上，隔板的自由端的弧形端面贴合抵靠在弧形滑块的另一弧形面上。当弧形滑块位于初始位置时，其一端部分突出位于第一型腔中，其部分位于第一型腔中的端面在初始位置时，为斜面结构；其另一端位于第二型腔中，初始位置时，其端面也为斜面结构。在位于第二型腔中的导电板上，与导电板距离最短的弧形滑块端面位置处，设置断开薄弱处112，在断开薄弱处相对的第二型腔另一侧导电板上设置有折弯薄弱处113。弧形滑块的两端的斜面结构设置要求满足：当动力装置断开位于第一型腔中的导电板后，动力装置会压迫弧形滑块位于第一型腔中的端面，驱使弧形滑块克服其限位机构，沿着第二型腔运动冲击位于第二型腔的导电板，由于位于第二型腔中的弧形滑块对应导电板断开薄弱处的端面处为斜面尖角结构，在巨大压迫力作用下，弧形滑块断开位于第二型腔中的导电板。由于动力装置运动至死点位置时，其侧面紧紧抵靠弧形滑块的端面，对弧形滑块进行定位，通过弧形滑块隔绝断开后的导电板。调整弧形滑块的角度和尺寸可延迟第二型腔中导电板断口断开的时间。

上述动力装置、弧形滑块材质均为绝缘材料。第二型腔内设置的滑块可以是弧形滑块，也可以是其他结构的滑块，仅需满足滑块伸入第一型腔的斜面可以受到动力装置的挤压在第二型腔内运动，切断位于第二型腔内的导电板即可。第二型腔的结构也仅需满足滑块可以在受到外力时，可以断开位于第二型腔中的导电板即可。采用弧形滑块和具有弧形面的型腔结合，可使熔断器体积更小，滑块运行更平稳。

上述结构的激励熔断器的工作原理：

当激励装置接收到来自外部的激励信号，点火起爆产生大量高压气体，驱动动力装置向导电板方向高速运动；动力装置冲击刀头冲击导电板断开薄弱处，第一次断开导电板在导电板上形成第一个断口；

当故障电流较大时，第一个断口断开后会产生较大电弧，由于仅靠空气介质灭弧，此时，第一个断口处呈持弧状态，此时动力装置与壳体内壁以及导电板弯折部分过盈配合形成过盈线，挤压第一个断口处产生的电弧，于是电弧被拉长、弧径被压小、弧电阻增大，故障电流减小；动力装置继续运动抵压弧形滑块，压迫弧形滑块运动并冲击第二型腔中的导电板的断开薄弱处使其导电板第二次断开，在第二型腔中形成第二个断口；此时弧形滑块和第二型腔中的弧形面紧密配合，挤压第二个断口处产生的电弧，促使电弧快速熄灭，由于第二个断口分断的故障电流较低、温度较低，故而第二断口的断后绝缘性能优良，确保导电板断开可靠性。

在故障电流较小时，两个断口能够更好的进行分断和灭弧。

因此，在不采用其他灭弧措施，仅通过空气灭弧时，通过两个断口分步断开和快速灭弧，提高了灭弧能力和分断可靠性。

为了更好的提高灭弧能力和分断能力，还可以在以上基础上增加辅助灭弧，实现快速灭弧。参看图3和图4，在位于第一型腔及第二型腔处的导电板上并联灭弧用的熔体114，在壳体上开设有灭弧型腔115，在灭弧型腔中填充有灭弧介质，熔体114穿设在灭弧介质中，其两端穿过壳体上的阻碍与导电板并联连接。熔体上设置有狭径，熔体的狭径位于灭弧介质中。熔体两端与导电板并联连接位置处需满足在导电板第一次断开时，熔体还处于导通状态，在导电板第一次断开后，熔体能在第二次断开前熔断。参看图3和图4，熔体的一端与位于断开薄弱处110外侧的导电板连接，其另一端与隔板处的导电板(折弯薄弱处111和折弯薄弱处113之间)连接或与位于断开薄弱处112外侧的导电板连接。灭弧腔室所在壳体部分可以单独制作。

图3中并联熔体的工作原理：

导电板上并联的熔体电阻比导电板的电阻大，而断口处产生的电弧电阻又远远大于熔体电阻。

在低倍数故障电流下，激励装置接收激励信号触发产生高压气体后推动动力装置先打断导电板第一个断开薄弱处形成第一个断口，低倍数故障电流转移到与导电板第一个断口两端并联的熔体上，其流经熔体狭径处产生的热量不足以使狭径熔断，仅仅起到限流作用，此时熔体与导电板上第二个断开薄弱处串联，相比断开第一个断口断开前总电阻增大，导电板两端电压不变，于是故障电流减小；动力装置继续运动再压迫弧形滑块打开第二个断口，在第二个断口处分断了减小后的故障电流，电弧在极短时间内熄灭。通过两断口和熔体，实现快速灭弧和分断能力。

在中倍数故障电流下，激励装置接收激励信号触发产生高压气体后推动动力装置先打断导电板第一个断开薄弱处形成第一个断口，中倍数故障电流转移到与导电板第一个断口两端并联的熔体上，其流经熔体狭径处时产生热量，熔体狭径处开始形成熔断，此时熔体与导电板上第二个断开薄弱处串联，相比断开第一个断口断开前总电阻增大，导电板两端电压不变，于是故障电流减小；在熔体熔断的过程中，动力装置继续运动再压迫弧形滑块打开第二个断口，此时熔体和第二个断口共同作用分断减小后的故障电流，此时，灭弧介质也参与灭弧，熄灭电弧，能实现快速灭弧。此种情况下，第一个断口处几乎未经电弧烧灼，断后绝缘性能优良。

在高倍数故障电流下，激励装置接收激励信号触发产生高压气体后推动动力装置先打断导电板第一个断开薄弱处形成第一个断口，高倍数故障电流迅速转移到与导电板第一个断口两端并联的熔体上，由于故障电流很大，熔体狭径处产生大量热量并迅速熔断，熔体狭径熔断处产生电弧，灭弧介质参与灭弧，使电弧很快熄灭。此时动力装置继续运动再压迫弧形滑块打开第二个断口，形成物理断口、增加断后绝缘能力，进一步确保断开可靠性。

图4的熔体并联方式，使两个断口位于并联熔体两端与导电板连接处之间。开始分断时，激励装置接收激励信号触发产生高压气体后推动动力装置先打断导电板第一个断开薄弱处形成第一个断口，故障电流迅速转移到与导电板两端并联的熔体上，此时主要依靠熔体狭径处在灭弧介质中熔断熄灭电弧，动力装置继续运动再压迫弧形滑块打开第二个断口仅是为了增加断后绝缘能力。

Claims (11)

1.一种分步断开的双断口激励熔断器，包括壳体、激励装置、动力装置及导电板，其特征在于在所述壳体上开设有相邻的第一型腔和第二型腔，所述第一型腔和第二型腔部分连通；所述导电板穿过所述壳体、所述第一型腔、所述第二型腔；在所述第一型腔依次设置有所述激励装置和动力装置；在所述第二型腔中设置有滑块，所述滑块一端穿过与所述第一型腔连通处伸入所述第一型腔中；当所述动力装置在所述激励装置驱动下断开位于第一型腔中的导电板后，可挤压所述滑块伸入所述第一型腔中的一端，驱动所述滑块断开位于第二型腔中的导电板。

2.根据权利要求1所述的分步断开的双断口激励熔断器，其特征在于在受到所述动力装置及所述滑块冲击的导电板处为断开薄弱处。

3.根据权利要求2所述的分步断开的双断口激励熔断器，其特征在于所述动力装置和所述滑块在冲击导电板断开薄弱处的对应处均设置有尖状结构。

4.根据权利要求3所述的分步断开的双断口激励熔断器，其特征在于所述滑块为弧形滑块，所述第二型腔具有供所述弧形滑块贴合滑动的弧形面。

5.根据权利要求2所述的分步断开的双断口激励熔断器，其特征在于在所述第一型腔和所述第二型腔中的导电板上，分别开设有与所述断开薄弱处相对应的折弯薄弱处。

6.根据权利要求2所述的分步断开的双断口激励熔断器，其特征在于在所述导电板上至少并联一根熔体。

7.根据权利要求6所述的分步断开的双断口激励熔断器，其特征在于所述熔体的两端分别位于所述第一型腔中导电板上的断开薄弱处的两侧。

8.根据权利要求6所述的分步断开的双断口激励熔断器，其特征在于所述熔体的两端分别位于所述第一型腔和第二型腔中的所述导电板断开薄弱处的两侧。

9.根据权利要求6至8任一所述的分步断开的双断口激励熔断器，其特征在于在所述壳体上开设有填充有灭弧介质的灭弧腔室；所述熔体的狭径部分穿设在所述灭弧介质中。

10.根据权利要求1所述的分步断开的双断口激励熔断器，其特征在于所述导电板与所述壳体间、所述动力装置与所述第一型腔间为密封接触。

11.一种配电单元、或储能设备、或新能源汽车，应用包括至少一个上述任一权利要求中所述的激励熔断器。

Images