JP6474817B2 - 直流電源を短絡するためのスイッチ及び直流電圧電源システム - Google Patents

直流電源を短絡するためのスイッチ及び直流電圧電源システム Download PDF

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Description

本発明は、直流電圧電源に関し、特に直流電圧電源の安全性を確保することを目的とした電気機器製品に関する。
直流電圧電源は、一般的に、電気化学の蓄電装置の使用に基づいている。これら電圧電源は、例えば、電気及びハイブリッドの輸送システム又は組み込みシステムの分野において使用される。
電気化学の蓄電装置は、通常、次の規模の公称電圧を持っている。
ＮｉＭＨ型バッテリの１．２Ｖ
リチウムイオンリン酸鉄ＬｉＦｅＰＯ４技術の３．３Ｖ
リチウムイオン型をベースにした酸化コバルト技術の４．２Ｖ
これら公称電圧は、電力供給されるほとんどのシステムとの関連で低すぎる。適切な電圧レベルを得るために、多数の蓄電装置が直列に設けられる。高い電力及び容量を得るために、多数の蓄電装置が並列に設けられる。段数（直列に設けられる蓄電装置の数）、及び、各段において並列に設けられる蓄電装置の数は、バッテリに要求される電圧、電流、及び、容量の機能によって変化する。多数の蓄電装置の組み合わせは、蓄電池と呼ばれる。
そのようなバッテリは、例えば、インバータを介して交流電動機を駆動する車両に使用される。そのようなバッテリは、また、電気方式の車両の領域において有効に作用させるために、高い容量を持つ。一般的に、電動車両は、４００Ｖ程度の公称電圧、２００Ａのピーク電流、及び、２０ｋＷｈの容量を使用する。
そのような車両に使用される電気化学の蓄電装置は、一般的に、重量や体積を持つ大きなエネルギーを蓄えられる容量のリチウムイオン型である。リチウムイオンリン酸鉄ＬｉＦｅＰＯ４型のバッテリ技術は、エネルギー容量密度のわずかな減少を犠牲にして、本来備わっている高い安全性レベルのおかげで大きな発展の主題となっている。
国際公開第２０１２／１７１９１７号は、蓄電装置を備え、かつ、直流電圧電源を形成するために直列接続されるバッテリ素子について記載している。各バッテリ素子は、この素子のバッテリを他の素子から独立させることを目的とし、又は、直流電圧電源の供給の連続性を確保することを目的とし、又は、この直流電圧電源の保全作業を許可することを目的とした、保護装置が設けられている。各バッテリ素子は、２つの端子間を接続する並列接続された２つの枝路を備える。第１の枝路では、バッテリはノーマルオープン型のＭＯＳＦＥＴスイッチに直列に接続されている。第２の枝路では、２つの端子がノーマルクローズ型のスイッチを介して接続されている。その素子が使用される場合、ノーマルクローズ型のスイッチはオープン状態を維持し、かつ、ノーマルオープン型スイッチはクローズ状態を維持する。故障又は保全のために制御を停止した場合、ノーマルクローズ型のスイッチはクローズのままであり、ノーマルオープン型のスイッチはオープンのままであり、バッテリの電圧はその素子の端子に供給されない。
実際には、そのような素子には課題がある。ＭＯＳＦＥＴスイッチ及びそれらの制御には、特にそれらにヒートシンクを取り付ける必要があるため、比較的高いコストがかかる。さらに、これらのスイッチは、それらがオープン状態のときでも、スプリアスのエネルギー損失及びオーバーヒートの源となる。特に、ノーマルクローズ型のスイッチは、故障の発生確率が減るが、その素子の動作において（したがってこのスイッチがオープンの時）永続的な損失を引き起こす。
仏国特許発明第１６０５４９３号明細書は、ミサイルを発射するためのスイッチについて記載している。そのスイッチは、発射時に一時的に閉じて、その後、壊れる。ここで、ミサイルも結局は壊れるので不自由ではない。そのようなスイッチは、それ故、制御停止のクローズ状態を保証するのにふさわしくない。
米国特許第２７２１２４０号明細書は、２つの電極と、火工式装薬によって推進される導電性素子と、を備えたスイッチについて記載している。その推進力により、導電性素子は、電極付近を通過して、それらの間に電気的な接触を形成する。そのような接触の信頼性は、スイッチのクローズ状態が維持されることを保証するのに十分ではない。
国際公開第２０１２／１７１９１７号 仏国特許発明第１６０５４９３号明細書 米国特許第２７２１２４０号明細書 米国特許第３５９０８７７号明細書 欧州特許第０３８１８８０号明細書
本発明の目的は、１又はそれ以上の課題を解決するためのものである。本発明は、添付された請求項において定義されるようなスイッチに関する。
本発明は、さらに、添付された請求項において定義されるような直流電圧電源システムに関する。
本発明のその他の特徴及び効果は、下記に例示的かつ非限定的に示される本明細書の記述及び添付図面から明らかにされる。
本発明は、直流電圧電源のための安全なスイッチを提案する。そのようなスイッチは、導電性の第１及び第２の電極と、導電性素子と、を備える。まず、電気絶縁媒体は、これらの電極を互いに分離させるとともに、少なくとも前記導電性素子を前記第２の電極から分離させる。前記スイッチは、さらに、火薬を含んだ火工素子を備え、その爆発は、前記導電性素子を、前記第２の電極に接触するように駆動するとともに、前記第１及び前記第２の電極間に頑丈かつ耐久性のある導電性リンクを形成するように前記導電性素子を前記第２の電極に結合する。「頑丈かつ耐久性のある」は、爆発後も前記導電性リンクが維持される、という意味に理解されるべきである。それ故、結合はこの爆発によって破壊されない。
故障が発生した場合、２つの電極間の接続は、前記スイッチの端子間に接続される電気システムを短絡するために、特に安全性の注意が求められている場合において強固に確実に丈夫に閉じられる。爆発によって前記導電性素子に対して供給されるエネルギーのため、前記導電性素子は前記第２の電極に結合され、そのことは、高負荷の電流が低損失で前記第１及び前記第２の電極間を通過することを許容するような、前記導電性素子及び前記第２の電極間の電気的な接続を確実にすることができる。前記第１及び前記第２の電極間の導通は、例えば、直流電圧電源の短絡電流でさえも途切れないことが保証され得る。
通常、当業者は危険と考えられる成分（例えばリチウムイオン型の電気化学セルに基づく直流電圧電源）の近くにおいて火工素子の使用を考えないが、そのようなスイッチは、それ故、直流電圧電源を保護するのに特に有利であることを示している。実際には、そのような成分の爆発に関連するリスクは、特にエアバッグの製造に関して、その成分の大量生産のおかげでうまく制御される。したがって、爆発により放出されるエネルギー量、及び、爆発の保証は、火工素子において完全に制御されるパラメータとなる。
本発明の実施の形態１に係るスイッチの動作構成を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態１に係るスイッチの別の動作構成を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態２に係るスイッチの動作構成を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態２に係るスイッチの別の動作構成を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態３に係るスイッチの動作構成を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態３に係るスイッチの別の動作構成を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態４に係るスイッチの動作構成を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態４に係るスイッチの別の動作構成を模式的に示す図である。 実施の形態３に係るスイッチの火工素子活性化前の変形例を示す図である。 実施の形態４に係るスイッチの火工素子活性化前の変形例を示す図である。 実施の形態３に係るスイッチの火工素子活性化前の他の変形例を示す図である。 実施の形態２に係るスイッチを備えた直流電源の動作構成の例を示す電気回路図である。 実施の形態２に係るスイッチを備えた直流電源の別の動作構成の例を示す電気回路図である。 実施の形態２に係るスイッチを備えた直流電源を示す電気回路図である。 実施の形態２に係るスイッチの変形例を模式的に示す図である。 実施の形態３に係るスイッチを備えた直流電源を示す電気回路図である。 直列接続された多数のモジュールを備えた直流電源の例を示す電気回路図であって、モジュールの一つに故障が発生したときの供給の連続性を示している。
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係るスイッチ１を模式的に示す断面図である。スイッチ１は、第１の電極１１及び第２の電極１２間においてノーマルオープン型である。電極１１，１２は、導電性のものである。電極１１は、例えば、コネクタ１１１に電気的に接続されている。電極１２は、例えば、コネクタ１１２に電気的に接続されている。コネクタ１１１，１１２は、好適には、スイッチ１を、回路内において、又は、電気システムの端子に、接続することを可能にする。
電極１１，１２は、ここではチャンバー１６に格納されている。電極１１，１２は、それらが機械的に固定されるのを確実にするため、チャンバー１６の内部壁１６１に固定されている。スイッチ１は、さらに、導電性素子１５を備える。素子１５は、チャンバー１６の内部に格納されている。素子１５は、チャンバー１６内に存在する電気絶縁媒体１６２を介して、電極１１，１２から分離している。媒体１６２は、例えば、不活性ガスである。このため、素子１５は、電極１１，１２から分離することが保たれる。ここでは、素子１５は、壁１６１の反対のチャンバー１６の壁に保持されている。電気絶縁媒体１６２は、また、電極１１，１２を、チャンバー１６内においてそれらを電気的に絶縁するために、分離している。チャンバー１６の内壁面は、電極１１、電極１２及び導電性素子１５間の電気的な絶縁を保証するため、電気的に絶縁されている。図１に示すように、スイッチ１は、電極１１，１２間においてノーマルオープン型の構成を有する。ここでは、スイッチ１は、そのオープン構成において導電性素子１５から絶縁された電極１１，１２のみを有する。
素子１５は、第１の電極１１の真上に一部を有し、第２の電極１２の真上に一部を有する。スイッチ１は、さらに、火工素子１７を有する。火工素子１７は、導電性素子１５に取り付けられた火薬１７１と、火薬１７１の爆発を開始させる起爆装置１７２と、を有する。火薬１７１の爆発は、任意の適切な手段、例えば、制御回路９を介して、又は、火薬１７１の全体的な加熱を介して、起爆装置１７２に対して電気的な信号を供給することにより、制御可能である。
火薬１７１は、その爆発により生成されるガスにより、素子１５がチャンバー１６を通過して電極１１，１２の方向に推進するように構成されている。爆発すると、火薬１７１により生成されたガスは、チャンバー１６から素子１５を引き離すために、素子１５を電極１１，１２の両方に接触するように推進させるために、及び、素子１５を加熱するために、素子１５に圧力を付与する。図２に示すように、素子１５は、一方に電極１１が、他方に電極１２が、強固かつ丈夫に結合されるのに十分なエネルギーで推進される。爆発により生成されたガスによる素子１５の加熱は、さらに、素子１５と電極１１，１２との間の結合を促進する。電極１１，１２間の導通は、素子１５、及び、電極１１，１２に対する素子１５の結合部を介して確実になる。
その結果、スイッチ１は、信頼性のある、かつ、耐久性のある、電極１１，１２間が閉じられた構成を持つ。電極１１，１２及び素子１５は、好適には金属材料を備える。素子１５の金属材料は、電極１１，１２の金属材料に接触するように溶け込み、火薬１７１の爆発による結合部を形成する。
ろう付け接合は、２つの要素間に中間材料を追加して当該２つの要素を結集するのに対し、結合は、それらの材料間の接触面にて、それら自身の材料間の溶融によって、素子１５を直接的に各電極１１，１２に固定する。ここでは、結合は、素子１５と各電極１１，１２間の接触面において短い溶融を発生させるような、頑丈かつ耐久性のある方法により行われている。接触面での非常に短時間のこの結合は、結合中に接触している表面がほぼすぐに固体に戻るという形で反映される。固体の状態に戻ることは、跳ね返り効果を避けることができる。
さらに、素子１５は、爆発によって、接合されるべき各電極の接触面に垂直な方向に駆動される。それにより、接合の品質は素子１５と各電極間において最大化され、また、跳ね上がりしないことにも有利である。好適には、電極１１，１２の接触面は実質的に平坦である。
素子１５に対する爆発からのガスの直接的な圧力は、それらの加熱（それにより、電極１２に接触したときの接触面での結合）、電極１２に接触する際の変形、及び、超音速での推進に有利である。そのような推進は、また、例えば、素子１５を形成するために銅が用いられ、電極１２を形成するためにアルミニウムが用いられている場合（又はその逆）等のように、２つの異なる材料間の結合を有利にする。そのようなガスの直接的な圧力は、また、移動させる材料の量を減らすことを可能にするとともに、火薬材料の量をより少なくすることを可能にする。
火薬の速い爆発は、素子１５を７５００ｍ／ｓ程度のスピードで推進させることができ、火薬の遅い爆発は、素子１５を１５００及び２０００ｍ／ｓの間の典型的なスピードで推進させることができる。そのようなタイプの結合は、特に、伝熱管の修理のための米国特許第３５９０８７７号明細書に詳細に示されている。欧州特許第０３８１８８０号明細書は、また、結合される素子の重量の関数として見積もり時に使用するために、特にニトログアニジンをベースにした火薬の量の寸法ルールを提供している。
エアバッグ製品のために販売された火工素子を使用することにより、テストでは爆発のエネルギーの２５〜３０％が素子１５に対する動的なエネルギーとして伝達されていた。素子１５と電極１２との間の接合部を生成するために必要なエネルギーを決定することにより、火工素子１７に含まれる火薬１７１の量を容易に決定することができる。
＜実施の形態２＞
図３は、本発明の実施の形態２に係るスイッチ１を模式的に示す断面図である。そのスイッチ１も、第１の電極１１及び第２の電極１２間においてノーマルオープン型である。実施の形態２のスイッチ１は、実施の形態１のスイッチ１の特徴を再現し、かつ、そのオープン構成において、素子１５が電極１１に電気的にリンクして電極１１に機械的に固定されているということのみ異なる。素子１５と電極１１との間の電気的な接触、及び、それらのリンクの機械的強度を有利にするため、電極１１及び素子１５は、好適には一体に形成される。図３では、スイッチ１は、電極１１，１２間においてノーマルオープン接続の構成であることが示されている。
火薬１７１は、その爆発により生成されるガスにより、素子１５の端部がチャンバー１６を通過して電極１２の方向に推進するように構成されている。この端部は、初めは電極１２の真上にある。爆発すると、火薬１７１により生成されたガスは、素子１５の端部を電極１２に接触するように推進させるために、及び、素子１５を加熱するために、素子１５の端部に圧力を付与する。図４に示すように、素子１５は、電極１２に結合されるのに十分なエネルギーで推進される。爆発により生成されたガスによる素子１５の加熱は、さらに、素子１５と電極１２との間の結合を促進する。電極１１，１２間の導通は、素子１５、電極１１との接続部、及び、電極１２との接合部を介して確実になる。素子１５は、また、電極１１とのリンクの表面積を増加させて、火薬１７１の爆発時に電極１１との接合部を形成することもできる。
＜実施の形態３＞
図５は、本発明の実施の形態３に係るスイッチ１を模式的に示す断面図である。そのスイッチ１は、ここでは、反転スイッチである。ここで、スイッチ１は、第１の電極１１と第２の電極１２との間においてノーマルオープンスイッチの機能を有する。また、スイッチ１は、第１の電極１１と第３の電極１３との間においてノーマルクローズスイッチの機能を有する。
電極１１，１２は導電性のものである。電極１１は、例えば、コネクタ１１１に電気的に接続されている。電極１２は、例えば、コネクタ１１２に電気的に接続されている。電極１３は、例えば、コネクタ１１３に電気的に接続されている。
電極１１〜１３は、ここでは、チャンバー１６に格納されている。電極１１，１２は、それらが機械的に固定されるのを確実にするため、チャンバー１６の内部壁１６１に固定されている。電極１３は、壁１６１の反対のチャンバー１６の内部壁に固定されている。スイッチ１は、さらに、導電性素子１５を備える。素子１５は、チャンバー１６の内部に格納されている。素子１５は、チャンバー１６内に存在する電気絶縁媒体１６２を介して、電極１２から分離している。このため、素子１５は、電極１２から分離することが保たれる。ここでは、素子１５は、壁１６１の反対のチャンバー１６の壁に保持されている。電気絶縁媒体１６２は、また、電極１１，１２を、チャンバー１６内においてそれらを電気的に絶縁するために、分離している。チャンバー１６の内壁面は、電極１１，１２間、電極１３，１２間、及び、導電性素子１５及び電極１２間の電気的な絶縁を保証するため、電気的に絶縁されている。図５に示すように、スイッチ１は、電極１１，１２間においてノーマルオープン型の構成を有する。
素子１５は、電極１１に電気的にリンクして、電極１１に機械的に固定されている。素子１５と電極１１との間の電気的な接触、及び、それらのリンクの機械的強度を有利にするため、電極１１及び素子１５は、好適には一体に形成される。素子１５は、さらに、電極１３に電気的にリンクして、電極１３に機械的に固定されている。図５に示すように、スイッチ１は、電極１１，１３間においてノーマルクローズ型の構成を有する。
素子１５は、電極１２の真上に端部を有する。スイッチ１は、さらに、火工素子１７を有する。火工素子１７は、導電性素子１５に取り付けられた火薬１７１と、火薬１７１の爆発を開始させる起爆装置１７２と、を有する。火薬１７１の爆発は、任意の適切な手段、例えば、制御回路９を介して、起爆装置１７２に対して電気的な信号を供給することにより、制御可能である。
火薬１７１は、その爆発により生成されるガスが、素子１５の端部と電極１３との間のリンクを切り離すように構成されている。その結果、電極１１及び電極１３間の接続はオープンになる。電極１２，１３間の接続もオープンのままである。火薬１７１の爆発により生成されるガスは、さらに、素子１５の端部をチャンバー１６を通過して電極１２の方向に推進させる。爆発すると、火薬１７１により生成されたガスは、素子１５の端部を電極１２に接触するように推進させるために、及び、素子１５を加熱するために、素子１５の端部に圧力を付与する。図６に示すように、素子１５は、電極１２に結合されるのに十分なエネルギーで推進される。爆発により生成されたガスによる素子１５の加熱は、さらに、素子１５と電極１２との間の結合を促進する。電極１１，１２間の導通は、素子１５、電極１１との接続部、及び、電極１２との接合部を介して確実になる。素子１５は、また、電極１１とのリンクの表面積を増加させて、火薬１７１の爆発時に電極１１との接合部を形成することもできる。
＜実施の形態４＞
図７は、本発明の実施の形態４に係るスイッチ１を模式的に示す断面図である。そのスイッチ１は、第１の電極１１及び第２の電極１２間においてノーマルオープン型であって、第３の電極１３及び第４の電極１４間においてノーマルクローズ型である。電極１１，１２，１３，１４は、導電性のものである。電極１１は、例えば、コネクタ１１１に電気的に接続されている。電極１２は、例えば、コネクタ１１２に電気的に接続されている。電極１３は、例えば、コネクタ１１３に電気的に接続されている。電極１４は、例えば、コネクタ１１４に電気的に接続されている。
電極１１〜１４は、チャンバー１６に格納されている。電極１１，１２は、それらが機械的に固定されるのを確実にするため、チャンバー１６の内部壁１６１に固定されている。電極１３，１４は、それらが機械的に固定されるのを確実にするため、壁１６１の反対のチャンバー１６の内部壁に固定されている。
スイッチ１は、さらに、導電性素子１５を備える。素子１５は、チャンバー１６の内部に格納されている。素子１５は、チャンバー１６内に存在する電気絶縁媒体１６２を介して、電極１１，１２から分離している。このため、素子１５は、電極１１，１２から分離することが保たれる。ここでは、素子１５は、電極１３，１４に固定されており、電極１３，１４に電気的に接続されている。図７に示すように、スイッチ１は、電極１３，１４間においてノーマルクローズ型の構成を有する。
電気絶縁媒体１６２は、また、電極１１，１２を、チャンバー１６内においてそれらを電気的に絶縁するために、分離している。絶縁媒体１６２は、また、電極１１，１２を、電極１３，１４から分離している。チャンバー１６の内壁面は、電極１１及び電極１２間のお互いの電気的な絶縁を保証するため、及び、導電性素子１５、電極１３、及び、電極１４の電気的な絶縁を保証するため、電気的に絶縁されている。図７に示すように、スイッチ１は、電極１１，１２間においてノーマルオープン型の構成を有する。
素子１５は、第１の電極１１の真上に一部を有し、第２の電極１２の真上に一部を有する。スイッチ１は、さらに、火工素子１７を有する。火工素子１７は、導電性素子１５に取り付けられた火薬１７１と、火薬１７１の爆発を開始させる起爆装置１７２と、を有する。火薬１７１の爆発は、任意の適切な手段、例えば、制御回路９を介して、起爆装置１７２に対して電気的な信号を供給することにより、制御可能である。
火薬１７１は、その爆発により生成されるガスが、素子１５を電極１３，１４から引き離すように、かつ、素子１５をチャンバー１６を通過して電極１１，１２の方向に推進させるように、構成されている。爆発すると、火薬１７１により生成されたガスは、素子１５を電極１３，１４から引き離すために、素子１５を電極１１，１２の両方に接触するように推進させるために、及び、素子１５を加熱するために、素子１５に圧力を付与する。図８に示すように、素子１５は、一方に電極１１が、他方に電極１２が、結合されるのに十分なエネルギーで推進される。爆発により生成されたガスによる素子１５の加熱は、さらに、素子１５と電極１１，１２との間の結合を促進する。電極１１，１２間の導通は、素子１５、及び、電極１１，１２に対する素子１５の結合部を介して確実になる。
その結果、スイッチ１は、信頼性のある、かつ、耐久性のある、電極１１，１２間が閉じられた構成を持つ。また、スイッチ１は、電極１３，１４間、電極１１，１３間、電極１１，１４間、電極１２，１３間、及び電極１２，１４間が開いた（それから、媒体１６２により分離された）構成を持つ。
図９は、実施の形態３に係るスイッチ１の火薬１７１爆発前の変形例を模式的に示す断面図である。爆発時に素子１５及び電極１３間の切り離しを促進するため、素子１５及び電極１３は導電性連結部１５１によってリンクされており、素子１５、電極１３及び連結部１５１は一体形成されており、連結部１５１の横断面は電極１３の横断面より小さく、素子１５の横断面よりも小さい。爆発時の素子１５及び電極１３間の電気的な接続の切り離しを保証するため、リンク１５１の破断荷重は、電極１３及びチャンバー１６間が固定される機械的強度よりも小さくなっている。
爆発時に、電極１１に対して素子１５の旋回軸となることを促進するため、素子１５及び電極１１は導電性連結部１５２によってリンクされており、素子１５、電極１１及び連結部１５２は一体形成されており、連結部１５２の横断面は、電極１１の横断面より小さく、素子１５の横断面よりも小さい。
図１０は、実施の形態４に係るスイッチ１の火薬１７１爆発前の変形例を模式的に示す断面図である。
爆発時に素子１５及び電極１３間の切り離しを促進するため、素子１５及び電極１３は導電性連結部１５１によってリンクされており、素子１５、電極１３及び連結部１５１は一体形成されており、連結部１５１の横断面は電極１３の横断面より小さく、素子１５の横断面よりも小さい。爆発時の素子１５及び電極１３間の電気的な接続の切り離しを保証するため、リンク１５１の破断荷重は、電極１３及びチャンバー１６間が固定される機械的強度よりも小さくなっている。
爆発時に素子１５及び電極１４間の切り離しを促進するため、素子１５及び電極１４は導電性連結部１５３によってリンクされており、素子１５、電極１４及び連結部１５３は一体形成されており、連結部１５３の横断面は電極１４の横断面より小さく、素子１５の横断面よりも小さい。爆発時の素子１５及び電極１４間の電気的な接続の切り離しを保証するため、リンク１５３の破断荷重は、電極１４及びチャンバー１６間が固定される機械的強度よりも小さくなっている。
図１１は、本発明の実施の形態３に係るスイッチ１の他の変形例を模式的に示す断面図である。電極１１は、金属ケーブルの端部によって形成されている。電極１３も、金属ケーブルの端部によって形成されている。これら金属ケーブルの端部は、一直線に並んでいる。素子１５は、一方に電極１１が、他方に電極１３が、固定されている。素子１５は、電極１１及び電極１３を電気的にリンクする。素子１５の内部に空洞が形成されている。その空洞は、火薬１７１を含んでいる。空洞の横断面は、好適には、素子１５及び電極１１間の連結部での空洞の横断面と比較して、素子１５及び電極１３間の連結部において大きくなる。それにより、爆発時に、素子１５及び電極１３間において材料の切り離しが起きるのに対し、素子１５及び電極１１間において材料の連続性が維持される。
電極１２は、素子１５を取り囲む導電性スリーブを有する。電極１２のスリーブは、環状空間によって素子１５から分離している。その環状空間は、また、電極１１，１３間の分離も形成する。電極１１，１３は、好適には、絶縁ブロック１８の内部において固定されている。絶縁ブロック１８は、電極１２に対して電極１１，１３を電気的に絶縁する。
火薬１７１の爆発時、電極１１及び電極１３間の接続をオープンにするために、素子１５及び電極１３間において切り離しが行われる。素子１５は、電極１２のスリーブに接触するまで環状空間内で変形する。それ故、電極１１及び電極１２間の電気的な接続はクローズする。電極１２及び電極１３は、ブロック１８及び環状空間に存在する絶縁媒体１６２を介して電気的な絶縁を維持する。
２００Ａの公称電流では、金属の銅のケーブルは、７０ｍｍ２の横断面をもつことができる。素子１５は、電極１２のスリーブと同等の接合表面積を保証する寸法で形成されることができる。
図１２及び図１３は、本発明の実施の形態２に係るスイッチの異なる動作モードでの適用事例を示す電気回路図である。直流電圧電源システム３は、第１及び第２の出力端子３１，３２を備える。第１の例に係るスイッチ４１は、第１の端子３１に接続された電極１１と、第２の端子３２に接続された電極１２と、を有する。電源システム３は、さらに、直流電圧電源２、この場合は電気化学の蓄電装置の電池、を備える。電源２は、第１及び第２の極２１，２２を有する。第１の極２１は、スイッチ４２を介して、第１の電極１１及び第１の端子３１に接続されている。電源システム３は、端子３１，３２間において２つの並列な枝路、即ち、スイッチ４２及び電源２が直列に接続された第１の枝路、及び、スイッチ４１によって導通が条件付けられる第２の枝路、を備えている。
スイッチ４１はノーマルオープン型である。スイッチ４２は、図示しない制御回路を介して選択的にオープン又はクローズすることができる。
通常動作において、電源２からの電圧が端子３１，３２間に付与された場合、図１２に示すように、スイッチ４１はオープンのままであり、スイッチ４２はクローズのままである。
故障の場合において、例えば電源２又はその接続部において過度温度（例えば電気化学の蓄電装置の熱暴走温度に近い温度）が測定された場合、スイッチ４１の火工素子の火薬が爆発するように制御される。それにより、スイッチ４１はクローズして、端子３１，３２間には、これらの端子間の導通を維持する短絡回路が形成される。さらに、スイッチ４２はオープンになり、それ故、電源２がもはや電流を出力できないように端子３１及び極２１間のリンクは切り離される。
図１４は、本発明の実施の形態２に係るスイッチの通常動作モードでの適用事例を示す電気回路図である。図１２の電源システムと比較して、スイッチ４２がヒューズ４３に置き換えられている。それ故、電源システム３は、端子３１，３２間において２つの並列な枝路、即ち、ヒューズ４３及び電源２が直列に接続された第１の枝路、及び、スイッチ４１によって導通が条件付けられる第２の枝路、を備えている。
スイッチ４１はノーマルオープン型であるため、通常動作では、電源２の極２１，２２間の電圧が端子３１，３２間に付与される。
電源２によって過電流が出力される故障が発生した場合、火薬１７１の爆発によりスイッチ４１がクローズするように制御されるとともに、ヒューズ４３が極２１及び端子３１間の接続をオープンにするように融解する。
図１５は、実施形態２に係るスイッチ４１の変形例を模式的に示す図である。図１４に示すような電源システムへの適用では、予定される電源２からの短絡電流に関連付けられたヒューズ４３の加熱が、火薬１７１の爆発のトリガに使用されることが好ましい。それにより、ヒューズ４３の加熱は、自動的にスイッチ４１をクローズさせることができる。このような目的で、ヒューズ４３がその加熱時に火薬１７１の起爆装置を形成するように、ヒューズ４３及び火薬１７１間には熱橋が形成される。ヒューズ４３及び火薬１７１間の熱橋は、例えば、火薬１７１を含む熱伝導性の包装に接触させてヒューズ４３を配置することにより生成可能である。短絡電流の大きさや期間に基づいて、ヒューズ４３は、端子３１から極２１を絶縁させるために最終的にオープンになる。
自動的なトリガを得るため、ヒューズ４３は、好適には次のような寸法に形作られる。Ｉｃｃｍａｘが直流電圧電源２より出力される最大短絡電流を表す場合、ヒューズ４３は、火薬１７１の爆発を開始させるためにその加熱が十分になるまでの期間において電流Ｉｃｃｍａｘが通過するときには、閉じたままとなるような寸法に形作られる。
図１６は、本発明の実施の形態３に係るスイッチの適用事例を示す電気回路図である。直流電圧電源２の極２１は、スイッチ１の第３の電極１３に接続されている。システム３の端子３１は、スイッチ１の第１の電極１１に接続されている。第２の電極１２は、極２２及び端子３２に接続されている。前述のように、電極１１及び電極１３間の導通は、ノーマルクローズ型であって、電極１１及び電極１２間の接続は、ノーマルオープン型である。それ故、通常動作では、極２１，２２間の電位差が端子３１，３２間に付与される。故障時には、火薬１７１が、電極１１及び電極１３間の接続をオープンにするとともに、電極１１及び電極１２間の接続をクローズにする。それにより、極２１は端子３１から切り離され、端子３１，３２間において短絡回路が形成される。この変形は、通常動作における電極１１，１３間の半導体スイッチの導電損失を回避することができる。
図１７には、電源システム３１が示されている。このシステム３１は、図１６に詳細に示される直列に接続された多数のシステム３を備えている。これらシステム３は、それぞれ直流電圧電源２０１，２０２，２０３を備える。電源２０１での故障のため、スイッチ１の電極１１及び電極１３間の接続はオープンになり、スイッチ１の電極１１及び電極１２間の接続はクローズになる。それ故、端子３１，３２は短絡する。電源２０２，２０３には故障がないので、それらのシステム３は通常動作モードを維持する。その結果、電源２０２，２０３は電流を出力し続けることができる。システム３１は供給の連続性を可能にする。これは、車両のモータ駆動に電力を供給する場合に特に有効である。
図１２及び図１４に詳細に示されるシステム３を直列に接続することにより、同様の供給の連続性が得られる。

Claims (16)

  1. 第１及び第２の出力端子（３１，３２）と、
    第１の電極（１１）が前記第１の出力端子（３１）に接続され、かつ、第２の電極（１２）が前記第２の出力端子（３２）に接続されたスイッチ（１）と、
    第１及び第２の極（２１，２２）間に電位差を付与し、前記第１の極が前記第１の出力端子に接続され、前記第２の極が前記第２の出力端子に接続された、直流電圧電源（２）と、
    前記直流電圧電源（２）の前記第１の極（２１）を、前記第１の電極（１１）及び前記第１の出力端子（３１）に接続する、ヒューズ（４３）と、
    前記ヒューズの加熱が火薬の爆発を開始させる起爆装置（１７２）を形成するように、前記ヒューズ（４３）及び前記火薬（１７１）間に設けられた熱橋と、
    を備え、
    前記スイッチは、
    導電性の前記第１及び前記第２の電極（１１，１２）と、
    導電性素子（１５）と、
    前記第１の電極と前記第２の電極とを分離させるとともに、前記導電性素子を前記第２の電極から分離させる、電気絶縁媒体（１６２）と、
    前記火薬（１７１）を含んだ火工素子（１７）と、を備え、
    前記火薬の爆発は、前記第１及び前記第２の電極間に導電性リンクを形成しつつ、前記導電性素子と前記第２の電極とがその接触部分における材料間の溶融によって結合されるように、前記導電性素子（１５）を、加熱し、かつ、前記第２の電極（１２）の接触面に接触させるように駆動する、
    直流電圧電源システム（３）。
  2. 前記スイッチにおいて、
    前記第２の電極（１２）及び前記導電性素子（１５）は、
    それぞれ、前記火薬の爆発により接触かつ結合される金属材料を備える、
    請求項１に記載の直流電圧電源システム（３）。
  3. 前記スイッチは、
    前記火薬（１７１）の爆発により生成される加圧ガスが放出され、かつ、前記導電性素子（１５）が前記火薬の爆発により生成された前記加圧ガスに接触するように配置された、チャンバー（１６）を備えた、
    請求項１又は２に記載の直流電圧電源システム（３）。
  4. 前記スイッチにおいて、
    前記第２の電極（１２）は、前記チャンバーの内部壁（１６１）に固定されている、
    請求項３に記載の直流電圧電源システム（３）。
  5. 前記スイッチにおいて、
    前記電気絶縁媒体（１６２）は、前記導電性素子（１５）を前記第１の電極（１１）から分離させ、
    前記火薬（１７１）の爆発は、前記導電性素子を前記第１の電極に接触させるように駆動するとともに、前記第１及び前記第２の電極（１１，１２）間に前記導電性リンクを形成するように、前記導電性素子を前記第１の電極に結合させる、
    請求項１〜４の何れか一項に記載の直流電圧電源システム（３）。
  6. 前記スイッチにおいて、
    前記導電性素子（１５）及び前記第１の電極（１１）は一体に形成されている、
    請求項１〜４の何れか一項に記載の直流電圧電源システム（３）。
  7. 前記スイッチは、
    前記導電性素子（１５）に電気的に接続された第３の電極（１３）をさらに備え、
    前記第３の電極（１３）は、前記電気絶縁媒体（１６２）により前記第２の電極から分離され、
    前記火薬の爆発は、前記電気絶縁媒体により前記導電性素子を前記第３の電極から分離させるように、当該導電性素子を駆動する、
    請求項６に記載の直流電圧電源システム（３）。
  8. 前記スイッチにおいて、
    前記第３の電極（１３）、前記導電性素子（１５）、及び、前記第３の電極及び前記導電性素子間の導電性連結部（１５１）は、一体に形成され、
    前記導電性連結部は、前記導電性素子の横断面よりも小さく、かつ、前記第３の電極の横断面よりも小さい、横断面を有する、
    請求項７に記載の直流電圧電源システム（３）。
  9. 第１及び第２の出力端子（３１，３２）と、
    第１の電極（１１）が前記第１の出力端子（３１）に接続され、かつ、第２の電極（１２）が前記第２の出力端子（３２）に接続されたスイッチ（１）と、
    第１及び第２の極（２１，２２）間に電位差を付与し、前記第１の極が前記第１の出力端子に接続され、前記第２の極が前記第２の出力端子に接続された、直流電圧電源（２）と、
    前記直流電圧電源（２）の前記第１の極（２１）を、前記第１の電極（１１）及び前記第１の出力端子（３１）に接続する、ヒューズ（４３）と、
    前記ヒューズの加熱が火薬の爆発を開始させる起爆装置（１７２）を形成するように、前記ヒューズ（４３）及び前記火薬（１７１）間に設けられた熱橋と、
    を備え、
    前記スイッチは、
    導電性の前記第１及び前記第２の電極（１１，１２）と、
    導電性素子（１５）と、
    前記第１の電極と前記第２の電極とを分離させるとともに、前記導電性素子を前記第２の電極から分離させる、電気絶縁媒体（１６２）と、
    前記火薬（１７１）を含んだ火工素子（１７）と、
    前記導電性素子（１５）に電気的に接続され、前記電気絶縁媒体（１６２）によって前記第２の電極から分離された第３の電極（１３）と、を備え、
    前記第１の電極は、第１の金属ケーブルの端部によって形成され、
    前記第３の電極は、第２の金属ケーブルの端部によって形成され、
    前記導電性素子は、前記第１及び前記第３の電極を接続し、かつ、前記火薬が格納される空洞を備え、
    前記第２の電極は、前記導電性素子を取り囲み、かつ、環状空間を介して前記導電性素子から分離した導電性スリーブを有し、
    前記火薬の爆発は、前記第１及び前記第２の電極間に導電性リンクを形成しつつ、前記導電性素子と前記第２の電極とがその接触部分における材料間の溶融によって結合されるように、前記導電性素子（１５）を、加熱し、かつ、前記第２の電極（１２）の接触面に接触させるように駆動し、
    前記火薬の爆発は、さらに、前記電気絶縁媒体により前記導電性素子を前記第３の電極から分離させるように、当該導電性素子を駆動する、
    直流電圧電源システム（３）。
  10. 前記スイッチにおいて、
    前記火薬は、当該火薬の爆発により、前記導電性素子が前記第２の電極（１２）の接触面に垂直な方向に駆動されるように設けられる、
    請求項１〜９の何れか一項に記載の直流電圧電源システム（３）。
  11. 前記スイッチにおいて、
    前記導電性素子（１５）の駆動は、前記導電性素子（１５）と前記第２の電極（１２）の接触面との間の接触における前記第２の電極（１２）の接触面に垂直な方向である、
    請求項１〜１０の何れか一項に記載の直流電圧電源システム（３）。
  12. 前記直流電圧電源（２）は、最大短絡電流Ｉｃｃｍａｘを有し、
    前記ヒューズは、前記火薬（１７１）の爆発を開始させるためにその加熱が十分になるまでの期間において、Ｉｃｃｍａｘが通過するときには閉じたままとなるように見積もられる、
    請求項１〜１１の何れか一項に記載の直流電圧電源システム（３）。
  13. 前記第１の電極（１１）及び前記第１の出力端子（３１）が、前記導電性素子（１５）及び前記第３の電極（１３）を介して、前記第１の極（２１）に接続されている、
    請求項７〜９の何れか一項に記載の直流電圧電源システム（３）。
  14. 制御回路（９）をさらに備え、
    前記火工素子（１７）は、
    前記制御回路によって供給される信号に基づいて前記火薬の爆発を開始させる起爆装置（１７２）をさらに有する、
    請求項１〜１３の何れか一項に記載の直流電圧電源システム。
  15. 導電性の第１及び第２の電極（１１，１２）と、
    導電性素子（１５）と、
    前記第１の電極と前記第２の電極とを分離させるとともに、前記導電性素子を前記第２の電極から分離させる、電気絶縁媒体（１６２）と、
    火薬（１７１）を含んだ火工素子（１７）と、
    前記導電性素子（１５）に電気的に接続された第３の電極（１３）と、
    を備え、
    前記導電性素子（１５）及び前記第１の電極（１１）は一体に形成され、
    前記第３の電極（１３）は、前記電気絶縁媒体（１６２）により前記第２の電極から分離され、
    前記第３の電極（１３）、前記導電性素子（１５）、及び、前記第３の電極及び前記導電性素子間の導電性連結部（１５１）は、一体に形成され、
    前記導電性連結部は、前記導電性素子の横断面よりも小さく、かつ、前記第３の電極の横断面よりも小さい、横断面を有し、
    前記火薬の爆発は、前記第１及び前記第２の電極間に導電性リンクを形成しつつ、前記導電性素子と前記第２の電極とがその接触部分における材料間の溶融によって結合されるように、前記導電性素子（１５）を、加熱し、かつ、前記第２の電極（１２）の接触面に接触させるように駆動し、
    前記火薬の爆発は、前記電気絶縁媒体により前記導電性素子を前記第３の電極から分離させるように、当該導電性素子を駆動する、スイッチ。
  16. 導電性の第１及び第２の電極（１１，１２）と、
    導電性素子（１５）と、
    前記第１の電極と前記第２の電極とを分離させるとともに、前記導電性素子を前記第２の電極から分離させる、電気絶縁媒体（１６２）と、
    火薬（１７１）を含んだ火工素子（１７）と、
    前記導電性素子（１５）に電気的に接続され、前記電気絶縁媒体（１６２）によって前記第２の電極から分離された第３の電極（１３）と、を備え、
    前記第１の電極は、第１の金属ケーブルの端部によって形成され、
    前記第３の電極は、第２の金属ケーブルの端部によって形成され、
    前記導電性素子は、前記第１及び前記第３の電極を接続し、かつ、前記火薬が格納される空洞を備え、
    前記第２の電極は、前記導電性素子を取り囲み、かつ、環状空間を介して前記導電性素子から分離した導電性スリーブを有し、
    前記火薬の爆発は、前記第１及び前記第２の電極間に導電性リンクを形成しつつ、前記導電性素子と前記第２の電極とがその接触部分における材料間の溶融によって結合されるように、前記導電性素子（１５）を、加熱し、かつ、前記第２の電極（１２）の接触面に接触させるように駆動し、
    前記火薬の爆発は、さらに、前記電気絶縁媒体により前記導電性素子を前記第３の電極から分離させるように、当該導電性素子を駆動する、スイッチ。
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