EP1004131A2 - Fuse element for electric installations - Google Patents

Fuse element for electric installations

Info

Publication number
EP1004131A2
EP1004131A2 EP98942631A EP98942631A EP1004131A2 EP 1004131 A2 EP1004131 A2 EP 1004131A2 EP 98942631 A EP98942631 A EP 98942631A EP 98942631 A EP98942631 A EP 98942631A EP 1004131 A2 EP1004131 A2 EP 1004131A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuse
reaction
current
fuse element
reaction element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP98942631A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Rainer Mäckel
H. Wolfgang GRÜNINGER
Thomas Schulz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DaimlerChrysler AG filed Critical DaimlerChrysler AG
Publication of EP1004131A2 publication Critical patent/EP1004131A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00—Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/02—Details
    • H01H85/04—Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges
    • H01H85/05—Component parts thereof
    • H01H85/055—Fusible members
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/087—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for dc applications
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00—Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/02—Details
    • H01H85/46—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the protective device
    • H01H2085/466—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the protective device with remote controlled forced fusing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00—Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/02—Details
    • H01H85/04—Fuses, i.e. expendable parts of the protective device, e.g. cartridges
    • H01H85/05—Component parts thereof
    • H01H85/055—Fusible members
    • H01H85/06—Fusible members characterised by the fusible material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H85/00—Protective devices in which the current flows through a part of fusible material and this current is interrupted by displacement of the fusible material when this current becomes excessive
    • H01H85/02—Details
    • H01H85/46—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the protective device

Definitions

  • the invention relates to a fuse element for electrical systems, in particular for vehicles.
  • Fuses are used in particular in motor vehicles to protect electrical lines. Fusing with fuses has the disadvantage that optimal fuses cannot be achieved with these fuses.
  • the electrical current through the fuse is measured and a thyristor is connected in parallel with the line to be protected, which can be switched on in the event of an overcurrent. As soon as a threshold value is exceeded, the thyristor switches on and generates an additional, high overcurrent in the fuse, which should trigger the fuse.
  • the disadvantage of this arrangement is that large thyristors with nominal currents of a few hundred amperes or multiple thyristors must be used in parallel for large fuse values with high nominal tripping currents. It is not ensured that the necessary nominal currents for triggering the corresponding thyristors can be applied by a battery in a vehicle.
  • the invention is based on the object of specifying a fuse which has a defined tripping current and which is also suitable for high tripping nominal currents.
  • the invention consists in that the securing element has a fuse element which is at least partially formed by a reaction element in which an ignition signal leads to an exothermic reaction in which the melting temperature of the reaction element and / or the fuse element is at least locally exceeded.
  • the reaction element preferably has aluminum and / or nickel and / or iron.
  • the reaction element preferably consists of a welding foil, which consists of a layer sequence of a plurality of alternately arranged, very thin metal foils.
  • the advantage here is that a reaction of the metal foils to one another can be triggered by an ignition signal, the welding foil melting and permanently interrupting the circuit very quickly.
  • a preferred embodiment is that the reaction element is formed at least in regions by a fine-grain powder.
  • the heating element can preferably be switched on in a controlled manner in that an ignition signal can be triggered as a function of undesired operating states in the vehicle electrical system and / or a vehicle.
  • a particularly advantageous embodiment consists in connecting the securing element to a control unit for controlling the ignition pulses. This makes it possible to simulate different characteristics and also different nominal tripping currents with the same fuse element, so that the triggering curve of the fuse element can be changed dynamically.
  • fuses consist of a defined shaped electrical conductor with a defined resistance.
  • the current is used to heat the conductor, preferably in a specially prepared area, hereinafter referred to as the fusible conductor, and, depending on the fuse type, reaches its melting point between 420 ° C and over 1000 ° C.
  • the melting of the fuse leads to an interruption in the circuit.
  • a tin pill is often applied to the fuse element, which melts above 230 ° C. and enters into a reaction with the fuse element material, which results in a lowering of the melting point of the fuse element.
  • a fuse element according to the invention has a fusible conductor which at least partially consists of a material which carries out a self-sustaining exothermic reaction as soon as this is triggered by an ignition pulse.
  • An advantage of the solution according to the invention is that the requirements for the original securing element with regard to design tolerances can be reduced.
  • a great advantage of the invention is the possibility of simulating different characteristics and / or different nominal tripping currents with the same fuse element.
  • the triggering time of the safety element can advantageously be changed dynamically by a suitable intelligent control unit. This has the favorable consequence that the same securing element can be used for different loads on an electrical conductor, particularly in the case of different vehicles or vehicle variants. This makes it possible to operate different vehicles with a relatively uniform electrical see protective equipment, which simplifies production and brings cost advantages.
  • fuse elements according to the invention can preferably be controlled via multiple switches.
  • a preferred exothermic reaction element consists in particular of a welding foil, which triggers a strongly exothermic reaction through the action of an ignition pulse and reaches very high temperatures in a very short time.
  • the welding foil preferably consists of a series of very thin metal foils, in particular aluminum and nickel foils and / or iron foils, which are alternately stacked on top of one another.
  • a typical layer thickness of the individual foils is in the range from a few atomic layers to 100 atomic layers.
  • the metal foil constituents react with each other and typically heat up from 25 ° C to over 1000 ° C in a few milliseconds.
  • reaction elements can surround the fusible conductor, in particular a powdery reaction material can surround the fusible conductor in a capsule or be arranged adjacent to the fusible conductor in a capsule.
  • the grain size of the powder is preferably in the submicron range.
  • a preferred ignition method is to apply a transistor or a current surge from a capacitor to the reaction element.
  • a further preferred ignition method is to apply the reaction element by means of optical excitation, in particular with ultraviolet radiation, and / or external thermal heating. It is sufficient to heat the reaction element locally in order to start the reaction there.
  • Another suitable ignition method is to subject the reaction element to an ignition spark from a battery or an arc.
  • a battery 1 in an on-board electrical system supplies a consumer 10.
  • a fuse element is arranged between the battery 1 and the consumer 10, which has a consumer-side connection 3, a battery-side connection 2 and an intermediate fuse element 12.
  • the fuse element is formed entirely from the reaction element.
  • the fuse element 12 is connected to a component 7, in particular to the drain connection of a MOSFET which is connected to ground on the source side.
  • the component 7 is connected to the reaction element 12 via a contact point 13 designed as a control connection.
  • the component 7, which is controlled as a function of a fault can, depending on the ignition method used, also comprise a capacitor, a heat source, a battery, a high-voltage element or a light source, which provide or switch the triggering energy in the event of a fault.
  • the current in a line 11 can be determined, which leads from the fuse element 2, 3, 12 to the consumer 10.
  • a triggering curve of the securing element is stored in the evaluation unit 8. In the simplest case, this can be a threshold value and / or a current / time behavior of the fuse element.
  • unit 8 switches component 7 on, so that a start or ignition pulse is generated and the reaction element, which acts as a fusible conductor, ignites. This heats up very quickly due to the exothermic heating of its material and melts, as a result of which the circuit is interrupted safely and in a short time.
  • the MOSFET used as a switch in the event of a fault, is controlled by the trigger unit 8 in the conductive state, so that in addition a short-circuit current flows to the fault current through the fuse element 2, 3, 12 to ground, and the additional heating of the fuse element 12 which is triggered in this way initiates its exothermic self-destruction.
  • the evaluation unit 8 can also be controlled by an impact sensor which, in the event of an accident in the vehicle equipped with it, e.g. fuse element 2, 3, 12 or other fuse elements used as the main fuse.
  • an impact sensor which, in the event of an accident in the vehicle equipped with it, e.g. fuse element 2, 3, 12 or other fuse elements used as the main fuse.

Landscapes

  • Fuses (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

The invention relates to a fuse element for an electric circuit, in particular in a motor vehicle, comprising a safety fuse which permanently interrupts the current when the current load exceeds nominal current. The invention also relates to a method for operating the fuse element.

Description

Sicherungselement für elektrische Anlagen Fuse element for electrical systems
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft ein Sicherungselement für elektrische Anlagen, insbesondere für Fahrzeuge.The invention relates to a fuse element for electrical systems, in particular for vehicles.
Insbesondere in Kraftfahrzeugen werden zur Absicherung von elektrischen Leitungen Schmelzsicherungen eingesetzt. Die Absicherung mit Schmelzsicherungen hat den Nachteil, daß sich mit diesen Sicherungen kein optimaler Leitungsschutz erreichen läßt.Fuses are used in particular in motor vehicles to protect electrical lines. Fusing with fuses has the disadvantage that optimal fuses cannot be achieved with these fuses.
Beim Auftreten kurzfristig anliegender Überströme kann eine übliche elektrische Leitung im Fahrzeug wesentlich mehr Strom tragen als die Schmelzsicherung, so daß für kurzzeitige Überströme eine übliche Schmelzsicherung unterdimensioniert ist. Im Bereich länger andauernder Überströme schaltet die Sicherung dagegen zu spät ab, so daß in diesem Fall eine elektrische Leitung und/oder Verbraucher nicht ausreichend geschützt ist. Bei einem Überstrom von 35% gegenüber dem nominalen Auslösestrom der Sicherung kann es bis zu einer halben Stunde dauern, bis eine Schmelzsicherung tatsächlich auslöst. Bei einem Überstrom von 250%, der dem 3,5-fachen nominalen Auslösestrom der Sicherung entspricht, kann es noch 5 Sekunden bis zur Sicherungsauslösung dauern.When short-term overcurrents occur, a conventional electrical line in the vehicle can carry considerably more current than the fuse, so that a conventional fuse is under-dimensioned for short-term overcurrents. In the area of longer overcurrents, however, the fuse switches off too late, so that in this case an electrical line and / or consumer is not adequately protected. With an overcurrent of 35% compared to the nominal fuse trip current, it can take up to half an hour for a fuse to actually trip. With an overcurrent of 250%, which corresponds to 3.5 times the nominal tripping current of the fuse, it can still take 5 seconds until the fuse is tripped.
Ein weiteres Problem ist dadurch gegeben, daß bei Sicherungs werten mit hohen nominalen Auslösestromwerten der tatsächliche Auslösestrom wesentlich höher sein muß, um die Sicherung ausreichend schnell auszulösen. Für eine Schmelzsicherung mit einem nominalen Auslösestrom von 250 A oder mehr bedeutet dies, daß bei einem Überstrom von 250% demnach ein Strom von mindestens 875 A fließen muß, um die Sicherung ausreichend schnell auszulösen. Bei einem Kurzschluß mehrerer Leitungen, insbesondere in einem Fah- zeug bei einem Unfall, kann nicht sichergestellt werden, daß die Batterie überhaupt einen ausreichend großen Strom zum Auslösen einer solchen Schmelzsicherung zur Verfügung stellen kann. In der DE-Al-195 27 997 ist eine Anordnung offenbart, mit der das Auslösen einer Schmelzsicherung besser vorgebbar ist. Dabei wird der elektrische Strom durch die Sicherung gemessen und parallel zur abzusichernden Leitung ein Thyristor geschaltet, der im Fall eines Überstromes definiert eingeschaltet werden kann. Sobald ein Schwellwert überschritten ist, schaltet der Thyristor ein und erzeugt einen zusätzlichen, hohen Überstrom in der Sicherung, der zum Auslösen der Sicherung führen soll. Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß für große Sicherungswerte mit hohen nominalen Auslöseströmen große Thyristoren mit Nennströmen von einigen hundert Ampere, bzw. mehrere Thyristoren par- allel eingesetzt werden müssen. Es ist nicht sichergestellt, daß die notwendigen Nennströme für das Auslösen entsprechender Thyristoren überhaupt von einer Batterie in einem Fahrzeug aufgebracht werden können.Another problem is that in the case of fuse values with high nominal tripping current values, the actual tripping current must be considerably higher in order to trigger the fuse sufficiently quickly. For a fuse with a nominal tripping current of 250 A or more, this means that with an overcurrent of 250%, a current of at least 875 A must flow in order to trip the fuse sufficiently quickly. If several lines are short-circuited, particularly in a vehicle in the event of an accident, it cannot be ensured that the battery can provide a sufficiently large current to trigger such a fuse. DE-Al-195 27 997 discloses an arrangement with which the triggering of a fuse can be specified more easily. The electrical current through the fuse is measured and a thyristor is connected in parallel with the line to be protected, which can be switched on in the event of an overcurrent. As soon as a threshold value is exceeded, the thyristor switches on and generates an additional, high overcurrent in the fuse, which should trigger the fuse. The disadvantage of this arrangement is that large thyristors with nominal currents of a few hundred amperes or multiple thyristors must be used in parallel for large fuse values with high nominal tripping currents. It is not ensured that the necessary nominal currents for triggering the corresponding thyristors can be applied by a battery in a vehicle.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schmelzsicherung anzugeben, die einen definierten Auslösestrom aufweist und die auch für hohe Auslöse-Nennströme geeignet ist.The invention is based on the object of specifying a fuse which has a defined tripping current and which is also suitable for high tripping nominal currents.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterführende und vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen und der Beschreibung zu entnehmen.The object is solved by the features of the independent claims. Further and advantageous refinements can be found in the subclaims and the description.
Die Erfindung besteht darin, daß das Sicherungselement einen Schmelzleiters aufweist, der zumindest partiell durch ein Reaktionselements gebildet ist, bei dem ein Zündsignal zu einer exothermen Reaktion führt, bei der die Schmelztemperatur des Reaktionselements und/oder des Schmelzleiters zumindest lokal überschritten wird.The invention consists in that the securing element has a fuse element which is at least partially formed by a reaction element in which an ignition signal leads to an exothermic reaction in which the melting temperature of the reaction element and / or the fuse element is at least locally exceeded.
Bevorzugt weist das Reaktionselement Aluminium und/oder Nickel und/oder Eisen auf.The reaction element preferably has aluminum and / or nickel and / or iron.
Bevorzugt besteht das Reaktionselement aus einer Schweißfolie, welche aus einer Schichtfolge einer Mehrzahl von abwechselnd angeordneten, sehr dünnen Metallfolien besteht. Der Vorteil dabei ist, daß durch ein Zündsignal eine Reaktion der Metallfolien untereinander auslösbar ist, wobei die Schweißfolie schmilzt und den Stromkreis sehr schnell bleibend unterbricht. Eine bevorzugte Ausbildung besteht darin, daß das Reaktionselement zumindest bereichsweise durch ein feinkörniges Pulver gebildet ist.The reaction element preferably consists of a welding foil, which consists of a layer sequence of a plurality of alternately arranged, very thin metal foils. The advantage here is that a reaction of the metal foils to one another can be triggered by an ignition signal, the welding foil melting and permanently interrupting the circuit very quickly. A preferred embodiment is that the reaction element is formed at least in regions by a fine-grain powder.
Vorzugsweise ist das Heizelement gesteuert einschaltbar, indem ein Zündsignal abhängig von unerwünschten Betriebszuständen im Bordnetz und/oder eines Fahrzeugs auslösbar ist.The heating element can preferably be switched on in a controlled manner in that an ignition signal can be triggered as a function of undesired operating states in the vehicle electrical system and / or a vehicle.
Ein besonders vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, das Sicherungselement mit einer Steuerungseinheit zur Steuerung des Zündimpulse zu verbinden. Dies ermöglicht es, mit demselben Sicherungselement unterschiedliche Charakteristiken und auch unterschiedliche nominale Auslöseströme nachzubilden, so daß die Auslösekurve des Sicherungselements dynamisch veränderbar ist.A particularly advantageous embodiment consists in connecting the securing element to a control unit for controlling the ignition pulses. This makes it possible to simulate different characteristics and also different nominal tripping currents with the same fuse element, so that the triggering curve of the fuse element can be changed dynamically.
Im folgenden sind die Merkmale, soweit sie für die Erfindung wesentlich sind, eingehend erläutert und anhand von einer Prinzipskizze einer Schaltung näher beschrieben.In the following, the features, insofar as they are essential for the invention, are explained in detail and described in more detail with reference to a schematic diagram of a circuit.
Übliche Schmelzsicherungen gemäß dem Stand der Technik bestehen aus einem definiert geformten elektrischen Leiter mit einem definierten Widerstand. Durch den Stromfluß wird der Leiter erhitzt, bevorzugt in einem speziell präparierten Bereich, im folgenden Schmelz- leiter genannt, und erreicht, je nach Sicherungstyp, zwischen 420°C und über 1000°C seinen Schmelzpunkt. Das Aufschmelzen des Schmelzleiters führt zu einer Unterbrechung des Stromkreises. Häufig wird eine Zinnpille auf den Schmelzleiter aufgebracht, welche oberhalb von 230°C aufschmilzt und eine Reaktion mit dem Schmelzleitermaterial eingeht, die eine Erniedrigung des Schmelzpunktes des Schmelzleiters zur Folge hat.Conventional fuses according to the prior art consist of a defined shaped electrical conductor with a defined resistance. The current is used to heat the conductor, preferably in a specially prepared area, hereinafter referred to as the fusible conductor, and, depending on the fuse type, reaches its melting point between 420 ° C and over 1000 ° C. The melting of the fuse leads to an interruption in the circuit. A tin pill is often applied to the fuse element, which melts above 230 ° C. and enters into a reaction with the fuse element material, which results in a lowering of the melting point of the fuse element.
Durch einen dem Verbraucher parallelgeschalteten Thyristor gemäß dem aus der DE- AI 195 27 997 bekannten Stand der Technik wird der Schmelzleiter mit einem zusätzlichen, hohen Strom belastet, der durch zusätzliche ohmsche Verluste den Schmelzleiter zum Durchschmelzen bringt, ohne daß die Leitung mit dem zusätzlich auftretenden Überstrom belastet wird. Ein erfindungsgemäßes Sicherungselement weist einen Schmelzleiter auf, der zumindst partiell aus einem Material besteht, welches eine selbsterhaltende exotherme Reaktion ausführt, sobald diese durch einen Zündimpuls ausgelöst wird.Through a thyristor connected in parallel to the consumer according to the prior art known from DE-AI 195 27 997, the fuse element is loaded with an additional, high current, which causes the fuse element to melt through additional ohmic losses, without the line with the additional occurring Overcurrent is charged. A fuse element according to the invention has a fusible conductor which at least partially consists of a material which carries out a self-sustaining exothermic reaction as soon as this is triggered by an ignition pulse.
Ganz besonders vorteilhaft ist, wenn Mittel vorgesehen sind, die den Zündimpuls zu definierten Zeitpunkten und/oder in definierten Zuständen einschaltbar macht. Zweckmäßigerweise erst dann ausgelöst, wenn ein Fehlerfall ansteht. Als Einschaltkriterien können unterschiedliche Zustände, insbesondere Fehlersignale, dienen, vorzugsweise Überstromsignale zur Überstromüberwachung eines Verbrauchers und/oder Temperatursignale zur Übertem- peraturüberwachung eines Verbrauchers und/oder Spannungssignale und/oder Crash- Signale, insbesondere, um elektrische Verbraucher bei einem Unfall eines Fahrzeugs vom Bordnetz zu trennen. Durch das gesteuerte Einschalten des Zündsignals ist sichergestellt, daß im Normalbetrieb die Schmelzsicherung nicht versehentlich ausgelöst wird, im Fehlerfall dagegen sehr schnell und zuverlässig auslösbar ist.It is very particularly advantageous if means are provided which make the ignition pulse switchable at defined times and / or in defined states. Expediently only triggered when an error is pending. Different states, in particular error signals, can serve as switch-on criteria, preferably overcurrent signals for overcurrent monitoring of a consumer and / or temperature signals for overtemperature monitoring of a consumer and / or voltage signals and / or crash signals, in particular for electrical consumers in the event of a vehicle accident from the vehicle electrical system to separate. The controlled switching on of the ignition signal ensures that the fuse is not accidentally triggered in normal operation, but can be triggered very quickly and reliably in the event of a fault.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß die Anforderungen an das ursprüngliche Sicherungselement hinsichtlich von Auslegungstoleranzen verringert werden können.An advantage of the solution according to the invention is that the requirements for the original securing element with regard to design tolerances can be reduced.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß der ohmsche Widerstand des Sicherungselements gesenkt werden kann, da das Sicherungselement nicht mehr selbst die ohmsche Verlusteistung zum Auslösen des Schmelzleiters erzeugen muß. Dadurch wird der Spannungsabfall von der Batterie bis zum Verbraucher vorteilhaft verringert.Another advantage can be seen in the fact that the ohmic resistance of the fuse element can be reduced, since the fuse element no longer has to generate the ohmic power loss for triggering the fuse element itself. This advantageously reduces the voltage drop from the battery to the consumer.
Ein großer Vorteil der Erfindung ist die Möglichkeit, mit dem gleichen Sicherungselement verschiedene Charakteristiken und/oder verschiedene nominale Auslöseströme nachzubilden. Der Auslösezeitpunkt des Sicherungselements kann vorteilhaft durch eine geeignete intelligente Steuereinheit dynamisch verändert werden. Dies hat die günstige Folge, daß das gleiche Sicherungselement für unterschiedliche Belastungen eines elektrischen Leiters ver- wendet werden kann, insbesondere bei unterschiedlichen Fahrzeugen oder Fahrzeugvarianten. Damit ist es möglich, unterschiedliche Fahrzeuge mit einer relativ einheitlichen elektri- sehen Schutzausrüstung zu versehen, was die Fertigung sehr vereinfacht und Kosten Vorteils bringt.A great advantage of the invention is the possibility of simulating different characteristics and / or different nominal tripping currents with the same fuse element. The triggering time of the safety element can advantageously be changed dynamically by a suitable intelligent control unit. This has the favorable consequence that the same securing element can be used for different loads on an electrical conductor, particularly in the case of different vehicles or vehicle variants. This makes it possible to operate different vehicles with a relatively uniform electrical see protective equipment, which simplifies production and brings cost advantages.
Vorteilhafterweise können sich mehrere solcher erfindungsgemäßen Sicherungselemente bevorzugt über Mehrfachschalter angesteuert werden.Advantageously, several such fuse elements according to the invention can preferably be controlled via multiple switches.
Ein bevorzugtes exothermes Reaktionselement besteht insbesondere aus einer Schweißfolie, die durch Einwirkung eines Zündimpulses eine stark exotherme Reaktion auslöst und in sehr kurzer Zeit sehr hohe Temperaturen erreicht. Die Schweißfolie besteht vorzugsweise aus einer Serie von sehr dünnen Metallfolien, insbesondere aus Aluminium- und Nickelfolien und/oder Eisenfolien, die alternierend aufeinander gestapelt sind. Eine typische Schichtdicke der einzelnen Folien liegt im Bereich von wenigen Atomlagen bis 100 Atomlagen. Durch einen geeigneten Zündimpuls ausgelöst, reagieren die Metallfolien-Konstituenten miteinander und erwärmen sich typischerweise in wenigen Millisekunden von 25°C auf über 1000°C.A preferred exothermic reaction element consists in particular of a welding foil, which triggers a strongly exothermic reaction through the action of an ignition pulse and reaches very high temperatures in a very short time. The welding foil preferably consists of a series of very thin metal foils, in particular aluminum and nickel foils and / or iron foils, which are alternately stacked on top of one another. A typical layer thickness of the individual foils is in the range from a few atomic layers to 100 atomic layers. Triggered by a suitable ignition pulse, the metal foil constituents react with each other and typically heat up from 25 ° C to over 1000 ° C in a few milliseconds.
Auch andere Materialkombinationen, die eine derartige exotherme Reaktion eingehen, sind als Reaktionselemente in Folien- oder Pulverform geeignet. Dabei kann das Reaktionselement den Schmelzleiter umgeben, insbesondere kann ein pulverförmiges Reaktionsmaterial den Schmelzleiter in einer Kapsel umgeben oder benachbart zum Schmelzleiter in einer Kapsel angeordnet sein. Die Körnung des Pulvers liegt dabei vorzugsweise im Submikron- bereich.Other combinations of materials that undergo such an exothermic reaction are also suitable as reaction elements in film or powder form. The reaction element can surround the fusible conductor, in particular a powdery reaction material can surround the fusible conductor in a capsule or be arranged adjacent to the fusible conductor in a capsule. The grain size of the powder is preferably in the submicron range.
Eine bevorzugte Zündmethode ist, das Reaktionselement mit einem Transistor oder mit einem Stromstoß aus einem Kondensator zu beaufschlagen. Eine weitere bevorzugte Zünd- methode ist, das Reaktionselement mittels optischer Anregung, insbesondere mit ultravioletter Strahlung, und/oder thermischer Fremdheizung zu beaufschlagen. Es ist ausreichend, das Reaktionselement lokal zu erwärmen, um dort die Reaktion in Gang zu setzen. Eine weitere geeignete Zündmethode besteht darin, das Reaktionselement einem Zündfunken einer Batterie oder einem Lichtbogen auszusetzen.A preferred ignition method is to apply a transistor or a current surge from a capacitor to the reaction element. A further preferred ignition method is to apply the reaction element by means of optical excitation, in particular with ultraviolet radiation, and / or external thermal heating. It is sufficient to heat the reaction element locally in order to start the reaction there. Another suitable ignition method is to subject the reaction element to an ignition spark from a battery or an arc.
Der Vorteil hierbei ist, daß diese Ausführung eines Reaktionselements keine eigene Stromversorgung zum Zünden benötigt, sondern nur einen geeigneten Zündimpuls. Vorteilhaft ist, daß sich der Zündi pils durch eine geeignete Ansteuerung erzeugen und/oder steuern läßt, so daß eine zuverlässige und schnelle Auslösung im Fehlerfall ermöglicht ist.The advantage here is that this design of a reaction element does not require its own power supply for ignition, but only a suitable ignition pulse. It is advantageous that the Zündi pils can be generated and / or controlled by a suitable control, so that a reliable and fast triggering is possible in the event of a fault.
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Anordnung dargestellt. Eine Batterie 1 in einem Bord- netz versorgt einen Verbraucher 10. Zwischen Batterie 1 und Verbraucher 10 ist ein Sicherungselement angeordnet, welches einen verbraucherseitigen Anschluß 3, einen batteriesei- tigen Anschluß 2 und einen dazwischenliegenden Schmelzleiter 12 aufweist. Hier ist der Schmelzleiter vollständig aus dem Reaktionselement gebildet. Es ist jedoch möglich, den Schmelzleiter nur partiell durch das Reaktionselement zu bilden. Der Schmelzleiter 12 ist mit einem Bauelement 7 verbunden, insbesondere mit dem Drainanschluß eines MOSFET, welcher sourceseitig mit Masse verbunden ist. Das Bauelement 7 ist über einen als Steueranschluß ausgebildeten Kontaktpunkt 13 mit dem Reaktionselement 12 verbunden.1 shows an arrangement according to the invention. A battery 1 in an on-board electrical system supplies a consumer 10. A fuse element is arranged between the battery 1 and the consumer 10, which has a consumer-side connection 3, a battery-side connection 2 and an intermediate fuse element 12. Here, the fuse element is formed entirely from the reaction element. However, it is possible to form the fuse element only partially through the reaction element. The fuse element 12 is connected to a component 7, in particular to the drain connection of a MOSFET which is connected to ground on the source side. The component 7 is connected to the reaction element 12 via a contact point 13 designed as a control connection.
Das abhängig von einem Fehlerfall gesteuerte Bauelement 7 kann je nach verwendeter Zündmethode auch einen Kondensator, eine Heizquelle, eine Batterie, ein Hochspannungselement oder eine Lichtquelle umfassen, die im Fehlerfall die Auslöseenergie bereitstellen oder schalten.The component 7, which is controlled as a function of a fault, can, depending on the ignition method used, also comprise a capacitor, a heat source, a battery, a high-voltage element or a light source, which provide or switch the triggering energy in the event of a fault.
Mit Hilfe eines Stromsensors 9 und einer Auswerte- und Auslöseeinheit 8 kann der Strom in einer Leitung 11 bestimmt werden, die vom Sicherungselement 2, 3, 12 zum Verbraucher 10 führt. In der Auswerteeinheit 8 ist eine Auslösekurve des Sicherungselements abgelegt. Im einfachsten Fall kann dies ein Schwellwert und/oder ein Strom/Zeit- Verhalten des Sicherungselements sein.With the help of a current sensor 9 and an evaluation and tripping unit 8, the current in a line 11 can be determined, which leads from the fuse element 2, 3, 12 to the consumer 10. A triggering curve of the securing element is stored in the evaluation unit 8. In the simplest case, this can be a threshold value and / or a current / time behavior of the fuse element.
Übersteigt der aktuelle Stromwert in der Leitung 11 diese Auslösekurve oder entsprechend festgesetzte Grenzwerte, so schaltet die Einheit 8 das Bauelement 7 ein, so daß ein Startoder Zündimpuls erzeugt wird und das als Schmelzleiter wirkende Reaktionselement zündet. Dieses erwärmt sich sehr schnell durch exotherme Erhitzung seines Materials und schmilzt, wodurch der Stromkreis sicher und in kurzer Frist unterbrochen wird.If the current value in line 11 exceeds this tripping curve or correspondingly set limit values, unit 8 switches component 7 on, so that a start or ignition pulse is generated and the reaction element, which acts as a fusible conductor, ignites. This heats up very quickly due to the exothermic heating of its material and melts, as a result of which the circuit is interrupted safely and in a short time.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird im Fehlerfall der als Schalter eingesetzte MOSFET durch die Auslöseeinheit 8 in den leitenden Zustand gesteuert, so daß zusätzlich zum Fehlerstrom auch ein Kurzschlußstrom durch das Sicherungselement 2, 3, 12 gegen Masse fließt und die dadurch jedenfalls ausgelöste Zusatzerwärmung des Schmelzleiters 12 seine exotherme Selbstzerstörung einleitet.In the present exemplary embodiment, in the event of a fault, the MOSFET used as a switch is controlled by the trigger unit 8 in the conductive state, so that in addition a short-circuit current flows to the fault current through the fuse element 2, 3, 12 to ground, and the additional heating of the fuse element 12 which is triggered in this way initiates its exothermic self-destruction.
Zusätzlich kann die Auswerteeinheit 8 auch von einem Aufprallsensor angesteuert werden, der bei einem Unfall des damit ausgestatteten Fahrzeugs das z.B. als Hauptsicherung eingesetzte Sicherungselement 2, 3, 12 oder andere Sicherungselemente auslöst. In addition, the evaluation unit 8 can also be controlled by an impact sensor which, in the event of an accident in the vehicle equipped with it, e.g. fuse element 2, 3, 12 or other fuse elements used as the main fuse.

Claims

Patentansprüche claims
1. Sicherungselement für einen Stromkreis, insbesondere in Fahrzeugen, mit einer1. Fuse element for a circuit, especially in vehicles, with a
Schmelzsicherung, die bei einer über dem Nennstrom liegenden Strombelastung desFuse, which is at a current load of the
Stromkreis bleibend unterbricht, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherungselement (2,3,12) in einem zum Schmelzen vorgesehenen Bereich ein exothermes Reaktionselement (12) aufweist.Circuit permanently interrupted, characterized in that the securing element (2, 3, 12) has an exothermic reaction element (12) in a region provided for melting.
2. Sicherungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionselement Aluminium und Eisen aufweist.2. Security element according to claim 1, characterized in that the reaction element comprises aluminum and iron.
3. Sicherungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionselement (12) Aluminium und Nickel aufweist.3. Securing element according to claim 1 or 2, characterized in that the reaction element (12) has aluminum and nickel.
4. Sicherungselement nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionselement (12) ein Pulver ist.4. Securing element according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the reaction element (12) is a powder.
5. Sicherungselement nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionselement (12) eine Schweißfolie ist.5. Securing element according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the reaction element (12) is a welding foil.
6. Sicherungselement nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherungselement (2, 3, 12) im Bereich seines exothermen Reaktionselements6. Securing element according to one or more of the preceding claims, characterized in that the securing element (2, 3, 12) in the region of its exothermic reaction element
(12) einen zusätzlichen Steueranschluß (13) aufweist. (12) has an additional control connection (13).
. Verfahren zum Betreiben eines Sicherungselements, bei dem ein Strom durch das Sicherungselement gemessen wird, wobei das Sicherungselement bei einer über dem Nennstrom liegenden Strombelastung ausgelöst wird und den Stromkreis bleibend un- terbricht, insbesondere nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auftreten eines Fehlersignals im Stromkreis zumindest der Schmelzleiter (12) des Sicherungselements (2, 3, 12) mit einem Zündimpuls beaufschlagt wird.. Method for operating a fuse element, in which a current is measured through the fuse element, the fuse element being triggered at a current load above the nominal current and interrupting the circuit permanently, in particular according to claim 1 or one of the following, characterized in that when If an error signal occurs in the circuit, at least the fuse element (12) of the fuse element (2, 3, 12) is subjected to an ignition pulse.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stromschwellwert als Fehlersignal verwendet wird.8. The method according to claim 7, characterized in that a current threshold value is used as an error signal.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromschwellwert aus einer Auslösekurve des Sicherungselements bestimmt wird, die in einer Auswerteeinheit (8) abgelegt ist.9. The method according to claim 8, characterized in that the current threshold is determined from a tripping curve of the fuse element, which is stored in an evaluation unit (8).
10. Verfahren nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperaturschwellwert als Fehlersignal verwendet wird.10. The method according to claim 7, 8 or 9, characterized in that a temperature threshold is used as an error signal.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannungsschwellwert als Fehlersignal verwendet wird.11. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that a voltage threshold is used as an error signal.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aufprallsignal als Fehlersignal verwendet wird. 12. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that an impact signal is used as an error signal.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündimpuls durch Fremdbeheizung des Reaktionselements (12) entsteht.13. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the ignition pulse is generated by external heating of the reaction element (12).
14. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündimpuls durch Einwirkung eines Stromstoßes auf das Reaktionselement (12) entsteht.14. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the ignition pulse is generated by the action of a current surge on the reaction element (12).
15. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündimpuls durch Einwirkung eines Lichpulses auf das Reaktionselement (12) entsteht.15. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the ignition pulse is generated by the action of a light pulse on the reaction element (12).
16. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündimpuls durch Einwirkung eines Zündfunkens einer Batterie auf das Reaktionselement (12) entsteht.16. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the ignition pulse is generated by the action of an ignition spark of a battery on the reaction element (12).
17. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündimpuls durch Einwirkung eines Lichtbogens auf das Reaktionselement (12) entsteht.17. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the ignition pulse is generated by the action of an arc on the reaction element (12).
18. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündimpuls durch Einwirkung eines Zündfunkens eines Kondensators auf das Reaktionselement (12) entsteht. 18. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the ignition pulse is generated by the action of an ignition spark of a capacitor on the reaction element (12).
9. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 7 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherungselement (2, 3, 12) in Serie in eine Leitung (11) zwischen einer Stromquelle (1) und einem Verbraucher (10) geschaltet ist und einen zusätzlichen Steueranschluß (13) aufweist, der an ein steuerbares Bauelement (7) angeschlossen ist, über welches zusätzliche Energie auf das Sicherungselement (2, 3, 12) auf schaltbar ist. 9. Circuit arrangement for performing the method according to claim 7 or one of the following, characterized in that the fuse element (2, 3, 12) is connected in series in a line (11) between a current source (1) and a consumer (10) and has an additional control connection (13) which is connected to a controllable component (7) via which additional energy can be switched to the fuse element (2, 3, 12).
EP98942631A 1997-08-16 1998-07-25 Fuse element for electric installations Withdrawn EP1004131A2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1997135552 DE19735552A1 (en) 1997-08-16 1997-08-16 Fuse element for automobile current circuit
DE19735552 1997-08-16
PCT/EP1998/004683 WO1999009575A2 (en) 1997-08-16 1998-07-25 Fuse element for electric installations

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1004131A2 true EP1004131A2 (en) 2000-05-31

Family

ID=7839169

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP98942631A Withdrawn EP1004131A2 (en) 1997-08-16 1998-07-25 Fuse element for electric installations

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP1004131A2 (en)
JP (1) JP2001516126A (en)
DE (1) DE19735552A1 (en)
WO (1) WO1999009575A2 (en)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11250790A (en) 1998-03-03 1999-09-17 Yazaki Corp Forced blowout fuse and electric current limiting device
JPH11329189A (en) * 1998-03-12 1999-11-30 Yazaki Corp Current interrupting device
JP3568817B2 (en) * 1999-03-10 2004-09-22 矢崎総業株式会社 Circuit breaker
JP2000260281A (en) * 1999-03-10 2000-09-22 Yazaki Corp Circuit breaker device
JP2001006518A (en) * 1999-04-23 2001-01-12 Sony Chem Corp Overcurrent protective device
DE10049071B4 (en) * 2000-10-02 2004-12-16 Micronas Gmbh Safety device for a circuit, in particular in motor vehicles
DE10245393A1 (en) * 2002-09-28 2004-04-08 Wickmann-Werke Gmbh Protection component that is self-configuring using sparks, has circuit element arranged in component so that spark produced at defined point can act upon circuit element to change electrical properties
DE10328184B3 (en) * 2003-06-24 2004-11-18 Martin Klose Voltage-free switching device for starter battery for automobile or motorcycle has heavy current fuse insert cooperating with positive battery terminal fitted in rotary or linear switch knob
DE102005036174A1 (en) * 2005-08-02 2007-02-15 Daimlerchrysler Ag Device for disconnecting of vehicle's battery from line which is to be protected has battery sensor which is in direct or indirect communication with control unit and transmits present current value for current strength in line
DE102006021256A1 (en) 2006-04-28 2007-11-08 Danfoss Compressors Gmbh Motor start circuit
DE102006034499A1 (en) 2006-07-19 2008-01-31 Danfoss Compressors Gmbh Motor start circuit
DE102006053524B4 (en) 2006-11-07 2011-05-26 Danfoss Flensburg Gmbh Motor start circuit
US7969275B2 (en) * 2007-11-14 2011-06-28 Enerdel, Inc. Fuse assembly with integrated current sensing
JP5646214B2 (en) * 2010-05-27 2014-12-24 三洋電機株式会社 Power supply
JPWO2014109067A1 (en) * 2013-01-08 2017-01-19 日立オートモティブシステムズ阪神株式会社 Ignition device for internal combustion engine

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1952799A1 (en) * 1969-10-20 1971-04-29 Gv Trudogowo Nautschhno I T I Circuit arrangement for measuring and registering the data of vibration signals
US3958206A (en) * 1975-06-12 1976-05-18 General Electric Company Chemically augmented electrical fuse
US4107758A (en) * 1977-05-16 1978-08-15 Sprague Electric Company Fused oil filled capacitor
GB8426109D0 (en) * 1984-10-16 1984-11-21 Brush Fusegear Ltd Electrical fuse
US5208575A (en) * 1992-01-10 1993-05-04 General Electric Company Apparatus for coordinated triggering of chemically augmented electrical fuses
CA2085727C (en) * 1992-01-15 2005-08-02 Radhakrishnan Ranjan Apparatus for triggering chemically augmented electrical fuses

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO9909575A3 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE19735552A1 (en) 1999-02-18
WO1999009575A3 (en) 1999-05-27
JP2001516126A (en) 2001-09-25
WO1999009575A2 (en) 1999-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102016107707B3 (en) Protective device for a high-voltage power supply
EP1004130B1 (en) Fuse element for electrical systems and a method and circuit for operating a fuse element
EP3408127B1 (en) High-voltage vehicle electrical system having a pyrotechnic disconnecting device, and method for operating the high-voltage vehicle electrical system
EP3264439B1 (en) Fuse link and overload protection device
EP1004131A2 (en) Fuse element for electric installations
DE102013110240A1 (en) Circuit arrangement for a photovoltaic inverter for off-load relief with short-circuit switches and uses of the circuit arrangement
DE102011014343A1 (en) Safety device for a power supply of a motor vehicle
DE102016113773A1 (en) fuse
EP3178104B1 (en) Fuse for a device to be protected
EP2537219B1 (en) Overvoltage limiting device for dc networks
DE102013012578B4 (en) Device for securing an electrical line and method for operating a device arranged on an electrical line
EP2915178B1 (en) Device for generating a reliable low-impedance electric short-circuit irrespectively of the operating voltage
DE102009004704B4 (en) Surge arrester with a switching device for triggering a separator
DE19827374C2 (en) Fuse element for electrical systems
EP3580772B1 (en) Saftey fuse for low-voltage applications
WO2016038051A1 (en) Multiple fuse device
DE102014221526A1 (en) Device for cell voltage-sensitive overcurrent interruption
DE102015106867A1 (en) Triggering a grounding switch of a switchgear
DE102020112852A1 (en) Electrochemical cell with a protective device for interrupting an electrical power path and method for interrupting an electrical power path through an electrochemical cell
EP3327742A1 (en) Device for eliminating arcing and electromechanical protection switching device
EP4105960A1 (en) Safety device for an electrical power supply network
EP4167413A1 (en) Disconnecting arrangement for protecting a vehicle on-board network
DE102020112849A1 (en) Electrochemical device and method for separating an electrochemical element from a circuit arrangement
DE102021200782A1 (en) Fuse with ignition wire
EP1098418A2 (en) Surge arrester for low voltage network

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 19991221

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE

17Q First examination report despatched

Effective date: 20001212

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20010424