CN220914149U - 一种主被动一体的保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动汽车及其它电力控制领域，具体指一种主被动一体的保护装置，包括通过导电件以串联导电方式集成的接触器和激励熔断器、串联有开关的被动触发回路、与开关联动设置的磁触发装置，磁触发装置设置在导电件通电情况下产生的磁场回路上，激励源还可接收外部触发信号动作实现主动保护；激励熔断器的激励源通过被动触发回路与接触器的驱动线圈控制电源导电连接，正常工作状态下，开关为常开状态；当导电件的电流超过阈值时，磁触发装置被触发并驱动开关闭合，被动触发回路导通向激励源发送触发信号，实现所述保护装置的被动保护。本发明具备主被动保护功能，分断范围、动作时间快、回路电阻低，温升功耗更好；体积小，结构简单可靠。

Description

一种主被动一体的保护装置

技术领域

本发明涉及电动汽车及其它电力控制领域，尤其是指新能源直流配电领域的保护电器，具体地，涉及一种主被动一体的保护装置。

背景技术

现有的新能源直流配电领域，尤其是电动汽车的高压配电单元(BDU)，保护和控制器件分别是接触器和熔断器，其中，用于短路保护的熔断器分为传统的熔化式熔断器和新型的具有主动控制功能的激励熔断器。当接触器和传统熔断器配合使用时，由于传统熔断器的保护电流下限高于接触器的额定电流，容易造成接触器触头粘连，从而分断失败，导致事故发生；同时，传统熔断器属于被动保护器件，无法进行主动控制，不能进行零电流和小电流切断，在一些特殊情况下无法可靠执行分断功能。

目前，优选是接触器和激励熔断器配合使用。当接触器和激励熔断器配合使用时，激励熔断器属于主动保护器件，可以实现快速分断、零电流或小电流分断。但是其存在一定的缺陷，即短路保护完全依赖于保护系统的控制可靠性，当控制系统出现故障时，无论短路电流多大，电路都无法断开。比如，申请人开发了如中国专利2022215716777公开的一种高可靠性主被动一体保护装置，该保护装置为无源激励保护装置，该产品在原有激励熔断器可接受系统主动控制的基础上，增加了被动保护功能，基本原理是在主回路(激励熔断器的导电板)上串联了信号熔体，当主回路中电流过大时，信号熔体可被动熔断。将信号熔体熔断断口两端的电压信号连接至激励源，从而触发激励源动作，完成电路的切断。该产品具备主被动一体保护功能，但也存在一定的缺点：因为主回路中串联了信号熔体，该信号熔体需要保证正常载流及抗电流冲击能力，还要在异常电流时熔断，因此其短路保护的下限值较高，且动作时间较长，不能满足部分系统要求，同时，也是因为串联了信号熔体，整个主回路的电阻值相比普通的激励熔断器有所增加，温升功耗变差。

发明内容

本发明的所要解决的技术问题提供一种主被动一体的保护装置，接触器与激励熔断器以串联导电方式集成，在不改变接触器和激励熔断器主回路结构的情况下，通过设置磁触发装置控制被动触发回路向激励源发送触发信号，保持主回路电阻值不变、功耗不变的情况下，提高保护可靠性。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是一种主被动一体的保护装置，包括接触器、激励熔断器、被动触发回路、磁触发装置；所述接触器与所述激励熔断器以串联导电方式集成；所述激励熔断器的激励源也可接收所述保护装置外部发送的触发信号动作，实现所述保护装置的主动保护；所述接触器通过导电件与所述激励熔断器串联，所述磁触发装置设置在所述导电件通电情况下产生的磁场回路上，所述磁触发装置采用导磁材料制成；当流过所述导电件的电流超过设定阈值时，所述磁触发装置被触发并使得所述磁触发装置中的至少一部分可在所述导电件通电时产生的磁场力的作用下产生位移；所述被动触发回路中串联有开关，所述开关与所述磁触发装置机械联动；所述保护装置正常工作状态下，所述开关为常开状态，所述被动触发回路为断开状态；所述激励熔断器的激励源通过所述被动触发回路与接触器的驱动线圈控制电源导电连接；当流过所述导电件的电流超过设定阈值时，所述磁触发装置被触发并驱动所述开关闭合，使得所述被动触发回路导通向所述激励源发送触发信号，所述激励熔断器根据接收到的触发信号动作，实现所述保护装置的被动保护。

优选地，所述磁触发装置包括动导磁体、静导磁体，在所述开关处于常开状态时，所述动导磁体与静导磁体间设置有空气间隙；所述静导磁体或所述动导磁体围绕所述导电件设置，所述动导磁体设置于所述开关处并与所述开关机械联动；当流过所述导电件的电流超过阈值时，所述动导磁体朝向所述静导磁体位移，所述动导磁体在位移过程中，驱动所述开关闭合。

优选地，所述动导磁体以旋转拍合方式或平动方式向所述静导磁体位移。

优选地，所述动导磁体通过限位件限定其初始位置。

优选地，所述限位件为弹簧，所述弹簧一端与所述动导磁体连接，另一端固定设置。

优选地，所述静导磁体的一端开设有贯通所述静导磁体两侧的凹槽，所述导电件从所述凹槽中穿过，所述动导磁体设置于所述静导磁体开设有所述凹槽一端；在所述磁触发装置的初始状态时，所述动导磁体与所述静导磁体开设有所述凹槽的一端呈夹角设置或平行设置，使得所述动导磁体与所述静导磁体之间形成空气间隙。

优选地，所述开关为开关片结构或微动开关，其中，所述开关片结构包括静开关片和动开关片；所述动导磁体与所述动开关片机械联动，或者，所述动导磁体与所述微动开关的驱动杆机械联动；当流过所述导电件的电流超过阈值时，所述动导磁体朝向所述静导磁体位移，并驱动所述动开关片朝向静开关片位移或，驱动所述微动开关的驱动杆朝着所述微动开关的闭合方向位移，使所述开关闭合。

优选地，所述激励熔断器包括激励源、激励动作件、所述导电件；所述磁触发装置设置于所述激励熔断器中；所述磁触发装置被触发并驱动所述开关闭合，使得所述被动触发回路导通向所述激励源发送触发信号，所述激励源根据接收到的触发信号动作，驱动所述激励动作件断开所述导电体所在回路，或者，断开所述导电件。

优选地，在所述导电件上并联有灭弧熔体。

本发明的保护装置，将接触器和激励熔断器串联集成，在激励熔断器内集成被动触发回路及磁触发装置，被动触发回路与接触器的线圈控制电源连接，通过磁触发装置控制被动触发回路向激励源发送触发信号，保护装置动作，实现该保护装置的被动保护；激励熔断器的激励源还可以接收外部触发信号后触发，保护装置动作，实现主动保护，使得该保护装置实现主被动一体保护。

通过线圈控制电源为被动触发回路提供电能，不需要再另外接电源。当接触器正常分合闸时，由于被动触发回路处于断开状态，被动触发回路不会对激励源发送触发信号。仅当电路出现过载情况时，磁触发装置使被动触发回路闭合，向激励源发送触发信号。当电路出现过载情况，且线圈控制电源出现故障无法工作时，由于线圈具有储能作用，线圈上存储的电能作为被动触发回路的电能，向激励源发送触发信号。通过磁触发装置、被动触发回路、接触器的线圈控制电源有机结合，实现了电路的被动保护的同时，也将现有能源得到利用，提高了工作可靠性的同时，实现了节能。

通过磁感应方式激发磁触发装置动作，不需要在激励熔断器的导电板(主回路)串联信号熔体，可保持主回路电阻值不变，温升功耗不变。

通过磁触发装置发送触发信号，相对在主回路中串联信号熔体，分断电流范围更大，响应速度更快。

相较于现有无源激励的激励熔断器，主回路电阻更低、温升功耗表现更好，而且，结构简单，紧凑，体积更小。

本发明的主被动一体保护设置，提高了分断能力及分断可靠性。

附图说明

图1是本发明接触器及激励熔断器集成的剖视结构示意图。

图2是图1未触发状态下，俯视结构示意图。

图3是图1触发后，俯视结构示意图。

激励源1、激励动作件2、导电件3、断开薄弱处31、灭弧熔体4、驱动线圈51、动铁芯52、动触头53、静触头54、驱动线圈控制电源55、开关6、定开关片61、动开关片62、静导磁体71、动导磁体72。

具体实施方式

本发明的一种主被动一体的保护装置，包括接触器、激励熔断器、被动触发回路、磁触发装置；接触器与激励熔断器以串联导电方式集成；激励源也可接收所述保护装置外部发送的触发信号动作，实现保护装置的主动保护；

接触器通过导电件与激励熔断器串联，磁触发装置设置在导电件通电情况下产生的磁场回路上，磁触发装置采用导磁材料制成；当流过导电件的电流超过设定阈值时，磁触发装置被触发并使得磁触发装置中的至少一部分可在导电件通电时产生的磁场力的作用下产生位移；被动触发回路中串联有开关，开关与磁触发装置机械联动；保护装置正常工作状态下，开关为常开状态，所述被动触发回路为断开状态；激励熔断器的激励源通过被动触发回路与接触器的驱动线圈控制电源导电连接；

当流过导电件的电流超过设定阈值时，磁触发装置被触发并驱动开关闭合，使得被动触发回路导通向激励源发送触发信号，激励熔断器根据接收到的触发信号动作，实现保护装置的被动保护。

上述导电件，可是单独的零件，用来串联连接接触器和激励熔断器；当导电件为单独零件时，导电件和磁触发装置可以设置在激励熔断器外部和接触器外部，或者设置于接触器内部，或者设置于激励熔断器内部。

导电件也可以是利用激励熔断器的导电件直接与接触器串联连接，磁触发装置设置于激励熔断器中。下述例子仅以设置于激励熔断器中为例说明，设置于激励熔断器或接触器外部时，其结构原理同设置于激励熔断器内部。

本发明中的激励熔断器，为现有技术，主要包括激励源、激励动作件、导电件，激励源根据接收到的触发信号动作，释放高压气体作为驱动力，驱动激励动作件位移，切断导电件从而断开主回路。激励源，在触发信号作用下可释放驱动力的器件。在本实施例中为气体发生装置，通过接收到的触发信号点火，释放高压气体作为驱动力。激励动作件，可在激励源释放的驱动力驱动下，可动作的零部件，且可断开导电件。导电件，可接入主回路中，正常工作状态下，电路中的电流经导电件流过。

接触器，为现有技术，主要包括驱动线圈、动铁芯、触头系统、驱动线圈控制电源，驱动线圈控制电源为驱动线圈提供电源，控制驱动线圈通断电，驱动线圈通电，动铁芯在磁场力作用下使触头系统的动静触头合闸，驱动线圈通电，动铁芯在弹力作用下使动静触头分闸。

串联导电方式连接，指的是接触器的静触头与激励熔断器的导电件串联导电连接，当接触器和激励熔断器以串联方式接入主回路中时，电流经导电件、合闸后的静触头和动触头流过。

上述激励熔断器、接触器均为现有技术，在本发明针对激励熔断器、接触器未尽事宜，可参看现有技术。

下面针对本发明的技术方案，举较佳的实施例并结合图示进行具体说明。

参看图1至图3，接触器和激励熔断器以串联导电方式集成，集成的方式为接触器和激励熔断器集成在一个壳体中，或接触器的静触头和激励熔断器的导电板之间串联连接集成。参看图1和图3中，部分壳体结构未示意，未示意部分可参考现有技术。

激励熔断器，包括激励源1、激励动作件2、导电件3、灭弧熔体4，激励动作件2对应导电件3的断开薄弱处31设置，灭弧熔体4并联在导电件3的断开薄弱处31的两端，灭弧熔体4位于激励动作件2断开导电件后的位移路径上。激励源1可接收触发信号动作，可释放驱动力，驱动激励动作件2位移，依次切断导电件3的断开薄弱处31和灭弧熔体4，断开主回路，灭弧熔体4用于灭弧。触发信号可以是外部的主动触发回路发送，也可以是激励熔断器内部集成的被动触发回路发送。

接触器，包括驱动线圈51、动铁芯52、触头系统、驱动线圈控制电源55。触头系统包括动触头53和静触头54。驱动线圈控制电源55为驱动线圈51供电，控制驱动线圈51的通断电。通过驱动线圈51的通断电，控制动触头53和静触头54的分合闸。

接触器与激励熔断器的串联连接形式可以是以下方式：静触头85与导电件3直接串联连接；也可以通过导电件将静触头85与导电件3串联连接。

接触器和激励熔断器分别为现有技术，本申请中仅对其进行简单描述，如有未尽事宜，请参见现有技术。

在激励熔断器的激励源1的信号接收端上通过导线11与驱动线圈控制电源55连接，形成激励源的被动触发回路，通过被动触发回路向激励源1发送触发信号。在被动触发回路上串联连接有开关，开关与导线11导电连接。开关为开关片结构，包括定开关片61和动开关片62，定开关片61为固定设置，动开关片62一端固定设置，另一端悬空设置。定开关片61和动开关片62具有一定的机械强度，当动开关片62悬空设置一端受到驱动时，可位移并与定开关片61导电接触实现开关的闭合。在正常工作状态下，开关处于常开状态，即，激励源的被动触发回路处于断开状态。为了保证在正常状态下，开关处于常开状态，在动开关片62处可以通过支撑弹簧进行初始位置的支撑。当动开关片受到驱动时，支撑弹簧被压缩，动开关片与静开关片导电接触。

在导电件3上围绕设置有磁触发装置，在导电件3通电时，使磁触发装置处于导电件3产生的磁场回路中。磁触发装置设置的位置以不影响激励动作件2断开导电件3和灭弧熔体4为前提。

磁触发装置，包括静导磁体71、动导磁体72，静导磁体71围绕导电件3设置，动导磁体72一端位于开关一侧，另一端邻近静导磁体71设置，在正常工作状态下，在静导磁体71和动导磁体72之间设置有气隙。当导电件3上有电流流过时，导电件3的周围产生磁场，围绕导电件3设置静导磁体进行导磁，使静导磁体具有一定磁场。当电流越大时，传导至静导磁体的磁场就越强。当流过导电件3的电流超过某个值时，该电流值即为设定阈值，即最小的过载电流值，由于静导磁体71和动导磁体72之间有气隙，则静导磁体71作用于动导磁体72上的磁场可以驱动动导磁体72向静导磁体71位移，并被吸附在静导磁体71上，随着动导磁体72的位移，动导磁体72驱动开关6闭合，使被动触发回路导通，向激励源1发送触发信号。

在本实施例中，静导磁体71一端开设凹槽，该凹槽贯通静导磁体71的两侧，导电件3穿过静导磁体71的凹槽，使静导磁体71围绕在导电件3的外周，导电件3与静导磁体71不接触。静导磁体71的凹槽的开口一端位于动导磁体72一侧。在其他实施例中，静导磁体也可以是其他结构形式，只要满足围绕导电件即可。当静导磁体71上开设凹槽时，静导磁体71可以呈U型结构、C型结构等半包围结构。

动导磁体72，靠近静导磁体71的开设有凹槽的一端设置，与静导磁体71开设有凹槽的一端呈夹角设置，使静导磁体71和动导磁体72之间形成空气间隙。动导磁体72一端固定设置，另一端通过限位件对初始位置限定，限位件为支撑弹簧(未图示)，支撑弹簧一端与动导磁体连接，另一端固定设置在保护装置壳体上、或者激励熔断器壳体上，或者静导磁体上。支撑弹簧支撑动导磁体72另一端，使动导磁体另一端呈悬空设置，形成与静导磁体71之间的夹角。动导磁体72悬空一端位于动开关片62一侧。当静导磁体71产生的磁场力可驱动动导磁体72以旋拍方式朝静导磁体71位移，并被静导磁体71吸附固定时，在此过程中，动导磁体72处的支撑弹簧被压缩。在动导磁体72位移过程中，其可驱动动开关片62位移与定开关片61导电接触，使开关闭合，此时动开关片62处的支撑弹簧也被压缩。开关闭合，使被动触发回路导通，驱动线圈控制电源通过被动触发回路向激励源1发送触发信号，激励源1点火动作，释放高压气体作为驱动力，驱动激励动作件2克服限位结构位移，依次切断导电件3和灭弧熔体4。

对动导磁体72初始位置限定的限位件，也可以是弹片，弹片一端固定设置在激励熔断器壳体上或静导磁体71上，另一端悬空对动导磁体72形成支撑，当动导磁体72被静导磁体吸合时，动导磁体82克服弹片的支撑力，与静导磁体71吸合。

本实施例中，动导磁体以旋拍方式与静导磁体接触，也可以平动的方式与静导磁体接触。当以平动方式与静导磁体接触时，动导磁体与静导磁体相邻一端间隔平行设置。

在其他实施例中，开关也可以是微动开关，动开关片通过微动开关外的驱动杆替代，动导磁体位移驱动驱动杆位移使微动开关闭合。

磁触发装置的静导磁体71围绕导电件3设置，其并不改变导电件3的结构，因此，磁触发装置不会改变导电件(即主回路)的电阻值，不会提高温升功耗。

通过磁触发装置的设置，控制被动触发回路的闭合，从而控制触发信号的发送。当导电件3上流过的电流超过设定阈值，磁触发装置响应动作，控制被动触发回路闭合发送触发信号，而激励源1根据接收到的触发信号动作，驱动激励动作件2位移，依次切断导电件3和灭弧熔体4，断开主回路实现被动保护。

被动触发回路通过与接触器的驱动线圈控制电源连接为其提供触发电能，实现与接触器驱动线圈控制电源的共用，不需额外电源。同时，与驱动线圈控制电源连接的好处还在于，当主回路出现过载电流，但恰好驱动线圈控制电源突然发生故障时，由于驱动线圈本身作为电感存在具有储能作用，驱动线圈将其自身储备的电能作为电源通过闭合的被动触发回路向激励源1发送触发信号。因此，被动触发回路与接触器驱动线圈控制电源连接，不仅可以为其提供电能，在驱动线圈控制电源发生故障时，驱动线圈作为储能元件，可以成为电源的备份方案，提高被动触发回路的电源的工作可靠性。

本发明中的激励熔断器，在保留接收外部的主动触发回路发送触发信号的基础上，增加被动触发回路和磁触发装置，并与接触器以串联方式集成，实现了接触器正常工作状态下的重复的分合闸工作，同时通过激励熔断器，当过载电流、异常情况(车辆碰撞等事故、或特定条件)时，可解决接触器工作范围以外的，过载大电流、零电流或小电流下的主回路切断，且确保激励源接收到触发信号，实现保护装置的主被动保护，提高工作可靠性。

因此，本发明的保护装置，响应速度快，主回路电阻相对现有的无源激励熔断器低，温升功耗低。相较于目前的激励熔断器，该同时具备主动保护和被动保护功能，保护功能更全更可靠；保护范围更大，动作时间更快(尤其是在低倍数的短路情况下)；回路电阻更低，温升功耗表现更好；体积更小，结构更加简单可靠。

Claims (9)

1.一种主被动一体的保护装置，其特征在于，包括接触器、激励熔断器、被动触发回路、磁触发装置；

所述接触器与所述激励熔断器以串联导电方式集成；

所述激励熔断器的激励源也可接收所述保护装置外部发送的触发信号动作，实现所述保护装置的主动保护；

所述接触器通过导电件与所述激励熔断器串联，所述磁触发装置设置在所述导电件通电情况下产生的磁场回路上，所述磁触发装置采用导磁材料制成；当流过所述导电件的电流超过设定阈值时，所述磁触发装置被触发并使得所述磁触发装置中的至少一部分可在所述导电件通电时产生的磁场力的作用下产生位移；

所述被动触发回路中串联有开关，所述开关与所述磁触发装置机械联动；所述保护装置正常工作状态下，所述开关为常开状态，所述被动触发回路为断开状态；

所述激励熔断器的激励源通过所述被动触发回路与接触器的驱动线圈控制电源导电连接；

当流过所述导电件的电流超过设定阈值时，所述磁触发装置被触发并驱动所述开关闭合，使得所述被动触发回路导通向所述激励源发送触发信号，所述激励熔断器根据接收到的触发信号动作，实现所述保护装置的被动保护。

2.根据权利要求1所述的主被动一体的保护装置，其特征在于，所述磁触发装置包括动导磁体、静导磁体，在所述开关处于常开状态时，所述动导磁体与静导磁体间设置有空气间隙；所述静导磁体或所述动导磁体围绕所述导电件设置，所述动导磁体设置于所述开关处并与所述开关机械联动；当流过所述导电件的电流超过阈值时，所述动导磁体朝向所述静导磁体位移，所述动导磁体在位移过程中，驱动所述开关闭合。

3.根据权利要求2所述的主被动一体的保护装置，其特征在于，所述动导磁体以旋转拍合方式或平动方式向所述静导磁体位移。

4.根据权利要求2所述的主被动一体的保护装置，其特征在于，所述动导磁体通过限位件限定其初始位置。

5.根据权利要求4所述的主被动一体的保护装置，其特征在于，所述限位件为弹簧，所述弹簧一端与所述动导磁体连接，另一端固定设置。

6.根据权利要求2所述的主被动一体的保护装置，其特征在于，所述静导磁体的一端开设有贯通所述静导磁体两侧的凹槽，所述导电件从所述凹槽中穿过，所述动导磁体设置于所述静导磁体开设有所述凹槽一端；在所述磁触发装置的初始状态时，所述动导磁体与所述静导磁体开设有所述凹槽的一端呈夹角设置或平行设置，使得所述动导磁体与所述静导磁体之间形成空气间隙。

7.根据权利要求2所述的主被动一体的保护装置，其特征在于，所述开关为开关片结构或微动开关，其中，所述开关片结构包括静开关片和动开关片；所述动导磁体与所述动开关片机械联动，或者，所述动导磁体与所述微动开关的驱动杆机械联动；当流过所述导电件的电流超过阈值时，所述动导磁体朝向所述静导磁体位移，并驱动所述动开关片朝向静开关片位移或，驱动所述微动开关的驱动杆朝着所述微动开关的闭合方向位移，使所述开关闭合。

8.根据权利要求1至7任一项所述的主被动一体的保护装置，其特征在于，所述激励熔断器包括激励源、激励动作件、所述导电件；所述磁触发装置设置于所述激励熔断器中；所述磁触发装置被触发并驱动所述开关闭合，使得所述被动触发回路导通向所述激励源发送触发信号，所述激励源根据接收到的触发信号动作，驱动所述激励动作件断开所述导电件所在回路，或者，断开所述导电件。

9.根据权利要求1至7任一项所述的主被动一体的保护装置，其特征在于，在所述导电件上并联有灭弧熔体。