CN207938547U - 一种自控制保护器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自控制保护器。包括绝缘基板；上壳，粘结在绝缘基板上表面，上壳内朝向保险丝模块的一面设置有力产生部件，力产生部件对保险丝模块形成朝向上壳方向的作用力；保险丝模块，设置在绝缘基板上表面，包括三个端子以及熔断合金，发热体模块，贴于絶縁基板背面或内嵌于绝缘基板背面凹槽中，具有散热端子，散热端子与保险丝模块中单独端子连接。本实用新型通过采用外力分离熔断合金与端子的连接，起到安全分断线路的作用，采用多堵孔与通孔并联分流的方式减小导通电阻，亦或者在保险丝模块的散热端子直接与外部电路连接，降低元件整体的通电路径电阻，从而实现提高额定电流。

Description

一种自控制保护器

技术领域

本实用新型属于电路保护装置技术领域，涉及一种自控制保护器。

背景技术

锂离子充电电池在手机、笔记本、平板电脑、数码相机等便携式移动设备中已得到大量地应用，其具有诸多优越性能的同时，却依然有着一旦充放电管理不当，就可能会起火燃烧、爆炸等缺点，特别是在电动车上应用时，因其使用锂离子电池的数量或体积非常巨大，一旦发生燃烧或爆炸，甚至会危及生命。

目前锂离子电池广泛应用两级以上的充放电保护回路，一级保护采用IC加MOSFET，已基本上能起到正常的过流、过压、防反充等各项保护。但一旦一级保护失效（虽然这种概率很小，但还是要预防这种可能性），就需要二级保护起到必要的保护作用，目前二级保护有PTC、Breaker、SMD Fuse、温度保险丝、IC加MOSFET、自控制保护器多种保护方式。但锂离子电池除了过高电压充电有危险外，过低电压也会使锂离子电池处于危险的状态，上述多种保护方式，除自控制保护器能有一定的过低电压保护功能外，其它各种保护方式均无低电压保护功能。

随着锂离子电池正在越来越多地应用到储能电池、电动自行车电池、无人机、扫地机、电动平衡车等诸多新的领域中，其对应的保护器件需要具有高电压与大电流特点，但现有保护器件无法满足需要。

目前市场上的自控制保护器，在低电压时，通过适当的发热体阻值得到合适的功率来试图熔断合金，但高压保护时的电压较之低压保护时的电压相差2倍或更高（如两串电池高压时的9V与低压时的3V），发热功率（U²/R）就会相差四倍或更高倍数，目前市场上的自控制保护器采用钌系或银钯系的浆料来作为发热电阻，其耐热性较差，在高温下容易出现阻值急剧增大的现象，而大电压环境下发热体能达到表现温度能达到900℃以上。实际应用中发现，合金来不及熔断，发热体自身阻值急剧增大，这时候发热功率不足以熔断合金。

发明内容

为解决上述问题，本实用新型公开了一种高电压化、大电流化的自控制保护器。

为了达到以上目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种自控制保护器，包括

绝缘基板；

上壳，粘结在绝缘基板上表面，上壳内朝向保险丝模块的一面设置有力产生部件，所述力产生部件对保险丝模块形成朝向上壳方向的作用力；

保险丝模块，设置在绝缘基板上表面，包括三个端子以及设置在三个端子上与三个端子电连接的熔断合金，三个端子包括与发热体模块连接的单独端子，以及与外部电路连接的两个回路端子；

发热体模块，贴于絶縁基板背面或内嵌于绝缘基板背面凹槽中，具有散热端子，所述散热端子与保险丝模块中单独端子连接。

进一步的，所述绝缘基板上设置有与保险丝模块上的三个端子连接的散热电极，散热电极包括两个回路散热电极和一个单独端散热电极，回路散热电极上具有堵孔，单独端散热电极上具有通孔，堵孔与通孔内都会填充导电浆料。

进一步的，所述力产生部件包括磁铁，所述熔断合金采用磁性合金材料制成。

进一步的，所述熔断合金表面还进一步镀有Fe/Ni/Co的纯铜合金。

进一步的，所述力产生部件包括弹簧，所述弹簧一端连接在上壳内朝向保险丝模块的一面，另一端连接在熔断合金上，且弹簧处于拉伸状态。

进一步的，所述弹簧为两根，分别连接在熔断合金的两端。

进一步的，所述熔断合金采用表面贴装型式的保险丝元件。

进一步的，所述熔断合金采用低熔点合金、或者高熔点合金、或者高熔点与低熔点形成的复合合金。

进一步的，当采用高熔点与低熔点形成的复合合金时，利用高熔点金属层与低熔点金属层进行叠层、包覆或镶嵌形成熔断合金，且低熔点金属层的体积大于高熔点金属层体积。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和有益效果：

1.通过采用外力（如弹簧的拉力、磁吸引力等）分离熔断合金与端子的连接，起到安全分断线路的作用，采用多堵孔与通孔并联分流的方式减小导通电阻，亦或者在保险丝模块的散热端子直接与外部电路连接，降低元件整体的通电路径电阻，从而实现提高额定电流。

2.熔断合金选择高电导率与导热性优秀的材料，能够降低元件的整体通电路径电阻，实现提高额定电流。

3.保险丝模块的熔断合金选用高熔点与低熔点金属通过一定的方式复合的合金，具有高电导率同时安全过回流焊的效果。

4.还可以采用市面已有的高额定电流的chip fuse、PPTC、CPTC等电流防护元器件作为保险丝模块的熔断合金，起到提供额定电流效果。

附图说明

图1为本实用新型提供的自控制保护器外观俯视图；

图2为实施例一提供的自控制保护器纵向剖开示意图；

图3为绝缘基板俯视图；

图4为保险丝模块中端子置于绝缘基板上方的俯视图；

图5为熔断合金置于绝缘基板上方的俯视图；

图6为发热体模块横向剖开示意图；

图7为实施例二提供的自控制保护器纵向剖开示意图；

图8为采用表面贴装型式的保险丝元件的熔断合金置于绝缘基板上方的俯视图；

图9为高熔点合金与低熔点合金采用层叠方式形成的复合熔断合金侧视图；

图10为高熔点合金与低熔点合金采用镶嵌方式形成的复合熔断合金俯视图；

图11为上壳俯视图。

附图标记说明：

1-散热端子，3-发热丝，4-发热基体，5-绝缘基板，6-单独端子，7-回路端子，9-熔断合金，10-助熔断剂，11-贴装型式的保险丝元件，12-低熔点金属，13-高熔点金属，14-回路散热电极，15-单独端散热电极，16-通孔，17-堵孔，18-上壳，19-磁铁，22-弹簧。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本实用新型，应理解下述具体实施方式仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

实施例一：

如图1、图2、图11所示的一种自控制保护器，包括绝缘基板5、上壳18、保险丝模块、发热体模块，其中上壳18粘结在绝缘基板5上表面，保护保险丝模块。上壳18与绝缘基板5之间形成空腔，上壳内朝向保险丝模块的一面设置有磁铁19。保险丝模块设置在绝缘基板上表面，包括三个端子以及设置在三个端子上方与三个端子电连接的熔断合金，三个端子包括与发热体模块连接的单独端子6，以及与外部电路连接的两个回路端子7，熔断合金采用磁性合金材料制成，因此上壳内的磁铁对熔断合金产生朝向上壳方向的作用力（引力）。发热体模块内嵌粘结在绝缘基板5背面凹槽中，具有散热端子1，散热端子1与保险丝模块中单独端子连接。发热体模块也可以紧贴于絶縁基板背面。

具体的说，如图3所示，绝缘基板5上具有三个散热电极，散热电极印刷在绝缘基板的正面与背面，散热电极与保险丝模块上的三个端子连接。其中上下两个回路散热电极14上具有堵孔17，一侧的单独端散热电极15上具有通孔16，堵孔与通孔内都会填充导电浆料且其个数与大小由分流效果决定。如图4所示，保险丝模块上的三个端子印刷在绝缘基板上，优选导电率良好的银浆作为填充与印刷材料。同时为了防止端子氧化与增加端子的可焊性可以对其进行Ni/Au镀层。如图5所示，具有磁性的熔断合金9被焊接在绝缘基板表面的保险丝模块的端子上，熔断合金9表面优选涂布有助熔断剂10。熔断合金优选采用含有Fe/Ni/Co中的一种或多种成分形成的具有磁性的合金，表面还可进一步镀有Fe/Ni/Co的纯铜合金。

熔断合金9焊接在端子上时，需要选择合适的焊料，既要求低阻实现保险丝模块的高额定电流负载，又要有相对低的熔点，能够在自发热或者发热体模块传热下松软熔融，从而实现合金的与保险丝模块的三个端子的安全分离。

如图6所示，发热体模块包括发热丝3、发热基体4、散热端子1。发热基体4采用陶瓷浆料经过湿法流延叠层或者干法流延成厚膜后叠层工艺形成。发热丝3被包裹在发热基体4的中间层，从而起到隔绝空气防止高温烧结氧化的可能。发热基体4的边缘具有两个裸露的凹槽，其将发热基体里的发热丝的两端露出，连接发热体模块的散热端子。采用耐高温的钨浆或者钼锰浆料作为发热体模块里的发热丝材质，具有在高温下阻值稳定的特征，可以提高产品耐压。

当发热体的热量传导使焊接熔断合金的锡膏等焊料松软时，在磁力作用下上壳内的磁铁吸附磁性合金制成的熔断合金使熔断合金与其连接的三个端子分离从而切断电路。或者当外接电路的出现异常大电流时，依靠焊点的自发热使焊膏松软，同样依靠磁力作用使熔断合金与其连接的端子分离从而切断电路。

实施例二：

如图7所示的一种自控制保护器，包括绝缘基板5、上壳18、保险丝模块、发热体模块，其中上壳18粘结在绝缘基板5上表面，上壳18与绝缘基板5之间形成空腔，上壳内朝向保险丝模块的一面设置有两根弹簧22。两根弹簧均是一端连接在上壳内朝向保险丝模块的一面，另一端连接在熔断合金上，且弹簧处于拉伸状态，产生朝向上壳方向的作用力（回弹力）。保险丝模块包括三个端子以及设置在三个端子上与三个端子电连接的的熔断合金9，三个端子包括与发热体模块连接的单独端子6，以及与外部电路连接的两个回路端子7。发热体模块内嵌粘结在绝缘基板5背面凹槽中，具有散热端子，散热端子与保险丝模块中单独端子连接。发热体模块也可以紧贴于絶縁基板背面。

除上壳与熔断合金之间的弹簧外，本实施例中绝缘基板5、上壳18、保险丝模块、发热体模块的结构与实施例一相同。

熔断合金可以直接采用表面贴装型式的保险丝元件11，如chip fuse，pptc，cptc等，需要使用高温胶将元件粘合在绝缘基体正面上，且需将元件的两端分别与保险丝模块的与外部电路连接的回路端子相连，并需要将元件的任一端与保险丝模块的单独端的端子相连，如图8所示。

熔断合金可采用低熔点合金如铋铟锡合金，或者高熔点合金如锡铅、锡银、锡铅锑合金，或者高熔点与低熔点形成的复合合金。当采用高熔点与低熔点形成的复合合金时，熔断合金可利用高熔点金属13层与低熔点金属12层进行叠层（图9）、包覆或镶嵌（如图10中，高熔点金属13的表面具有多个开口的部，将低熔点金属12填孔到开口部里去）形成，其可以采用电镀、溅射、填充等方式完成复合，且低熔点金属层的体积必须大于高熔点金属层体积。

当发热体的热量传导使焊接的锡膏等焊料松软时，依靠弹簧形变产生的拉力使合金与其连接的三个端子分离从而切断电路。或者当外接电路的出现异常大电流时，依靠焊点的自发热使焊膏松软，同样依靠弹簧拉力作用使合金与其连接的端子分离从而切断电路。

与传统的自控制保护器相比，在发热元件电阻值相近的情况下，在本实用新型提供的保护器两电极之间加上逐渐增大的电压通电10秒钟，断电等发热丝表面冷却后测试阻值，检验发热丝阻值稳定的情况。

测试结果如下：

由此可以说明使用耐高温的钨浆或者钼锰浆料充当发热丝的材料，可以使产品耐压等级大幅提高，增加产品的电压保护范围；

本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种自控制保护器，其特征在于，包括：

绝缘基板；

上壳，粘结在绝缘基板上表面，上壳内朝向保险丝模块的一面设置有力产生部件，所述力产生部件对保险丝模块形成朝向上壳方向的作用力；

保险丝模块，设置在绝缘基板上表面，包括三个端子以及设置在三个端子上与三个端子电连接的熔断合金，三个端子包括与发热体模块连接的单独端子，以及与外部电路连接的两个回路端子；

发热体模块，贴于絶縁基板背面或内嵌于绝缘基板背面凹槽中，具有散热端子，所述散热端子与保险丝模块中单独端子连接。

2.根据权利要求1所述的自控制保护器，其特征在于：所述绝缘基板上设置有与保险丝模块上的三个端子连接的散热电极，散热电极包括两个回路散热电极和一个单独端散热电极，回路散热电极上具有堵孔，单独端散热电极上具有通孔，堵孔与通孔内都会填充导电浆料。

3.根据权利要求1或2所述的自控制保护器，其特征在于：所述力产生部件包括磁铁，所述熔断合金采用磁性合金材料制成。

4.根据权利要求3所述的自控制保护器，其特征在于：所述熔断合金表面还镀有Fe/Ni/Co的纯铜合金。

5.根据权利要求1或2所述的自控制保护器，其特征在于：所述力产生部件包括弹簧，所述弹簧一端连接在上壳内朝向保险丝模块的一面，另一端连接在熔断合金上，且弹簧处于拉伸状态。

6.根据权利要求5所述的自控制保护器，其特征在于：所述弹簧为两根，分别连接在熔断合金的两端。

7.根据权利要求5所述的自控制保护器，其特征在于：所述熔断合金采用表面贴装型式的保险丝元件。

8.根据权利要求5所述的自控制保护器，其特征在于：所述熔断合金采用低熔点合金、或者高熔点合金、或者高熔点与低熔点形成的复合合金。

9.根据权利要求8所述的自控制保护器，其特征在于：当采用高熔点与低熔点形成的复合合金时，利用高熔点金属层与低熔点金属层进行叠层、包覆或镶嵌形成熔断合金，且低熔点金属层的体积大于高熔点金属层体积。

10.根据权利要求1所述的自控制保护器，其特征在于：所述发热体模块还包括发热丝、发热基体，发热丝被包裹在发热基体中，自发热基体边缘露出与散热端子连接，所述发热丝采用钨浆或者钼锰浆料制成。