CN114334573A - 智能熔断器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种智能熔断器，包括壳体、导电板、灭弧结构、切断装置和驱动装置，壳体内设有腔道和灭弧腔室，腔道与灭弧腔室连通；导电板横向穿入壳体，且导电板部分穿设于腔道与灭弧腔室之间，导电板的两端可连接外部电路；灭弧结构安装于灭弧腔室内，灭弧结构形成有灭弧凹槽，灭弧凹槽的侧壁的端部抵接至导电板；切断装置可移动设于腔道，切断装置用于从腔道向灭弧腔室移动以切断导电板，导电板被切断装置切断的部分进入灭弧凹槽；驱动装置用于接收外部信号并根据外部信号驱动切断装置从腔道向灭弧腔室移动。因此，本发明的智能熔断器能够根据外部信号断开电路以提高智能熔断器的适应性，通过灭弧结构对导电板进行快速灭弧。
Description
技术领域
本发明涉及电力控制和电动汽车领域，尤其涉及电一种智能熔断器。
背景技术
传统熔断器是基于过电流产生热量使熔体熔断，从而断开需要保护的电路。在各种不同的应用领域中，对熔断器产生了各种不同的触发方式要求和极端应用状况，给传统熔断器带来了非常大的挑战。尤其在电动汽车领域，电池包正常使用电流大、温度高，这都增加了传统熔断器的通流容量，电池包或者汽车行驶中的其他问题，如短路、碰撞等往往发生在极短时间内，要求熔断器快速反应，而此时电路中提供的故障电流不足以在短时间内触发传统熔断器，因此容易带来安全隐患。
传统熔断器还有一个问题是只能通过电流变化产生的热量使熔体熔断，无法由其他信号使熔体断开电路，而在电动汽车领域，各种情况都在被不断被检测，一旦发生异常，需要迅速通过电信号触发保护机制，这种电信号通常是小电流，无法提供传统熔断器触发所需的大电流。这使得传统熔断器很难整合到汽车保护系统中协同动作。
目前，市场上已经存在一种利用电信号快速切断电路的装置，其主要结构包括气体发生装置、导电板、导电板切断后的容置腔，导电板被切断后电路迅速断开。这类利用电信号快速切断电路的装置，有些在容置腔底部设置了灭弧材料，有些在整个装置外并联一个用于灭弧的熔断器。目前这些设计还存在一些不足和缺陷。在容置腔底部设置灭弧材料的设计无法保证灭弧材料的状态以及具有足够的灭弧能力；外接并联熔断器的设计无法保证电弧的安全转移，难以控制二次起弧。因此，在安全性要求极高的汽车领域，这些设计无法完全满足应用要求。进一步地，熔断器的应用领域越来越广，对应各种不同的电压电流需求也使这些设计难以适应。
发明内容
本发明的目的在于是提供一种智能熔断器，可以接收外部信号迅速断开电路，同时能够在断开时迅速熄灭所产生的电弧，提高智能熔断器的适应性。
为了实现上述目的，本发明提供了一种智能熔断器，包括：
壳体，所述壳体内设有腔道和灭弧腔室，所述腔道与所述灭弧腔室连通；
导电板，所述导电板穿设在所述壳体且部分位于所述腔道与所述灭弧腔室之间，所述导电板的两端可连接外部电路；
灭弧结构，所述灭弧结构安装于所述灭弧腔室并抵接至所述导电板，所述灭弧结构形成有与所述腔道相对的灭弧凹槽；
切断装置，所述切断装置可移动地设于所述腔道，所述切断装置用于从所述腔道向所述灭弧凹槽移动以切断所述导电板，所述导电板被所述切断装置切断的部分进入所述灭弧凹槽；
驱动装置，所述驱动装置用于接收外部信号并根据所述外部信号驱动所述切断装置从所述腔道向所述灭弧凹槽移动。
可选的，所述灭弧结构包括底板、第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁和所述第二侧壁相对设置于所述底板上，所述第一侧壁和所述第二侧壁抵接于所述导电板，所述第一侧壁、所述第二侧壁和所述底板共同形成所述灭弧凹槽。
可选的，所述灭弧结构上形成有灭弧格栅。
可选的，所述驱动装置包括产气装置，所述产气装置设于所述腔道且位于所述切断装置远离所述导电板的一侧，所述壳体上设置有信号端子，所述产气装置连接至所述信号端子，所述产气装置接收所述信号端子传输的外部信号并根据外部信号产生高压气体，以推动所述切断装置从所述腔道向所述灭弧腔室移动。
可选的，所述壳体开设有连通外界的气道，所述气道连通至所述灭弧格栅。
可选的，所述切断装置包括活塞和连接于所述活塞的刀状结构，所述活塞与所述腔道过盈配合，所述活塞在所述驱动装置的驱动下从所述腔道向所述灭弧凹槽移动，所述刀状结构被所述活塞带动向所述灭弧凹槽移动以将所述导电板切断。
可选的，所述刀状结构的底端形成斜面结构以切断所述导电板。
可选的，所述腔道的侧壁上设有导向凹槽，所述切断装置设有与所述导向凹槽配合的导向凸部，所述切断装置向所述灭弧凹槽移动时，所述导向凸部沿所述导向凹槽滑动。
可选的，所述灭弧结构由灭弧介质和粘结剂制成，所述灭弧结构包括占重量约1％～99％的灭弧介质和占重量约99％～1％的粘结剂。
可选的，所述灭弧介质包括占重量约50％～5％的有机灭弧材料和占重量约50％～95％无机灭弧材料，所述有机灭弧材料选自胍、嘌呤、蜜胺、脲及其衍生物和混合物，所述无机灭弧材料选自石英砂、高岭土、石膏粉、无机硅酸盐、水合氧化铝、硼酸盐、碳酸钙、氢氧化镁及其混合物。
本发明中，驱动装置接收外部信号并根据外部信号驱动切断装置从腔道向灭弧凹槽移动，以使切断装置将位于腔道与灭弧腔室之间的导电板切断，导电板被切断的部分落入灭弧凹槽中，灭弧结构熄灭导电板断开产生的电弧，由于灭弧结构抵接至导电板，导电板被切断后，灭弧结构能够迅速熄灭导电板断开所产生的电弧。因此，本发明的智能熔断器能够根据外部信号断开电路以提高智能熔断器的适应性，通过与导电板抵接的灭弧结构对导电板进行快速灭弧。
附图说明
图1是本发明实施例智能熔断器的结构图。
图2是本发明实施例智能熔断器的剖面图。
图3是本发明实施例智能熔断器的导电板断开后的剖面图。
图4是本发明实施例智能熔断器的灭弧结构的结构图。
图5是本发明实施例智能熔断器的外部背板的结构图。
具体实施方式
为了详细说明本发明的技术内容、构造特征、实现的效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
如图1至图4所示，本发明实施例公开了一种智能熔断器，包括壳体1、导电板2、灭弧结构3、切断装置4和驱动装置5，壳体1内设有腔道10和灭弧腔室12，腔道10与灭弧腔室12连通；导电板2穿设在壳体1且部分位于腔道10与灭弧腔室12之间，导电板2的两端可连接外部电路；灭弧结构3安装于灭弧腔室12并抵接至导电板2，灭弧结构3形成有与腔道10相对的灭弧凹槽30；切断装置4可移动地设于腔道10，切断装置4用于从腔道10向灭弧腔室12移动以切断导电板2，导电板2被切断装置4切断的部分进入灭弧凹槽30；驱动装置5用于接收外部信号并根据外部信号驱动切断装置4从腔道10向灭弧凹槽30移动。
本发明实施例的智能熔断器中，驱动装置5接收外部信号并根据外部信号驱动切断装置4从腔道10向灭弧凹槽30移动，以使切断装置4将位于腔道10与灭弧腔室12之间的导电板2切断，导电板2被切断的部分落入灭弧凹槽30中，灭弧结构3熄灭导电板2断开产生的电弧，由于灭弧结构3抵接至导电板2，导电板2被切断后，灭弧结构3能够迅速熄灭导电板2断开所产生的电弧。因此，本发明的智能熔断器能够根据外部信号断开电路以提高智能熔断器的适应性，通过与导电板2抵接的灭弧结构3对导电板2进行快速灭弧。
需要说明的是，切断装置4向灭弧腔室12移动切断导电板2后，导电板2切断部分向灭弧凹槽30运动，导电板2的断口开始拉弧，电弧扫过灭弧结构3以对电弧产生熄灭作用。
可以理解的是，为了使导电板2完全断开，切断装置4采用绝缘材质制成，以防止切断装置4将导电板2切断后，导电板2通过切断装置4形成通路。
如图1和图4所示，灭弧结构3包括底板31、第一侧壁32和第二侧壁33，第一侧壁32和第二侧壁33相对设置于底板31上，第一侧壁32和第二侧壁33抵接于导电板2，第一侧壁32、第二侧壁33和底板31共同形成灭弧凹槽30。由于灭弧结构3的第一侧壁32和第二侧壁33抵接于导电板2，导电板2被切断装置4断开的瞬间，灭弧结构3能够迅速对导电板2的断口产生的电弧进行灭弧，且切断装置4能够插入灭弧结构3形成的灭弧凹槽30，以确保切断装置4将导电板2完全断开。
如图1、图2和图4所示，灭弧结构3上形成有灭弧格栅34，通过灭弧格栅34，导电板2的切断部分落入灭弧凹槽30时，灭弧格栅34将导电板2的断口之间的电弧切断，从而进一步加快对电弧的灭弧作用。
具体地，灭弧结构3的第一侧壁32上形成有灭弧格栅34，导电板2被切断后，切断部分从靠近第一侧壁32的一侧落入灭弧凹槽30，导电板2上的断口之间形成电弧，电弧扫过第一侧壁32，第一侧壁32上的灭弧格栅34将电弧切断。当然，灭弧格栅34不限于上述具体结构，可以在灭弧结构3的第一侧壁32和第二侧壁33上均设置灭弧格栅34，也可以在第二侧壁33上设置灭弧格栅34，只要能够对导电板2切断而产生的电弧产生灭弧作用即可。
进一步地，驱动装置5包括产气装置，产气装置设于腔道10且位于切断装置4远离导电板2的一端，壳体1上设置有信号端子50，产气装置连接至信号端子50，产气装置接收信号端子50传输的外部信号并根据外部信号产生高压气体，以推动切断装置4从腔道10向灭弧腔室12移动。
具体而言，外部信号通过壳体1上的信号端子50发送至产气装置，外部信号触发产气装置产生高压气体，高压气体向灭弧腔室12输送，从而推动切断装置4向灭弧凹槽30移动以切断导电板2，断开电路。产气装置可以通过电子点火爆炸的方式产生高压气体，从而推动切断装置4向灭弧腔室12移动。如图5所示，为了使智能熔断器能够承受产气装置的爆炸冲击，可在壳体1外部加盖一盖板6，盖板6由四颗紧固螺栓60固定于壳体1上。
更进一步地，壳体1上开设有连通外界的气道35，气道35连通至灭弧格栅34，通过壳体1上的气道35，高压气体经由腔道10、灭弧腔室12从气道35排出至外界，导电板2被切断装置4断开时，高压气体向灭弧腔室12的方向吹动导电板2产生的电弧，将电弧拉长，同时灭弧结构3进行热量的吸收以降低温度，使的电弧熄灭。本实施例中，通过灭弧结构3、灭弧格栅34和气道35共同完成有效、迅速的灭弧。
更具体地，灭弧结构3的第一侧壁32上形成有灭弧格栅34，气道35开设于壳体靠近第一侧壁32的一侧
如图1和图2所示，切断装置4包括活塞40和连接于活塞40的刀状结构41，活塞40与腔道10过盈配合，活塞40在驱动装置5的驱动下从腔道10向灭弧凹槽30移动，刀状结构41被活塞40带动向灭弧凹槽30移动以将导电板2切断。通过活塞40和刀状结构41，能够在安装智能熔断器时，防止切断装置4被装反，且通过刀状结构41更有利于对导电板2的切断。
活塞40与腔道10之间过盈配合满足：受到驱动装置5的驱动时，活塞40可脱离过盈配合对活塞40的束缚，向灭弧凹槽30做冲击运动以使刀状结构41能够切断导电板2。
通过活塞40与腔道10的过盈配合，能够防止智能熔断器未接收到外部信号时活塞40在其他外力(比如外部震动)的作用下向灭弧凹槽30移动而将导电板2异常切断，提高智能熔断器的稳定性。具体地，可将活塞40设置为上宽下窄的结构以与腔道10紧密配合限位。
进一步地，刀状结构41的底端形成斜面结构以切断导电板2，形成斜面的刀状结构41方便形成集中的力对导电板2进行切断。
可以理解的是，为了便于切断导电板2，导电板2位于腔道10与灭弧腔室12之间的部分可设置至少一断开薄弱处，使切断装置4向灭弧凹槽30移动时，导电板2能够第一时间断开，从而断开外部电路，对电路进行保护。形成斜面的刀状结构41的尖端可正对断开薄弱处设置以能够准确切断该断开薄弱处。
如图1所示，断开薄弱处可以设置为断开凹口20，导电板2可以在与刀状结构41尖端的正对处开设断开凹口20，同时在与刀状结构41尖端的相反一端的正对处也设置断开凹口20，使导电板2被切断后能够迅速弯曲至灭弧凹槽30中。当然断开薄弱处也可以是在导电板2的切断处设置多个孔洞，或将切断处的厚度减薄等等。
为了保证切断装置4能够竖直向灭弧腔室12移动，可以在腔道10的侧壁上设置导向凹槽(图未示)，切断装置4设有与导向凹槽配合的导向凸部(图未示)，切断装置4向灭弧凹槽30移动时，导向凸部沿导向凹槽滑动，使切断装置4能够竖直移动以准确切断导电板2。
为了便于切断导电板2，还可以将切断装置4的宽度设置为大于导电板2的宽度。
本发明实施例的智能熔断器中，灭弧结构3由灭弧介质和粘结剂制成，灭弧结构3包括占重量约1％～99％的灭弧介质和占重量约99％～1％的粘结剂。通过粘结剂使灭弧介质形成固体状的灭弧结构3，从而使灭弧结构3具有足够的强度。
为了降低灭弧结构3的制作成本，灭弧介质和粘结剂的混合比例为能够挤出或注射成型即可。
进一步地，灭弧介质包括占重量约50％～5％的有机灭弧材料和占重量约50％～95％无机灭弧材料，有机灭弧材料选自胍、嘌呤、蜜胺、脲及其衍生物和混合物，无机灭弧材料选自石英砂、高岭土、石膏粉、无机硅酸盐、水合氧化铝、硼酸盐、碳酸钙、氢氧化镁及其混合物。有机灭弧材料导热系数低，保温性能好，无机灭弧材料阻燃性能优于，通过有机灭弧材料和无机灭弧材料以及粘结剂混合制成灭弧结构3，当导电板2断开产生电弧时，灭弧结构3通过灭弧介质的物理效应和化学反应共同进行吸热降温，使电弧熄灭。本实施例中，粘结剂可以选自尼龙、聚醚砜、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、硅树脂等材料。
具体而言，灭弧结构3中，灭弧介质可以由重量比例为90％的石英砂和重量比例为10％的蜜胺混合而成，粘结剂可以为硅树脂，灭弧介质和粘结剂的重量比例为80％:20％。
在另外一些实施例中，灭弧介质可以由重量比例为50％的氢氧化镁和重量比例为50％的蜜胺混合而成，粘结剂可以为环氧树脂，灭弧介质和粘结剂的重量比例为60％:40％。
当然，本发明的灭弧结构3的具体组成不以上述具体示例为限，可以根据实际需求选取合适比例的有机灭弧材料、无机灭弧材料和粘接剂。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实例而已，其作用是方便本领域的技术人员理解并据以实施，当然不能以此来限定本发明的之权利范围，因此依本发明的申请专利范围所作的等同变化，仍属于本发明的所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种智能熔断器，其特征在于，包括：
壳体，所述壳体内设有腔道和灭弧腔室，所述腔道与所述灭弧腔室连通；
导电板，所述导电板穿设在所述壳体且部分位于所述腔道与所述灭弧腔室之间，所述导电板的两端可连接外部电路；
灭弧结构，所述灭弧结构安装于所述灭弧腔室并抵接至所述导电板，所述灭弧结构形成有与所述腔道相对的灭弧凹槽；
切断装置，所述切断装置可移动地设于所述腔道，所述切断装置用于从所述腔道向所述灭弧凹槽移动以切断所述导电板，所述导电板被所述切断装置切断的部分进入所述灭弧凹槽；
驱动装置，所述驱动装置用于接收外部信号并根据所述外部信号驱动所述切断装置从所述腔道向所述灭弧凹槽移动。
2.根据权利要求1所述的智能熔断器，其特征在于，所述灭弧结构包括底板、第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁和所述第二侧壁相对设置于所述底板上，所述第一侧壁和所述第二侧壁抵接于所述导电板，所述第一侧壁、所述第二侧壁和所述底板共同形成所述灭弧凹槽。
3.根据权利要求1所述的智能熔断器，其特征在于，所述灭弧结构上形成有灭弧格栅。
4.根据权利要求3所述的智能熔断器，其特征在于，所述驱动装置包括产气装置，所述产气装置设于所述腔道且位于所述切断装置远离所述导电板的一侧，所述壳体上设置有信号端子，所述产气装置连接至所述信号端子，所述产气装置接收所述信号端子传输的外部信号并根据外部信号产生高压气体，以推动所述切断装置从所述腔道向所述灭弧腔室移动。
5.根据权利要求4所述的智能熔断器，其特征在于，所述壳体开设有连通外界的气道，所述气道连通至所述灭弧格栅。
6.根据权利要求1所述的智能熔断器，其特征在于，所述切断装置包括活塞和连接于所述活塞的刀状结构，所述活塞与所述腔道过盈配合，所述活塞在所述驱动装置的驱动下从所述腔道向所述灭弧凹槽移动，所述刀状结构被所述活塞带动向所述灭弧凹槽移动以将所述导电板切断。
7.根据权利要求6所述的智能熔断器，其特征在于，所述刀状结构的底端形成斜面结构以切断所述导电板。
8.根据权利要求1所述的智能熔断器，其特征在于，所述腔道的侧壁上设有导向凹槽，所述切断装置设有与所述导向凹槽配合的导向凸部，所述切断装置向所述灭弧凹槽移动时，所述导向凸部沿所述导向凹槽滑动。
9.根据权利要求1所述的智能熔断器，其特征在于，所述灭弧结构由灭弧介质和粘结剂制成，所述灭弧结构包括占重量约1％～99％的所述灭弧介质和占重量约99％～1％的所述粘结剂。
10.根据权利要求9所述的智能熔断器，其特征在于，所述灭弧介质包括占重量约50％～5％的有机灭弧材料和占重量约50％～95％无机灭弧材料，所述有机灭弧材料选自胍、嘌呤、蜜胺、脲及其衍生物和混合物，所述无机灭弧材料选自石英砂、高岭土、石膏粉、无机硅酸盐、水合氧化铝、硼酸盐、碳酸钙、氢氧化镁及其混合物。
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