CN112993926A - 主动/被动熔断器模块 - Google Patents

Abstract

一种主动/被动熔断器模块，包括：基座；汇流排，设置在基座顶表面上并且包括熔断器元件和从熔断器元件的相对端延伸的第一端子部分和第二端子部分，所述熔断器元件在基座顶表面的空腔上方延伸；设置在基座顶部的烟火中断器(PI)，该PI包括设置在熔断器元件上方的轴内的活塞、耦合到控制器的第一烟火点火器和通过一对引线耦合到汇流排的第二烟火点火器，所述第一烟火点火器被配置成在接收到来自控制器的引发信号时引爆并迫使活塞穿过熔断器元件，所述第二烟火点火器被配置成在引线上的电压增加时引爆并迫使活塞穿过熔断器元件。

Description

主动/被动熔断器模块

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年12月16日提交的美国临时专利申请No.62/948,728和2020年6月9日提交的美国临时专利申请No.63/036,613的权益，这两个申请的全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本公开总体上涉及电路保护装置领域，并且更具体地涉及包括主动和被动电路保护元件的主动/被动熔断器模块。

背景技术

熔断器通常在电气系统中实现以提供过电流保护。大多数熔断器都是“被动”装置，其包括熔断器元件，这些元件被配置成在正常运行期间承载额定电流量。如果流过熔断器元件的电流超过熔断器元件的额定电流，熔断器元件将熔化、分解或以其他方式分离，从而阻断电流以防止或减轻对连接的电气部件的损坏。

在某些情况下，可能希望在电路中“主动地”产生物理开口，而不管流过电路的电流量如何。例如，如果汽车遭遇碰撞，则可能希望物理地断开汽车中的电路，以确保连接的电气部件断电，从而减轻碰撞后的火灾和/或触电的风险。为此，已经开发了所谓的烟火中断器(PI)，其可以在特定事件发生时选择性地启动，以中断电路中的电流。例如，在汽车碰撞的情况下，控制器(例如，安全气囊控制单元、电池管理系统等)可以向PI发送引发信号，从而导致PI内的烟火点火器被引爆。PI内压力的最终增加迅速迫使活塞或叶片切穿延伸穿过PI的导体。由此，流过PI的电流被中断，并且由介电材料形成的活塞在导体的分离部分之间提供了电绝缘屏障，以防止在其之间产生电弧。

在某些应用中，可能希望同时实现被动和主动电路保护元件。可能还希望以紧凑、节省空间的形状因数来实现这样的元件，从而便于安装。

就这些和其他考虑而言，当前的改进会是有用的。

发明内容

提供本概述是为了以简化的形式介绍一些概念，下面将在具体实施方式中进一步描述这些概念。本概述不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在帮助确定所要求保护的主题的范围。

根据本公开的非限制性实施例的主动/被动熔断器模块可以包括：基座；汇流排，设置在基座的顶表面上并且包括熔断器元件以及从熔断器元件的相对端延伸的第一端子部分和第二端子部分，所述熔断器元件在基座顶表面的空腔上方延伸；设置在基座顶部的烟火中断器(PI)，该PI包括设置在熔断器元件上方的轴内的活塞、耦合到控制器的第一烟火点火器和通过一对引线耦合到汇流排的第二烟火点火器，所述第一烟火点火器被配置成在接收到来自控制器的引发信号时引爆并迫使活塞穿过熔断器元件，所述第二烟火点火器被配置成在引线上的电压增加时引爆并迫使活塞穿过熔断器元件。

根据本公开的另一非限制性实施例的主动/被动熔断器模块可以包括：电绝缘基座；汇流排，设置在基座的顶表面上并且包括熔断器元件以及从熔断器元件的相对端延伸的第一端子部分和第二端子部分，所述熔断器元件在形成于基座顶表面的空腔上方延伸；设置在基座顶部的烟火中断器(PI)，该PI包括设置在熔断器元件上方的轴内的活塞、连接到汇流排并被配置成测量流经汇流排的电流的电流感测模块、以及耦合到控制器和电流感测模块的烟火点火器，其中该烟火点火器被配置成在从控制器和电流感测模块中的至少一个接收到引发信号时引爆并迫使活塞穿过熔断器元件。

根据本公开的另一个非限制性实施例的熔断器模块可以包括：基座；汇流排，设置在基座的顶表面上并且包括熔断器元件以及从熔断器元件的相对端延伸的第一端子部分和第二端子部分，所述熔断器元件在基座顶表面的空腔上方延伸；设置在基座顶部的烟火中断器(PI)，该PI包括设置在熔断器元件上方的轴内的活塞、耦合到控制器的第一烟火点火器、以及通过一对引线耦合到汇流排的烟火点火器，该烟火点火器被配置成在引线上的电压增加时引爆并迫使活塞穿过熔断器元件。

附图说明

图1是示出在非致动状态下的根据本公开的主动/被动熔断器模块的实施例的剖视图；

图2是示出在致动状态下的图1所示的主动/被动熔断器模块的剖视图；

图3是示出根据本公开的主动/被动熔断器模块的另一实施例的剖视图；

图4是示出根据本公开的主动/被动熔断器模块的另一实施例的剖视图。

具体实施方式

现在将参照附图更全面地描述根据本公开的主动/被动熔断器模块，其中给出了主动/被动熔断器模块的优选实施例。然而，应当理解，主动/被动熔断器模块可以以许多不同的形式体现，并且不应被解释为限于本文阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本公开将主动/被动熔断器模块的某些示例性方面传达给本领域技术人员。

参照图1和图2，示出了根据本公开的示例性非限制性实施例的主动/被动熔断器模块10(以下称为“熔断器模块10”)的剖视图。为了方便和清楚起见，诸如“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“上”、“下”、“垂直”和“水平”之类的术语可在本文中用于描述熔断器模块10的各个部件的相对位置和方向，每个相对于如图1和2所示的熔断器模块10的几何形状和方向。所述术语将包括特别提及的词语、其派生词以及类似含义的词语。

熔断器模块10通常可包括基座12、汇流排14和烟火中断器(PI)18。基座12可以由电绝缘材料形成，例如塑料、聚合物、陶瓷等。在这方面本公开不限于此。基座12可以包括形成在在其顶表面中的空腔20。

汇流排14可以由单片或一定长度的导电材料形成(例如，由单片铜或类似物冲压而成)，并且可以包括熔断器元件22以及从熔断器元件22的相对端延伸的第一端子部分26a和第二端子部分26b。汇流排14可以沿水平方向设置在基座12的顶面上，并且熔断器元件22在空腔20上方延伸。第一端子部分26a和第二端子部分26b可以延伸到基座12的侧面之外，或者延伸超过基座12的侧面，以便于熔断器模块10在电路内的连接。

熔断器元件22可以被配置成：如果流经汇流排14的电流超过熔断器模块10的预定阈值或“额定电流”，则熔化、分解或以其他方式断开。在各个示例中，熔断器元件22可以包括穿孔、狭槽、变细或变窄的部分和/或用于使熔断器元件22比汇流排14的其他部分更易于熔化或断开的各种其他特征。在非限制性示例中，熔断器元件22可以被配置成具有在30A至1000A范围内的额定电流。本公开不限于此。

PI 18可以包括壳体36，该壳体36具有从其下部突出的安装凸缘38。壳体36可以通过机械紧固件40a、40b设置在基座12的顶部，该机械紧固件40a、40b延伸穿过安装凸缘38并进入基座12中，用于以垂直堆叠的关系将部件紧固在一起。壳体36可以包括延伸穿过壳体的中空的垂直定向的轴43。轴43可以具有位于熔断器元件22和空腔20正上方的开口底端。

壳体36可以包含可移动的活塞或叶片42(以下称为“活塞42”)，其设置在位于基座12的空腔20上方的中空轴43内。壳体36可以进一步包含设置在活塞42上方的轴43内的第一烟火点火器44a。第一烟火点火器44a可以耦合到控制器45(例如，汽车的安全气囊控制单元、电池管理系统等)。一旦发生诸如汽车碰撞之类的预定事件时(即，如果熔断器模块10被实施在汽车中)，控制器45可以向烟火点火器44a发送引发信号，导致烟火点火器44被引爆。如图2所示，轴43内的压力的最终增加迅速迫使活塞42在轴43内向下穿过汇流排14的熔断器元件22。流经汇流排14的电流因此被中断，并且可以由介电材料形成的活塞42可以在熔断器元件22的分离端之间提供电绝缘屏障，以防止在其之间产生电弧。

触发烟火点火器44b的上述方式(即，经由控制器45在发生碰撞时向烟火点火器44b发送引发信号等)可以被称为烟火点火器44b的“外部触发”。在各个实施例中，熔断器模块10可以附加地或可替选地包括“电弧触发”能力，其中第二烟火点火器44b可以设置在轴43内，邻近第一烟火点火器44a。一对引线52a、52b可以分别从第二烟火点火器44b延伸到第一端子部分26a和第二端子部分26b。在各个实施例中，引线52a、52b可以在活塞42下方延伸通过/穿过轴43。当熔断器元件22熔化时(例如，在发生过电流情况时)，分离的第一端子部分26a和第二端子部分26b两端的电压可以在引线52a、52b中产生足够的电流，导致第二烟火点火器44b被引爆。轴43内的压力的最终增加迅速迫使活塞42在轴43内向下穿过汇流排14的熔断器元件22(如上所述和如图2所示)。另外，活塞42切断引线52a、52b，以消除第一端子部分26a和第二端子部分26b之间的任何潜在的可替选电流路径。

上述配置并非旨在进行限制，并且可以想到，引线52a、52b可以在除了轴43内的各个位置处以及通过除了活塞42之外的结构被切断。例如，引线52a、52b可以延伸穿过空腔20或邻近轴43的其他地方，而不是延伸穿过轴43。在各个实施例中，引线52a、52b可以位于活塞43的路径之外或远离活塞43的路径，并且可以通过从活塞43延伸的柄或突起切断，或者通过可以由活塞43的运动触发的电气/机械结构或装置来切断，而不是被活塞43直接切断。本公开不限于此。

在不脱离本公开的范围的情况下，可以实施用于在第二烟火点火器44b引爆之后确保在第一端子部分26a和第二端子部分26b之间的电绝缘的各个附加的或可替选的装置、配置和/或布置。

由于在烟火点火器44b引爆并驱动活塞42之前，熔断器元件22开始分离(例如，熔化)，因此在活塞42被驱动穿过熔断器元件22之前，熔断器元件22被削弱(例如，部分熔化)，从而使得活塞42更容易切断熔断器元件22。因此，与如在结合有烟火点火器的常规熔断器模块中需要活塞42穿过汇流排14的未削弱部分(即，汇流排14的除了部分熔化的熔断器元件22之外的部分)的情况下熔断器元件22可能具有的厚度/大小相比，熔断器元件22可以更厚/更大。

虽然上述熔断器模块10包括耦合到控制器45的第一烟火点火器44a和分别耦合到汇流排14的第一端子部分26a和第二端子部分26b的第二烟火点火器44b，但是本公开的实施例被设想为其中省略了第一烟火点火器44a和控制器45，并且其中熔断器模块10仅包括连接到汇流排14并被配置成在熔断器元件22分离时被引爆的单个烟火点火器(如上文关于第二烟火点火器44b所述)。

参照图3，本公开的实施例被设想为其中正温度系数(PTC)元件60可以与熔断器模块10并联连接。PTC元件60可以由任何类型的PTC材料形成(例如，聚合物PTC材料，陶瓷PTC材料等)，所述材料被配制成具有随着PTC元件60的温度升高而增加的电阻。特别地，PTC元件60可以具有预定的“跳闸温度”，在该温度以上，PTC元件60的电阻快速且急剧地增加(例如，以非线性方式)，以便很大程度地阻断通过的电流。PTC元件60在其正常工作温度范围内(即，低于其跳闸温度)，可以具有大于熔断器元件22的电阻的电阻。

在熔断器模块10的正常运行期间，电流可以在第一端子部分26a和第二端子部分26b之间流过汇流排14。一旦发生过电流情况，其中流过熔断器模块10的电流超过熔断器元件22的额定电流，熔断器元件22会熔化或以其他方式分离。然后，电流可以被分流以流过唯一可用的可替选路径，即，流过PTC元件60。因为电流可以流过该可替选路径，所以电势不能在熔化的熔断器元件22的分离端之间累积，从而排除了它们之间电弧的形成和传播。

参照图4，本公开的另一个实施例被设想为其中电流感测模块70(例如，具有微处理器的电流传感器)可以连接到汇流排14的端子部分26a、26b中的一个以及PI 18的烟火点火器44a。电流感测模块70可以被配置成测量汇流排14中的电流，并且在检测到高于预定阈值的电流时，可以向烟火点火器44a发送引发信号，如上所述引爆烟火点火器44a并断开熔断器元件22。电流感测模块70可以被编程为立即发送引发信号，或在期望的预定时间量(例如，10毫秒)之后并且响应于在汇流排14中检测到期望的预定量的电流来发送引发信号。在各个实施例中，电流感测模块70还可以被连接到控制器45，并且电流感测模块70可以被配置成仅在满足某些预定条件的情况下才向烟火点火器44a发送引发信号。例如，电流感测模块70可以被配置成：如果电流感测模块70在汇流排14中检测到多于预定量的电流，并且如果控制器45向电流感测模块70提供碰撞指示，则向烟火点火器44a发送引发信号。本公开不限于此。

鉴于前面的描述，应当理解，本公开的主动/被动熔断器模块有助于被动和主动电路保护元件(例如，传统熔断器元件和烟火中断器)以有利于各种应用的方便安装的单个、紧凑、节省空间的形状因子的实施方式。

如本文中所使用的，以单数形式叙述并且以单词“一”或“一个”开头的元件或步骤应被理解为不排除多个元件或步骤，除非明确地陈述了这种排除。此外，对本公开的“一个实施例”的引用不旨在被解释为排除也包含所叙述的特征的另外的实施例的存在。

虽然本公开提到了某些实施例，但是在不脱离如所附一个或多个权利要求所定义的本公开的领域和范围的情况下，可以对所描述的实施例进行多种修改、变更和改变。因此，本公开不旨在限于所描述的实施例，而是具有由所附权利要求及其等同物的语言所定义的全部范围。

Claims (18)

1.一种主动/被动熔断器模块，包括：

电绝缘基座；

汇流排，设置在所述基座的顶表面上，并且包括熔断器元件以及从所述熔断器元件的相对端延伸的第一端子部分和第二端子部分，所述熔断器元件在所述基座的顶表面中形成的空腔上方延伸；

设置在所述基座的顶部上的烟火中断器(PI)，所述PI包括：

设置在所述熔断器元件上方的轴内的活塞；

耦合到控制器的第一烟火点火器，所述第一烟火点火器被配置成在接收到来自所述控制器的引发信号时引爆并迫使所述活塞穿过所述熔断器元件；以及

通过一对引线耦合到所述汇流排的第二烟火点火器，所述第二烟火点火器被配置成在所述引线上的电压增加时引爆并迫使所述活塞穿过所述熔断器元件。

2.根据权利要求1所述的主动/被动熔断器模块，其中，所述引线被配置成在所述第一烟火点火器引爆时或者在所述第二烟火点火器引爆时被切断。

3.根据权利要求2所述的主动/被动熔断器模块，其中，所述引线延伸穿过所述轴并延伸跨越所述活塞的路径。

4.根据权利要求1所述的主动/被动熔断器模块，还包括正温度系数元件，所述正温度系数元件与所述熔断器元件并联地电连接到所述汇流排。

5.根据权利要求4所述的主动/被动熔断器模块，其中，在正常工作温度范围内，所述正温度系数元件具有大于所述熔断器元件的电阻的电阻。

6.根据权利要求1所述的主动/被动熔断器模块，其中，所述控制器适于在预定事件发生时向所述第一烟火点火器发送引发信号。

7.根据权利要求1所述的主动/被动熔断器模块，其中，所述活塞由电绝缘材料形成。

8.根据权利要求1所述的主动/被动熔断器模块，其中，所述第一烟火点火器和所述第二烟火点火器以并排关系设置在所述轴内。

9.一种主动/被动熔断器模块，包括：

电绝缘基座；

汇流排，设置在所述基座的顶表面上，并且包括熔断器元件以及从所述熔断器元件的相对端延伸的第一端子部分和第二端子部分，所述熔断器元件在所述基座的顶表面中形成的空腔上方延伸；

设置在所述基座的顶部上的烟火中断器(PI)，所述PI包括：

设置在所述熔断器元件上方的轴内的活塞；

电流感测模块，所述电流感测模块连接到所述汇流排并被配置成测量流过所述汇流排的电流；以及

耦合到控制器和所述电流感测模块的烟火点火器，其中所述烟火点火器被配置成在从所述控制器和所述电流感测模块中的至少一个接收到引发信号时引爆并迫使所述活塞穿过所述熔断器元件。

10.根据权利要求9所述的主动/被动熔断器模块，其中，所述电流感测模块被配置成如果流过所述汇流排的电流超过预定阈值，则向所述烟火点火器发送引发信号。

11.根据权利要求10所述的主动/被动熔断器模块，其中，所述电流感测模块被配置成如果流过所述汇流排的电流超过预定阈值并且所述控制器检测到预定事件的发生，则向所述烟火点火器发送引发信号。

12.根据权利要求9所述的主动/被动熔断器模块，还包括正温度系数元件，所述正温度系数元件与所述熔断器元件并联地电连接到所述汇流排。

13.根据权利要求12所述的主动/被动熔断器模块，其中，在正常工作温度范围内，所述正温度系数元件具有大于所述熔断器元件的电阻的电阻。

14.根据权利要求9所述的主动/被动熔断器模块，其中，所述控制器适于在预定事件发生时向第一烟火点火器发送引发信号。

15.根据权利要求9所述的主动/被动熔断器模块，其中，所述活塞由电绝缘材料形成。

16.根据权利要求9所述的主动/被动熔断器模块，其中，第一烟火点火器和所第二烟火点火器以并排关系设置在所述轴内。

17.一种熔断器模块，包括：

电绝缘基座；

汇流排，设置在所述基座的顶表面上，并且包括熔断器元件以及从所述熔断器元件的相对端延伸的第一端子部分和第二端子部分，所述熔断器元件在所述基座的顶表面中形成的空腔上方延伸；

设置在所述基座的顶部上的烟火中断器(PI)，所述PI包括：

设置在所述熔断器元件上方的轴内的活塞；和

通过一对引线耦合到所述汇流排的烟火点火器，所述烟火点火器被配置成在所述引线上的电压增加时引爆并迫使所述活塞穿过所述熔断器元件。

18.根据权利要求17所述的熔断器模块，其中，所述引线被配置成在所述烟火点火器引爆时被切断。

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