CN116885665A - 一种热保护模块和热保护型光伏连接器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及保护器件技术领域，尤其涉及一种热保护模块和热保护型光伏连接器。热保护模块包括相互并联连接的第一温度载流装置和第一高压分断装置。由于高压分断装置的电阻值及熔点高于温度载流装置的电阻值及熔点，再加上温度载流装置中的合金的直径大于高压分断装置中的合金的直径，进而实现通以额定电流时，主要由温度载流装置实现大部分的载流能力。在温度载流装置实现过温熔断瞬间，高压分断装置保持导通状态，电流流经高压分断装置，设定高压分断装置的载流能力小于额定电流，由于流经过电流，熔断体发热量逐步增加，并自行熔断，从而提高了耐压能力和分断能力。
Description
技术领域
本发明涉及保护器件技术领域，尤其涉及一种热保护模块和热保护型光伏连接器。
背景技术
光伏连接器在太阳能电池组件中作为连接和传输功用和维护组件。它的存在需要具备足够的安全性能，目前市场上的光伏连接器自身仅仅采用过流熔断器进行过流保护，更甚者无相关过流、过温保护。
当长时间户外光照、环境温度变化、户外老化、多次反复插拔作用下，出现接触件接触不良、环境温度持续上升等情况，并由此发生热失控，进而烧毁电路，从而导致安全事故的发生。
此项技术可作为光伏连接器的终极保护，通过预先设定热保护型光伏连接器的熔点，当光伏连接器周围环境温度出现异常温升、或过流导致的接触点温度升高，或老化导致接触电阻变大，引发的异常升温情况下，温度达到热保护型光伏连接器预先设定的熔点，产品会迅速熔断，进而瞬时切断回路，从而避免安全事故的发生。目前市场上的热熔断器，分断能力不足，不便于此类型产品的安装使用，且无相关行业应用。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种热保护模块和热保护型光伏连接器，能够满足光伏行业的技术需求。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种热保护模块，包括相互并联连接的第一温度载流装置和第一高压分断装置；
所述第一温度载流装置的熔点低于第一高压分断装置的熔点；所述第一温度载流装置的电阻值低于第一高压分断装置的电阻值；所述第一温度载流装置包括第一合金，所述第一高压分断装置包括第二合金，所述第一合金的直径大于第二合金的直径。
进一步的，还包括第二温度载流装置，所述第二温度载流装置与第一温度载流装置并联连接。
进一步的，所述第一高压分断装置还包括与第二合金串联连接的第一熔丝。
进一步的，所述第一合金、第二合金和第一熔丝均为n形结构，且两端具有并行段。
进一步的，在所述第一合金、第二合金和第一熔丝对应n形的拐点处分别设置阻断结构。
进一步的，所述第一合金和第二合金分别置于助熔断剂中，所述第一熔丝置于灭弧介质中。
进一步的，还包括第二高压分断装置，所述第二高压分断装置与第一高压分断装置并联连接。
进一步的，所述第一高压分断装置还包括与第二合金串联连接的第一熔丝，所述第二高压分断装置包括第三合金以及与所述第三合金串联连接的第二熔丝。
进一步的，所述第一合金、第二合金、第三合金、第一熔丝和第二熔丝均为n形结构，且两端具有并行段。
进一步的，所述第一合金、第二合金、第三合金、第一熔丝和第二熔丝对应n形的拐点处分别设置阻断结构。
进一步的，所述第一合金、第二合金和第三合金分别置于助熔断剂中，所述第一熔丝和第二熔丝分别置于灭弧介质中。
进一步的，所述第二合金的形状为W形。
进一步的，所述第二合金对应W形的拐点处分别设置阻断结构。
一种热保护光伏连接器，包括光伏连接器和上述的热保护模块，所述热保护模块内置于光伏连接器的母端插头中，所述热保护模块的一端接线头用于与光伏连接器的公端插头接插，所述热保护模块的另一端接线头外接导线引出。
进一步的，所述热保护模块的一端接线头为与冠簧配合的圆柱轴体，所述热保护模块的另一端接线头为导线配合的铆接件、焊接件或接触件。
本发明的有益效果在于：
本发明提供的一种热保护模块和热保护型光伏连接器，其中，热保护模块包括相互并联连接的第一温度载流装置和第一高压分断装置；所述第一温度载流装置的熔点低于第一高压分断装置的熔点；所述第一温度载流装置的电阻值低于第一高压分断装置的电阻值；所述第一温度载流装置包括第一合金，所述第一高压分断装置包括第二合金，所述第一合金的直径大于第二合金的直径。由于高压分断装置的电阻值及熔点高于温度载流装置的电阻值及熔点，再加上温度载流装置中的合金的直径大于高压分断装置中的合金的直径，进而实现通以额定电流时，主要由温度载流装置实现大部分的载流能力。在温度载流装置实现过温熔断瞬间，高压分断装置保持导通状态，电流流经高压分断装置，设定高压分断装置的载流能力小于额定电流，由于流经过电流，熔断体发热量逐步增加，并自行熔断，从而提高了耐压能力和分断能力。其性能满足光伏行业的要求，因而将其应用于热保护型光伏连接器中，进而以适用于电压高至1500VDC的光伏行业。
附图说明
图1所示为实施例一的一种热保护模块的结构分解图；
图2所示为实施例一的一种热保护模块的温度载流装置断开前的结构示意图；
图3所示为实施例一的一种热保护模块的温度载流装置断开后的结构示意图；
图4所示为实施例二的一种热保护模块的结构分解图；
图5所示为实施例二的一种热保护模块的温度载流装置断开前的结构示意图；
图6所示为实施例二的一种热保护模块的温度载流装置断开后的结构示意图；
图7所示为实施例三的一种热保护模块的结构分解图；
图8所示为实施例三的一种热保护模块的温度载流装置断开前的结构示意图；
图9所示为实施例三的一种热保护模块热保护型光伏连接器的温度载流装置断开后的结构示意图；
图10所示为实施例四和实施例五的一种热保护型光伏连接器的结构分解图；
图11所示为实施例四和实施例五的一种热保护型光伏连接器的装配图；
图12所示为实施例四和实施例五的一种热保护型光伏连接器的剖视图；
图13所示为实施例四和实施例五的一种热保护型光伏连接器的温度载流装置断开前的结构示意图；
图14所示为实施例四和实施例五的一种热保护型光伏连接器的温度载流装置断开后的结构示意图；
标号说明：
141、套管；142、盖板；143、注塑件；144、右电极；145、桥接片；146、左电极；147、电极柱；148、合金a；149合金b；150、熔丝；151、助熔断剂a；152、助熔断剂b；153、灭弧介质；154、外壳；
101、套管；102、盖板；103、注塑件；104、右电极；105、桥接片；106、左电极；107、电极柱；108、合金a；109、合金b；110、熔丝；111、合金c；112、助熔断剂a；113、灭弧介质；114、助熔断剂b；115、助熔断剂c；116、外壳；
121、套管；122、盖板；123、注塑件；124、右电极；125、桥接片a；126、左电极；127、电极柱；128、桥接片b；129、熔丝a；130、合金a；131、合金b；132、合金c；133、熔丝b；134、灭弧介质a；135、助熔断剂a；136、助熔断剂b；137、助熔断剂c；138、灭弧介质b；139、外壳；
161、套管；162、盖板；163、注塑件；164、右电极；165、公防水插头；166、导线a；167、连接端子；168、电极柱；169、左电极；170、母防水插头；171、导线b；172、助熔断剂a；173、助熔断剂b；174、合金b；175、合金a；176、外壳。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
请参照图1至图14所示，本发明的一种热保护模块，包括相互并联连接的第一温度载流装置和第一高压分断装置；
所述第一温度载流装置的熔点低于第一高压分断装置的熔点；所述第一温度载流装置的电阻值低于第一高压分断装置的电阻值；所述第一温度载流装置包括第一合金，所述第一高压分断装置包括第二合金，所述第一合金的直径大于第二合金的直径。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：
本发明的一种热保护模块包括相互并联连接的第一温度载流装置和第一高压分断装置；所述第一温度载流装置的熔点低于第一高压分断装置的熔点；所述第一温度载流装置的电阻值低于第一高压分断装置的电阻值；所述第一温度载流装置包括第一合金，所述第一高压分断装置包括第二合金，所述第一合金的直径大于第二合金的直径。由于高压分断装置的电阻值及熔点高于温度载流装置的电阻值及熔点，再加上温度载流装置中的合金的直径大于高压分断装置中的合金的直径，进而实现通以额定电流时，主要由温度载流装置实现大部分的载流能力。在温度载流装置实现过温熔断瞬间，高压分断装置保持导通状态，电流流经高压分断装置，设定高压分断装置的载流能力小于额定电流，由于流经过电流，熔断体发热量逐步增加，并自行熔断，从而提高了耐压能力和分断能力。
进一步的，还包括第二温度载流装置，所述第二温度载流装置与第一温度载流装置并联连接。
从上述描述可知，通过上述结构设计，可进一步的提高载流能力和耐压能力。
进一步的，所述第一高压分断装置还包括与第二合金串联连接的第一熔丝。
从上述描述可知，通过上述结构设计，可进一步的提高载流能力和耐压能力。
进一步的，所述第一合金、第二合金和第一熔丝均为n形结构，且两端具有并行段。
从上述描述可知，在分断过程中必然产生电弧，由于n形结构所形成的并行段设置，存在高电场强度，电子之间相斥，拉长电弧，加快自由电子与正离子的复合与扩散，可实现快速地分断保护行为。
进一步的，在所述第一合金、第二合金和第一熔丝对应n形的拐点处分别设置阻断结构。
从上述描述可知，通过设置阻断结构，形成物理隔离，可进一步提升分断稳定性。
进一步的，所述第一合金和第二合金分别置于助熔断剂中，所述第一熔丝置于灭弧介质中。
从上述描述可知，灭弧介质能够有效熄灭熔断体分断过程中产生的电弧，助熔断剂能够帮助温度载流装置快速熔断响应。
进一步的，还包括第二高压分断装置，所述第二高压分断装置与第一高压分断装置并联连接。
从上述描述可知，通过上述结构设计，可进一步的提高载流能力和耐压能力。
进一步的，所述第一高压分断装置还包括与第二合金串联连接的第一熔丝，所述第二高压分断装置包括第三合金以及与所述第三合金串联连接的第二熔丝。
从上述描述可知，一般情况下，第三合金与第一合金是相同，能够保证整体稳定性。
进一步的，所述第一合金、第二合金、第三合金、第一熔丝和第二熔丝均为n形结构，且两端具有并行段。
从上述描述可知，在分断过程中必然产生电弧，由于n形结构所形成的并行段设置，存在高电场强度，电子之间相斥，拉长电弧，加快自由电子与正离子的复合与扩散，可实现快速地分断保护行为。
进一步的，所述第一合金、第二合金、第三合金、第一熔丝和第二熔丝对应n形的拐点处分别设置阻断结构。
从上述描述可知，通过设置阻断结构，形成物理隔离，可进一步提升分断稳定性。
进一步的，所述第一合金、第二合金和第三合金分别置于助熔断剂中，所述第一熔丝和第二熔丝分别置于灭弧介质中。
从上述描述可知，灭弧介质能够有效熄灭熔断体分断过程中产生的电弧，助熔断剂能够帮助温度载流装置快速熔断响应。
进一步的，所述第二合金的形状为W形。
从上述描述可知，采用纯合金的方案，并且第二合金的形状为W形，能够提高载流能力和耐压能力。
进一步的，所述第二合金对应W形的拐点处分别设置阻断结构。
从上述描述可知，通过设置阻断结构，形成物理隔离，可进一步提升分断稳定性。
一种热保护光伏连接器，包括光伏连接器和上述的热保护模块，所述热保护模块内置于光伏连接器的母端插头中，所述热保护模块的一端接线头用于与光伏连接器的公端插头接插，所述热保护模块的另一端接线头外接导线引出。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：
将上述的热保护模块应用于热保护型光伏连接器中，进而以适用于电压高至1500VDC的光伏行业。
进一步的，所述热保护模块的一端接线头为与冠簧配合的圆柱轴体，所述热保护模块的另一端接线头为导线配合的铆接件、焊接件或接触件。
请参照图1至图3所示，本发明的实施例一为：
当光伏连接器工作在1500VDC高压，电路存在热失控的情况下，连接器周围环境温度持续快速升温，在无相关保护措施下或者前端过流保护失效，热保护型光伏连接器感受到环境温度，由此启动保护作用，其工作原理如下：
需要说明的是：
在本实施例中，熔断体为熔丝150；第一温度载流装置为合金a 148；第一高压分断装置为合金b 149。设定合金b 149通过桥接片145串联熔丝150，串联后作为整体与合金a148并联，进一步的串接于左电极146与右电极144之间，封装于填充有助熔断剂a 151、助熔断剂b 152、灭弧介质153的外壳154内。
合金a阻值远低于合金b串联熔丝后的总阻值，电阻值越小，载流分配越高，避免了高压分断装置在过电流时的误动作。合金b熔点高于合金a，其熔点差值4℃以上；熔点的差异保证了温度载流装置在出现异常温升时，必然先动作；合金a的直径大于合金b，解决高压分断时，合金的直径越小，合金的收缩速率越快。因此在正常工作时电流优先集中通过合金b串联熔丝的一通路，合金a先于合金b断开。
当环境温度异常升高，通过热传递，热量传递给套管141、电极柱147、右电极144，进一步的传递给外壳154、左电极146、盖板142、注塑件143，然后同时传递给助熔断剂a、助熔断剂b、灭弧介质，最后同时传递给合金a、合金b、熔丝。
当传递至合金a温度达到其预先设定熔点时，其发生熔断，并在助熔断剂a帮助下收缩至右电极、左电极表面。而后电流瞬间平均同时流经熔丝，并将其熔断，在灭弧介质帮助下，熄灭电弧，此时为防止电压再次击穿合金a、合金b、熔丝，因此将其折弯成为n形状，并配合盖板上的挡片形成凸起挡墙，以此实现最终彻底切断光伏连接器电路，避免热失控发生。
上述实施例一所对应的实验数据如下表1：
表1
请参照图4至图6所示，本发明的实施例二为：
与上述实施例一的区别在于：
在实施例一的基础上，增加了与第一温度载流装置结构相同的第二温度载流装置，并且所述第二温度载流装置与第一温度载流装置并联连接。
需要说明的是：
在本实施例中，熔断体为熔丝110；第一温度载流装置为合金b 109；第一高压分断装置为合金a 108；第二温度载流装置为合金c 111。其中，合金b、合金c阻值均远低于串联后的合金a和熔丝；合金a的熔断温度高于合金b、合金c；合金b和合金c的直径相等且均大于合金a。当光伏连接器工作在1500VDC高压，电路存在热失控的情况下，连接器周围环境温度持续快速升温，在无相关保护措施下，或者前端过流保护失效，热保护型光伏连接器感受到环境温度，由此启动保护作用，其工作原理如下：
设定合金a 108串联熔丝110，串联后作为整体与合金b 109、合金c 111并联。因此在正常工作时电流优先集中通过合金b、合金c。
当环境温度异常升高，通过热传递，热量依次传递给套管101、外壳116、盖板102、注塑件103，进而同时传递给助熔断剂a 112、助熔断剂b 114、助熔断剂c 115、灭弧介质113，再同时传递给合金a、合金b、合金c，最后同时传递给右电极104、桥接片105、左电极106、电极柱107。
当传递至合金b、合金c温度达到其预先设定熔点时，其发生熔断，并在助熔断剂a、助熔断剂b帮助下收缩至右电极、桥接片、左电极表面。而后电流瞬间流经熔丝，并将其熔断，在灭弧介质帮助下，熄灭电弧，此时为防止电压再次击穿合金a、合金b、合金c、熔丝，因此将其折弯成为n形状，并配合盖板上的挡片形成凸起挡墙，以此实现最终彻底切断光伏连接器电路，避免热失控发生。
上述实施例二所对应的实验数据如下表2：
表2
请参照图7至图9所示，本发明的实施例三为：
与上述实施例一的区别在于：
在实施例一的基础上，增加了第二高压分断装置，并且所述第二高压分断装置与第一高压分断装置并联连接。
以下以两组为例，包括两个熔断体(分别为熔丝a129和熔丝b 133)和两个第二高压分断装置(分别为合金b 131和合金c 132)以及第一温度载流装置为合金a 130。
其中，合金a阻值均远低于串联后的合金b和熔丝a以及串联后的合金c和熔丝b；合金b、合金c的熔断温度高于合金a；合金b和合金c的直径相等且均小于合金a。
当光伏连接器工作在1500VDC高压，电路存在热失控的情况下，连接器周围环境温度持续快速升温，在无相关保护措施下，或者前端过流保护失效，热保护型光伏连接器感受到环境温度，由此启动保护作用，其工作原理如下：
设定合金b 131通过桥接片a 125串联熔丝a 129，合金c 132通过桥接片b128串联熔丝b 133，串联后同时与合金a 130并联，并联后作为整体串接于左电极126与右电极124之间，封装于填充有助熔断剂a 135、助熔断剂b 136、助熔断剂c 137、灭弧介质a 134、灭弧介质b 138的外壳139内。
熔丝a、熔丝b阻值远大于合金a、合金b、合金c，因此在正常工作时电流优先集中通过合金a，合金b、合金c温度高于合金a，因此合金a相比合金b、合金c先行断开。
当环境温度异常升高，通过热传递，热量传递给套管121、电极柱127、右电极124，进一步的传递给外壳139、左电极126、盖板122、注塑件123然后同时传递给助熔断剂a、助熔断剂b、助熔断剂c、灭弧介质a、灭弧介质b，最后同时传递给合金a、合金b、合金c、熔丝a、熔丝b。
当传递至合金a温度达到其预先设定熔点时，其发生熔断，并在助熔断剂a帮助下收缩至右电极、左电极表面。而后电流瞬间平均同时流经熔丝a、熔丝b，并将其熔断，在灭弧介质a、灭弧介质b帮助下，熄灭电弧，此时为防止电压再次击穿合金b、合金c、熔丝a、熔丝b，因此将其折弯成为n形状，并配合盖板上的挡片形成凸起挡墙，以此实现最终彻底切断光伏连接器电路，避免热失控发生。
需要说明的是：本方案优选将合金和熔丝设计成n形，当然也可以设计成方形、直线形、m形等其他形状。
上述实施例三所对应的实验数据如下表3：
表3
请参照图10至图12所示，本发明的实施例四为：
与上述实施例一至三中的高压分断装置不同，本实施例的高压分断装置采用纯合金结构，即不需要串联熔丝。通过将所述第二合金的形状设计为n形或W形来代替原有的合金加熔丝的方案，通过以下实验数据能够证明采用上述技术手段能够达到所宣称的技术效果。
需要说明的是：
在本实施例中，第一温度载流装置为合金a 175；第一高压分断装置为合金b 174。其中，合金a 175的熔点低于合金b 174的熔点；合金a 175的电阻值低于合金b 174的电阻值；合金a 175的直径大于合金b 174的直径。
工作原理与上述实施例一至三相似。
上述实施例四所对应的实验数据如下表4：
表4
继续参照图10至图14所示，本发明的实施例五为：
一种热保护型光伏连接器包括光伏连接器和热保护模块，所述热保护模块内置于光伏连接器的母端插头中，所述热保护模块的一端接线头用于与光伏连接器的公端插头接插，所述热保护模块的另一端接线头外接导线引出。所述热保护模块的一端接线头为与冠簧配合的圆柱轴体，所述热保护模块的另一端接线头为导线配合的铆接件、焊接件或接触件。
光伏连接器包括套管161、盖板162、注塑件163、右电极164、公防水插头165、导线a166、连接端子167、电极柱168、左电极169、母防水插头170、导线b 171、助熔断剂a 172、助熔断剂b 173、合金b 174、合金a 175以及外壳176，并根据图10至图12所示装配而成。
其中套管161、盖板162、注塑件163、右电极164、左电极169、助熔断剂a 172、助熔断剂b 173、合金b 174、合金a 175以及外壳176共同形成热熔断器177。
需要说明的是：上述实施例一至五中所包含的阻断结构，其为盖板上的挡片形成凸起挡墙，该凸起挡墙的凸出高度≥3mm，凸起挡墙可采用两个，两个凸起挡墙相互平行设置，且两个凸起挡墙之间的间隔≥2mm。n形合金的绝缘耐压距离设置为≥5mm。
综上所述，本发明提供的一种热保护模块和热保护型光伏连接器，其中，热保护模块包括相互并联连接的第一温度载流装置和第一高压分断装置；所述第一温度载流装置的熔点低于第一高压分断装置的熔点；所述第一温度载流装置的电阻值低于第一高压分断装置的电阻值；所述第一温度载流装置包括第一合金，所述第一高压分断装置包括第二合金，所述第一合金的直径大于第二合金的直径。由于高压分断装置的电阻值及熔点高于温度载流装置的电阻值及熔点，再加上温度载流装置中的合金的直径大于高压分断装置中的合金的直径，进而实现通以额定电流时，主要由温度载流装置实现大部分的载流能力。在温度载流装置实现过温熔断瞬间，高压分断装置保持导通状态，电流流经高压分断装置，设定高压分断装置的载流能力小于额定电流，由于流经过电流，熔断体发热量逐步增加，并自行熔断，从而提高了耐压能力和分断能力。其性能满足光伏行业的要求，因而将其应用于热保护型光伏连接器中，进而以适用于电压高至1500VDC的光伏行业。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (11)
1.一种热保护模块，其特征在于，包括相互并联连接的第一温度载流装置和第一高压分断装置；
所述第一温度载流装置的熔点低于第一高压分断装置的熔点；所述第一温度载流装置的电阻值低于第一高压分断装置的电阻值；所述第一温度载流装置包括第一合金，所述第一高压分断装置包括第二合金，所述第一合金的直径大于第二合金的直径。
2.根据权利要求1所述的一种热保护模块，其特征在于，还包括第二温度载流装置，所述第二温度载流装置与第一温度载流装置并联连接。
3.根据权利要求2所述的一种热保护模块，其特征在于，所述第一高压分断装置还包括与第二合金串联连接的第一熔丝。
4.根据权利要求1所述的一种热保护模块，其特征在于，还包括第二高压分断装置，所述第二高压分断装置与第一高压分断装置并联连接。
5.根据权利要求4所述的一种热保护模块，其特征在于，所述第一高压分断装置还包括与第二合金串联连接的第一熔丝，所述第二高压分断装置包括第三合金以及与所述第三合金串联连接的第二熔丝。
6.根据权利要求5所述的一种热保护模块，其特征在于，所述第一合金、第二合金、第三合金、第一熔丝和第二熔丝均为n形结构，且两端具有并行段。
7.根据权利要求6所述的一种热保护模块，其特征在于，所述第一合金、第二合金、第三合金、第一熔丝和第二熔丝对应n形的拐点处分别设置阻断结构。
8.根据权利要求1所述的一种热保护模块，其特征在于，所述第二合金的形状为W形。
9.根据权利要求8所述的一种热保护模块，其特征在于，所述第二合金对应W形的拐点处分别设置阻断结构。
10.一种热保护光伏连接器，其特征在于，包括光伏连接器和权利要求1-9任意一项所述的热保护模块，所述热保护模块内置于光伏连接器的母端插头中，所述热保护模块的一端接线头用于与光伏连接器的公端插头接插，所述热保护模块的另一端接线头外接导线引出。
11.根据权利要求10所述的一种热保护光伏连接器，其特征在于，所述热保护模块的一端接线头为与冠簧配合的圆柱轴体，所述热保护模块的另一端接线头为导线配合的铆接件、焊接件或接触件。
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