KR101413863B1

KR101413863B1 - 퓨즈

Info

Publication number: KR101413863B1
Application number: KR1020127031083A
Authority: KR
Inventors: 즈웨이 통; 칭 라이; 지안화 주
Original assignee: 비와이디 컴퍼니 리미티드; 쉔젠 비와이디 오토 알앤디 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2010-04-29
Filing date: 2011-04-28
Publication date: 2014-06-30
Also published as: WO2011134416A1; CN201780951U; US20110267168A1; EP2564411A4; EP2564411B1; JP5503080B2; EP2564411A1; US8587401B2; JP2013525981A; KR20130026448A

Abstract

퓨즈는 캐비티(Q)를 정의하도록 서로 결합된 상부 및 하부 쉘(1, 5), 상부 및 하부 쉘 사이에 각각 배치된 제1 및 제2 도체(2a, 2b)(제1 및 제2 도체의 제1 말단은 각각 캐비티 내에 배치되고 서로 대향하여 그 사이에 갭을 정의하며, 제1 및 제2 도체의 제2 말단은 캐비티로부터 밖으로 연장됨), 갭 내에 배치되는 도체 막대(3)(도체 막대는 제1 및 제2 도체의 제1 말단에 각각 용접되어 도체 막대의 양 옆에 제1 및 제2 용접 솔기(6a, 6b)를 형성하고, 제1 및 제2 용접 솔기 각각은 도체 막대의 저항률보다 큰 저항률을 가짐), 및 정상적으로는 도체 막대를 갭에서 멀어지는 방향으로 미는 제1 및 제2 가압부(4a, 4b)를 포함한다.

Description

퓨즈{FUSE}

본 출원은 2010년 4월 29일 중국 특허청에 출원된 중국 특허 출원 제201020183749.1호의 우선권 및 이익을 주장하며, 이 특허출원의 전체 내용은 본 명세서에서 참조문헌으로 인용된다.

본 발명은 퓨즈에 관한 것이다.

퓨즈는 다양한 회로 또는 시스템에서 이들의 단락, 과전류 또는 과열을 방지하기 위해 널리 사용될 수 있다. 종래의 퓨즈의 원리는 높은 융점을 갖는 퓨즈의 부분 영역을 감소시켜 단락 전류의 피크 값이 발생할 때 퓨즈의 감소된 부분 영역을 차단시키는 것이다.

현재, 회로 또는 시스템의 보호를 위한 더욱더 엄격한 요건들이 존재한다. 예를 들어, 전기 차량 분야에서는, 막대한 전기 에너지를 저장하기 위하여 전원 배터리가 요구될 수 있다. 고온 및 강한 진동, 도로 조건 및 잠재적인 교통사고의 위험으로 인하여, 전원 배터리가 단락되지 않도록 보호하는 것이 중요하다.

이런 이유로, 배터리 모듈에는 퀵 퓨즈가 사용될 수 있다. 퀵 퓨즈의 원리는 높은 융점을 갖는 퓨즈의 부분 전도 영역을 네킹(necking)하는 것이다. 배터리가 정상 조건에 있을 때, 감소된 지점의 발열률, 열 전도 및 열 방산율은 일정 온도에서 균형을 이룰 수 있고, 따라서 퓨즈는 용융되지 않을 수 있다. 그러나, 단락이 발생할 때, 순간 전류가 매우 높을 수 있고, 네킹 지점에서 순간적으로 대량의 열이 발생하여 신속하게 방산되지 못할 수 있고, 따라서 네킹 지점이 즉시 용융되어 단락 전류의 피크 값이 발생하기 전에 회로를 단절시킬 수 있다.

그러나 종래의 퀵 퓨즈는 높은 내부 저항을 갖고 반응 시간이 지나치게 빨라서 오판을 야기할 수 있고, 펄스 전류의 높은 피크 값을 견디지 못할 수 있다. 예를 들어, 종래의 퀵 퓨즈는 종래의 전기 차량에서 사용되는 펄스 전류 가열 시스템에서 전류의 지나치게 높은 피크 값을 견딜 수 없다.

본 개시 내용은 종래 기술에 존재하는 적어도 하나 이상의 문제를 해결하기 위한 것이다. 따라서, 오판을 감소시킬 수 있는 퓨즈가 제공된다.

본 개시 내용의 실시예들은 상부 및 하부 쉘(shell)이 상호 결합되어 캐비티(cavity)를 정의하는 상부 및 하부 쉘, 상부 및 하부 쉘 사이에 각각 배치되는 제1 및 제2 도체(제1 및 제2 도체의 제1 말단은 각각 캐비티 내에 배치되고 서로 대향하여 그 사이에 갭(gap)을 정의하며, 제1 및 제2 도체의 제2 말단은 각각 캐비티로부터 가로 방향을 따라 밖으로 연장됨), 갭 내에 세로 방향을 따라 배치되는 도체 막대(도체 막대는 제1 및 제2 도체의 제1 말단에 각각 용접되어 도체 막대의 양 옆에 가로 방향으로 제1 및 제2 용접 솔기를 형성하고, 제1 및 제2 용접 솔기 각각은 도체 막대 및 제1 및 제2 도체 각각의 저항률보다 큰 저항률을 가짐), 상부 및 하부 쉘 중 하나 위에 각각 고정되는 제1 및 제2 가압부(제1 및 제2 가압부는 세로 방향으로 서로 떨어져 있고 도체 막대의 제1 및 제2 말단에 각각 연결되어 정상적으로는 도체 막대를 갭으로부터 멀어지는 방향으로 밀어냄)를 포함하는 퓨즈를 제공한다.

본 개시 내용의 실시예에 따른 퓨즈의 경우, 높은 전류가 퓨즈를 통해 흐를 때, 제1 및 제2 용접 솔기 둘 다의 저항률이 도체 막대의 저항률보다 크기 때문에, 제1 및 제2 용접 솔기 둘 다의 온도가 빠르게 상승하여 이들의 융점에 도달하거나 융점을 초과할 수 있으므로, 제1 및 제2 용접 솔기는 액체 상태일 수 있고, 이는 도체 막대와 제1 및 제2 용접 솔기 사이의 연결 강도를 감소시킬 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 가압부는 도체 막대가 갭을 벗어나도록 밀어서 제1 도체와 제2 도체 사이의 전기적 연결을 단절시킬 수 있다. 본 개시 내용의 실시예에 따른 퓨즈는 낮은 내부 저항, 높은 과전류 보호 능력 및 펄스 전류에 대한 우수한 내성을 가질 뿐 아니라, 과부하 및 과열 보호 기능도 가질 수 있다. 또한, 상기 퓨즈는 신속히 용융될 수 있으므로, 단락 시에 내압 용량 및 차단 용량의 요건을 만족시킬 수 있다. 또한, 본 개시 내용의 실시예에 따른 퓨즈는 비용이 저렴하고, 제조 및 조립이 간단하다. 또한, 정격 전류, 차단 용량 및 용융 특성과 같은 퓨즈의 파라미터들이 용접 솔기의 저항률을 조절함으로써 용이하게 조절될 수 있다.

본 개시 내용의 이러한 그리고 다른 태양 및 이점은 이하에 첨부된 도면들과 결부된 이하의 설명으로부터 명백해지고 더 쉽게 이해될 것이다.
도 1은 본 개시 내용의 실시예에 따른 퓨즈의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 퓨즈가 정상 상태일 때의 전개 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 퓨즈가 용융 상태일 때의 전개 사시도이다.
도 4는 도 2에서 원 I로 표시된 부분의 확대도이다.
도 5는 도 1에 도시된 퓨즈의 정면도이다.
도 6은 도 1에 도시된 퓨즈를 도 5의 C-C선을 따라 자른 단면도이다.
도 7은 도 1에 도시된 퓨즈를 도 5의 D-D 선을 따라 자른 단면도이다.
도 8은 본 개시 내용의 실시예에 따른 퓨즈를 포함하는 전원 배터리 조립체의 개략도이다.
도 9는 본 개시 내용의 실시예에 따른 퓨즈의 가압부의 개략도이다.

본 개시 내용의 실시예가 이하에 상세하게 설명될 것이다. 첨부된 도면을 참조하여 이하에 기재된 실시예들은 설명적이고 예시적이며, 본 개시 내용을 일반적으로 이해하는데 이용된다. 이하의 실시예들은 본 개시 내용을 한정하는 것으로 이해되어서는 아니 된다. 동일하거나 또는 유사한 요소들 및 동일하거나 또는 유사한 기능을 갖는 요소들은 본 명세서 전체에서 동일한 참조 번호로 표시된다.

본 명세서에서 장치 또는 요소의 방향과 관련하여 사용되는 어법 및 용어(예를 들어, "세로", "측면의", "앞", "뒤", "우측", "좌측", "하부", "상부", "수평", "수직", "위", "아래", "위쪽", "최상부", "저부" 등의 용어 및 이들의 파생어인 "수평으로", "아래로", "위로" 등)은 단지 본 발명의 기재를 단순화시키기 위해 사용되는 것이며, 상기 참조되는 장치 또는 요소가 특정 방향성을 갖거나 특정한 방향으로 작동되어야 함을 가리키거나 암시하는 것이 아님을 이해하여야 할 것이다. 또한, 본 명세서에서 "제1" 및 "제2" 등의 용어는 기재의 목적으로 사용되고 상대적인 중요도 또는 유의성을 가리키거나 암시하려는 것이 아니다.

별도로 특정되거나 또는 한정되지 않는 한, "고정된", "연결된", "결합된" 등의 용어 및 이들의 변형은 넓은 의미로 사용되며 직접적 및 간접적 고정, 연결, 지지 및 결합 모두를 포함한다.

이하의 설명에서, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 퓨즈는 F로 명명될 수 있다. 본 개시 내용의 실시예에 따른 퓨즈(F)가 도면을 참조하여 이하에 기재될 것이다.

도 1 내지 도 7에 나타낸 바와 같이, 본 개시 내용의 실시예에 따른 퓨즈(F)는 상부 쉘(1), 하부 쉘(5), 도체 막대(3), 제1 가압부(4a), 제2 가압부(4b), 제1 도체(2a) 및 제2 도체(2b)를 가질 수 있다.

상부 쉘(1) 및 하부 쉘(5)은 상호 결합하여 캐비티(Q)를 정의할 수 있다. 상부 쉘(1) 및 하부 쉘(5) 둘 다 사출 성형에 의해 PP(폴리프로필렌) 또는 PPO(폴리페닐렌 옥사이드) 등의 절연 열가소성 재료로부터 제조될 수 있다.

제1 도체(2a) 및 제2 도체(2b)는 각각 상부 쉘(1) 및 하부 쉘(5) 사이에 배치될 수 있다. 더 상세하게는, 제1 도체(2a)의 제1 말단(도 2 내지 도 4에 도시된 우측 말단) 및 제2 도체(2b)의 제1 말단(도 2 내지 도 4에 도시된 좌측 말단)는 각각 캐비티(Q) 내에 배치될 수 있고, 서로 대향하여 그 사이의 갭을 정의할 수 있다. 제1 도체(2a)의 제2 말단(도 2 내지 도 3에 도시된 좌측 말단) 및 제2 도체(2b)의 제2 말단(도 2 내지 도 3에 도시된 우측 말단)는 각각 캐비티(Q)로부터 가로 방향(B)을 따라 밖으로 연장될 수 있다. 제1 및 제2 도체(2a 및 2b)의 제2 말단은 외부 회로(미도시)에 연결되어 연결 단자로 사용될 수 있다.

도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 캐비티(Q)는 제1 도체(2a) 및 제2 도체(2b)에 의해 상부 캐비티(8) 및 하부 캐비티(9)로 분할될 수 있고, 상부 캐비티(8) 및 하부 캐비티(9)는 갭을 통해서 서로 소통될 수 있다. 도체 막대(3), 예를 들어 스트립(strip) 저항기가 세로 방향(A)을 따라 갭 내에 배치될 수 있고(도 5에서 좌우 방향) 이어서 제1 도체(2a)의 제1 말단 및 제2 도체(2b)의 제1 말단에 용접되어 각각 도체 막대(3)의 양 옆에 가로 방향(B)으로 제1 용접 솔기(6a) 및 제2 용접 솔기(6b)를 형성할 수 있다. 제1 용접 솔기(6a) 및 제2 용접 솔기(6b)의 저항률은 도체 막대(3) 및 제1 및 제2 도체(2a 및 2b) 각각의 저항률보다 클 수 있다. 도체 막대(3)는 직사각형의 단면을 갖는 직육면체 모양을 가질 수 있다. 선택적으로, 도체 막대(3)는 정육면체 또는 원 모양을 가질 수 있다. 제1 도체(2a) 및 제2 도체(2b)는 도체 막대(3), 제1 용접 솔기(6a) 및 제2 용접 솔기(6b)를 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.

도체 막대(3)는 저항기에서 도체에 이르는 임의의 적합한 저항을 갖는 재료로부터 제조될 수 있다. 예를 들어, 도체 막대(3)는 제1 및 제2 도체(2a, 2b)와 동일한 저항률을 갖는 도체 재료로부터 제조될 수 있다. 그 대신, 도체 막대(3)의 저항률은 도체(2a, 2b)의 저항률보다 클 수 있으나 니켈-크롬 합금의 저항률보다는 작다. 몇몇 실시예에서, 도체 막대(3)의 저항률은 제1 및 제2 도체(2a, 2b) 사이의 전기 아크(electric arc)를 방지하는데 도움이 되도록 충분히 클 수 있다.

제1 가압부(4a) 및 제2 가압부(4b)는 각각 상부 쉘(1) 및 하부 쉘(5) 중 하나 위에 고정될 수 있다. 달리 말하면, 제1 가압부(4a)는 상부 쉘(1) 위에 고정될 수 있고 제2 가압부(4b)는 하부 쉘(5) 위에 고정될 수 있거나, 또는 제1 가압부(4a)는 하부 쉘(5) 위에 고정될 수 있고 제2 가압부(4b)는 상부 쉘(1) 위에 고정될 수 있거나, 또는 제1 가압부(4a) 및 제2 가압부(4b) 둘 다 상부 쉘(1) 또는 하부 쉘(5) 위에 고정될 수 있다. 제1 가압부(4a) 및 제2 가압부(4b)는 세로 방향(A)으로 서로 떨어져 있고 각각 도체 막대(3)의 제1 및 제2 말단과 연결되어 정상적으로는 도체 막대(3)를 갭으로부터 멀어지도록 도 2에서의 위쪽 방향 등의 방향으로 밀게 된다.

도 2 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 개시 내용의 일례에서, 제1 가압부(4a) 및 제2 가압부(4b)의 하부 말단은 각각 하부 쉘(5) 위에 고정될 수 있고, 제1 가압부(4a) 및 제2 가압부(4b)의 상부 말단은 각각 도체 막대(3)의 제1 및 제2 말단과 연결되어 도체 막대(3)를 지지할 수 있다. 제1 및 제2 가압부(4a 및 4b)에 의해 도체 막대(3)에 가해지는 위로 미는 힘은 도체 막대(3)를 갭으로부터 바깥쪽으로 미는 경향이 있다.

정상적으로는, 도체 막대(3)는 제1 용접 솔기(6a) 및 제2 용접 솔기(6b) 각각을 통해 상기 제1 도체(2a) 및 제2 도체(2b)에 연결될 수 있고, 도체 막대(3)와 제1 및 제2 용접 솔기(6a, 6b) 사이의 연결 강도는 제1 및 제2 가압부(4a, 4b)에 의해 도체 막대(3)에 가해지는 미는 힘보다 클 수 있고, 따라서 도체 막대(3)는 갭을 벗어나지 않을 수 있다. 전류가 단락으로 인해 증가될 때, 제1 및 제2 용접 솔기(6a 및 6b)가 도체 막대(3) 및 제1 및 제2 도체(2a 및 2b)에 앞서 용융될 수 있고, 따라서 도체 막대(3)와 제1 및 제2 도체(2a, 2b) 사이의 연결 강도가 감소될 수 있다. 제1 가압부(4a) 및 제2 가압부(4b)에 의해 도체 막대(3)에 가해지는 미는 힘이 도체 막대(3)와 제1 및 제2 도체(2a, 2b) 사이의 연결 강도보다 클 때, 도체 막대(3)는 제1 가압부(4a) 및 제2 가압부(4b)에 의해 갭으로부터 밖으로 밀려날 수 있고, 따라서 제1 도체(2a)와 제2 도체(2b) 사이의 전기적 연결을 단절시킬 수 있다.

본 개시 내용의 실시예에 따른 퓨즈(F)를 사용하면, 제1 및 제2 용접 솔기(6a, 6b)의 저항률이 제1 및 제2 도체(2a 및 2b) 및 도체 막대(3)의 저항률보다 클 수 있기 때문에, 단락이 발생할 때 제1 도체(2a), 제1 용접 솔기(6a), 도체 막대(3), 제1 용접 솔기(6b) 및 제2 도체(2b)를 통해 흐르는 전류가 증가될 수 있고, 상기 제1 및 제2 용접 솔기(6a 및 6b)의 온도가 도체 막대(3) 및 제1 및 제2 도체(2a 및 2b)의 온도보다 더 빠르게 상승할 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 용접 솔기(6a 및 6b)의 온도는 도체 막대(3) 및 제1 및 제2 도체(2a 및 2b)가 용융을 시작하기 전에 제1 및 제2 용접 솔기(6a 및 6b) 내에 충전된 땜납의 융점에 빠르게 도달할 수 있고, 따라서 도체 막대(3)와 제1 및 제2 도체(2a, 2b) 사이의 연결 강도가 감소될 수 있다. 이어서 도체 막대(3)는 제1 및 제2 가압부(4a 및 4b)에 밀려서 갭을 벗어날 수 있고, 이어서 제1 가압부(4a) 및 제2 가압부(4b) 사이의 전기 연결이 단절되어 회로를 단절시킬 수 있다.

따라서, 본 개시 내용의 실시예에 따른 퓨즈(F)는 내부 저항이 작고, 반응 시간이 적합하며, 비용이 저렴하고, 제조, 조립 및 분해가 용이하고, 장시간 동안 펄스 전류의 충격을 견딜 수 있으며, 과열 보호 기능을 가질 수 있다.

본 개시 내용의 몇몇 실시예에서, 도체 막대(3)의 저항률은 제1 및 제2 도체(2a, 2b)의 저항률 이상일 수 있다. 따라서, 단락이 발생할 때, 일반적으로는 제1 및 제2 용접 솔기(6a 및 6b)의 온도가 더 빠르게 상승할 수 있고 가장 먼저 융점에 도달할 수 있으므로, 도체 막대(3)와 제1 및 제2 도체(2a, 2b) 사이의 연결 강도가 감소될 수 있고, 이어서 도체 막대(3)는 제1 및 제2 가압부(4a 및 4b)에 밀려 갭을 벗어날 수 있다. 또한, 도체 막대(3)가 갭을 벗어나지 않더라도, 본 개시 내용의 몇몇 실시예에서 도체 막대(3)의 저항률이 제1 및 제2 도체(2a, 2b)의 저항률보다 클 수 있기 때문에, 도체 막대(3)는 제1 및 제2 도체(2a, 2b)보다 먼저 용융된다. 따라서, 제1 가압부(4a)와 제2 가압부(4b) 사이의 전기적 연결이 도체 막대(3)의 용융에 의해 단절될 수 있고, 따라서 단락 보호를 달성한다. 그 대신, 도체 막대(3)의 저항률은 제1 및 제2 도체(2a, 2b)의 저항률과 동일할 수 있다.

본 개시 내용의 몇몇 실시예에서, 유리하게는 도체 막대(3)가 제1 및 제2 도체(2a 및 2b)의 제1 말단에 납땜될 수 있고, 따라서 제1 및 제2 용접 솔기는 각각 납땜된 솔기가 된다. 도체 막대(3)는 예를 들어 주석-은-구리 땜납 또는 주석-안티몬 땜납을 사용하여 제1 및 제2 도체(2a, 2b)의 제1 말단에 각각 납땜된다. 제1 및 제2 도체(2a, 2b) 둘 다는 각각 자색 구리판에 의해 제조된다.

본 개시 내용의 실시예에 따른 퓨즈(F)를 사용하면, 제1 도체(2a)와 제2 도체(2b) 사이에 갭이 형성되고, 높은 전류가 갭을 통해 흐를 때 갭 내에서 전기 아크가 발생할 수 있다. 전기 아크를 제거하기 위해, 유리하게는 제1 도체(2a) 및 제2 도체(2b)가 단절될 때 전기 아크를 즉시 제거하기 위해 아크 소거 재료(미도시)가 상부 캐비티(8) 및 하부 캐비티(9) 내에 충전될 수 있다. 예를 들어, 아크 소거 재료는 규사(quartz sand)일 수 있다.

본 개시 내용의 몇몇 실시예에 따르면, 도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 상부 쉘(1) 및 하부 쉘(5)은 리벳(7)을 통해 서로 결합될 수 있다. 유리하게는, 제1 도체(2a) 및 제2 도체(2b)가 리벳(7)을 통해 각각 상부 쉘(1) 및 하부 쉘(5)에 연결될 수 있다. 도 1 내지 도 4에 나타낸 실시예에서, 4개의 리벳(7)이 사용될 수 있다. 4개의 상부 쉘 리벳 구멍(10)이 상부 쉘(1)에 형성될 수 있고, 4개의 하부 쉘 리벳 구멍(50)이 하부 쉘(5)에 형성될 수 있으며, 2개의 도체 리벳 구멍(20)이 제1 도체(2a) 및 제2 도체(2b) 각각에 형성될 수 있다. 4개의 리벳(7)이 상부 쉘 리벳 구멍(10), 대응되는 도체 리벳 구멍(20) 및 대응되는 하부 쉘 리벳 구멍(50)을 통과하여 상부 쉘(1), 제1 도체(2a), 제2 도체(2b) 및 하부 쉘(5)을 차례로 연결할 수 있다.

본 개시 내용은 이에 한정되지 않음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 상부 쉘(1) 및 하부 쉘(5)은 스냅 또는 볼트에 의해 연결될 수 있다. 제1 도체(2a) 및 제2 도체(2b)는 상부 쉘(1) 및 하부 쉘(5) 중 어느 하나와 임의의 적합한 방식으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 도체(2a)는 상부 쉘(1)과 연결될 수 있고 제2 도체(2b)는 하부 쉘(5)과 연결될 수 있다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 밀봉 홈(α)이 상부 쉘(1)의 결합 표면(도 2에서 하부 표면) 및 하부 쉘(5)의 결합 표면(도 2에서 상부 표면) 중 적어도 하나 위에 형성될 수 있다. 도 6에 나타낸 실시예에 따르면, 상부 쉘(1) 및 하부 쉘(5) 각각의 결합 표면은 각각 밀봉 홈(α)을 가질 수 있다. 밀봉 부재(미도시)는 밀봉 홈 내에 배치될 수 있다. 밀봉 부재는 밀봉 고리 또는 밀봉 홈(α) 내에 충전된 소정의 밀봉 재료, 예를 들어 캐비티(Q)를 밀봉하는 밀봉 접착제(밀봉 검)일 수 있고, 따라서 캐비티(Q)는 방수 및 방습일 수 있으며, 따라서 퓨즈(F)의 안전성을 개선시킬 수 있다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 본 개시 내용의 유리한 실시예에서, 상부 쉘(1)와 하부 쉘(5) 사이의 연결 성능 및 밀봉 효과를 향상시키기 위해, 서로 맞는 계단 구조(T)가 상부 쉘(1) 및 하부 쉘(5)의 결합 표면 내에 각각 형성될 수 있다.

도 2 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 개시 내용의 몇몇 실시예에서, 유리하게는 제1 도체(2a)의 제1 말단이 세로 방향(A)으로 짧아져 제1 단부(short part)(2a1)를 형성할 수 있고, 제2 도체(2b)의 제1 말단이 세로 방향(A)으로 짧아져 제2 단부(2b1)를 형성할 수 있다. 갭은 제1 단부(2a1)와 제2 단부(2b1) 사이에서 정의될 수 있고, 제1 가압부(4a) 및 제2 가압부(4b)는 갭의 각 말단에 각각 위치할 수 있다. 이런 식으로 도체 막대(3)의 길이가 감소될 수 있고, 퓨즈(F)의 구조가 더 압축될 수 있다.

본 개시 내용의 몇몇 실시예에 따르면, 유리하게는 도체 막대(3)가 갭의 중심에 가로 방향(B)으로 위치할 수 있고, 따라서 제1 용접 솔기(6a) 및 제2 용접 솔기(6b)가 도체 막대(3)의 세로 중심선에 대하여 서로 대칭일 수 있다. 따라서, 제1 용접 솔기(6a) 및 제2 용접 솔기(6b)의 크기는 실질적으로 동일할 수 있고, 단락이 발생할 때 제1 용접 솔기(6a) 및 제2 용접 솔기(6b)는 거의 동시에 도체 막대(3)로부터 분리될 수 있다.

도 2, 도 3, 도 4, 및 도 9에 나타낸 바와 같이, 본 개시 내용의 몇몇 실시예에서, 제1 가압부(4a)는 고정 배럴(40), 이동 가능 막대(41) 및 탄성 요소(미도시)를 포함할 수 있다.

고정 배럴(40)의 일 말단은 다른 말단이 개방될 수 있는 동안 폐쇄될 수 있다. 고정 배럴(40)은 상부 쉘(1) 및 하부 쉘(5) 중 하나 위에 고정될 수 있다. 예를 들어, 고정 배럴(40)은 하부 쉘(5) 위에 고정될 수 있다. 이동 가능 막대(41)의 내부 말단(도 9에서 하부 말단)은 고정 배럴(40) 내에 이동 가능하게 장착될 수 있는 반면, 이것의 외부 말단(도 9에서 상부 말단)은 고정 배럴(40)로부터 밖으로 연장되어 도체 막대(3)와 연결될 수 있다. 더 상세하게는, 도체 막대(3)의 일 말단을 수용하고 붙잡는데 사용되는 홈은 이동 가능 막대(41)의 상부 말단 내에 형성될 수 있다. 압축 스프링 등의 탄성 요소는 고정 배럴(40) 내에 배치되고 이동 가능 막대(41)의 내부 말단과 고정 배럴(40)의 저부 사이에 위치하여 정상적으로는 이동 가능 막대(41)를 위로 밀어낼 수 있다.

제2 가압부(4b)는 제1 가압부(4a)와 동일한 구조를 가질 수 있으므로, 이것의 상세한 내용은 여기서 생략될 수 있다.

제1 가압부(4a) 및 제2 가압부(4b)는 상기 실시예에서 기재된 내용으로 한정되지 않을 수 있음이 이해되어야 한다. 예를 들어 제1 가압부(4a) 및 제2 가압부(4b) 각각은 또한 스프링일 수 있다.

본 개시 내용의 특정 실시예에서, 제1 도체(2a) 및 제2 도체(2b) 각각은 양호한 전도율을 갖는 자색 구리 판에 의해 제조될 수 있다. 제1 도체(2a) 및 제2 도체(2b) 각각은 약 300 A의 과전류 용량, 약 50 mm의 길이(가로 방향(B)으로의 크기), 약 40 mm의 너비(세로 방향(A)으로의 크기) 및 약 2 mm의 두께(상하 방향으로의 크기)를 갖는다. 물론, 예를 들어 구리 합금, 니켈 또는 알루미늄 등의 양호한 전도율을 갖는 다른 금속 재료가 제1 도체(2a) 및 제2 도체(2b)를 제조하는데 사용될 수 있다.

유리하게는, 예를 들어 RoHs 표준을 충족시킬 수 있는 인-구리, 또는 구리 합금, 니켈 및 알루미늄 등의 자색 구리에 의해 도체 막대(3)가 제조될 수 있다. 도체 막대(3)는 약 35 mm의 길이(세로 방향(A)으로의 크기), 약 1.5 mm의 너비(가로 방향(B)으로의 크기) 및 약 2 mm의 두께(상하 방향으로의 크기)를 가질 수 있다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 본 개시 내용의 실시예에서, 제1 단부(2a1) 및 제2 단부(2b1) 사이의 갭은 약 2.0 mm 내지 약 3.5 mm의 너비(가로 방향(B)으로의 크기) 및 약 10 mm 내지 약 15 mm의 길이(세로 방향(A)으로의 크기)를 가질 수 있다.

이하에서는, 기재의 편의를 위하여 용접 솔기의 너비는 제1 용접 솔기(6a) 및 제2 용접 솔기(6b) 둘 다의 너비(가로 방향(B)으로의 크기)의 합을 의미하고, 용접 솔기의 길이는 제1 용접 솔기(6a) 및 제2 용접 솔기(6b) 중 어느 하나의 길이(세로 방향(A)으로의 크기)를 의미하며, 용접 솔기의 두께는 제1 용접 솔기(6a) 및 제2 용접 솔기(6b) 중 어느 하나의 두께(상하 방향으로의 크기)를 의미하고, 용접 솔기의 전도 면적은 제1 용접 솔기(6a) 및 제2 용접 솔기(6b) 중 어느 하나의 길이와 두께의 곱과 동일할 수 있다.

도체 막대(3) 및 제1 도체(2a) 및 제2 도체(2b)를 납땜하는데 사용되는 땜납이 결정되면, 용접 솔기의 길이는 단락 반응 시간과 가장 높은 상관관계를 갖고, 용접 솔기의 두께는 반응 속도 및 용접 솔기의 강도와 관련될 수 있다. 예를 들어, 퓨즈가 전기 차량에서 사용되는 경우 용융 시간이 적절하여야 한다. 만일 용융 시간이 지나치게 짧으면 오작동이 발생할 수 있고, 용융 시간이 지나치게 길면 전원 배터리가 손상될 수 있다. 용융 시간이 짧을수록 용접 솔기의 전도 영역이 작아지고, 용접 솔기가 넓을수록 용접 솔기의 강도가 약해진다. 따라서, 유리하게는, 용접 솔기는 약 10 mm 내지 약 15 mm의 길이 및 약 0.3 mm 내지 약 1 mm의 너비를 가질 수 있다. 도체 막대(3)의 두께는 제1 도체(2a) 및 제2 도체(2b)의 두께와 동일할 수 있다. 갭의 너비는 도체 막대(3) 및 용접 솔기의 너비의 합과 동일할 수 있음에 주의해야 한다. 만일 제1 단부(2a1) 또는 제2 단부(2b1)가 존재한다면, 갭의 길이는 제1 단부(2a1) 또는 제2 단부(2b1)의 세로 방향(A)으로의 길이와 동일할 수 있다.

퓨즈(F)의 단락 반응 시간은 통상적으로 땜납의 융점 및 저항률, 용접 솔기의 길이 및 두께, 그리고 도체 막대(3)의 저항률에 의해 결정될 수 있다. 도체 막대(3)의 저항률은 땜납의 저항률보다 작을 수 있지만, 제1 및 제2 도체(2a, 2b)의 저항률 이상일 수 있다. 땜납의 융점 및 도체 막대(3)의 재료 및 크기가 결정되면, 퓨즈(F)의 반응 속도는 용접 솔기의 길이를 변경함으로써 효과적으로 변경될 수 있다. 따라서, 예를 들어 용접 솔기의 길이는 제1 단부(2a1) 또는 제2 단부(2b1)의 세로 방향(A)으로의 크기를 변경시킴으로써 편리하게 조절될 수 있고, 따라서 퓨즈(F)의 성능 파라미터를 편리하게 조절할 수 있다.

예를 들어, 본 개시 내용의 몇몇 실시예에서, 약 300 A의 과전류 용량을 갖고 전기 차량용 전원 배터리의 협소한 공간에 맞는 크기를 갖는 퓨즈(F)를 설계하기 위해, 전도 능력 및 반응 속도를 고려하여, 땜납은 약 220 ℃ 내지 250 ℃의 융점 및 약 800%IACS 내지 1200%IACS의 저항률을 가질 수 있고, 약 2 mm의 두께 및 약 35 mm 내지 45 mm의 너비를 갖는 자색 구리 판이 제1 도체(2a) 및 제2 도체(2b)로 사용될 수 있으며, 용접 솔기는 약 10 mm 내지 15 mm의 길이 및 약 0.3 mm 내지 1 mm의 너비를 가질 수 있다. 용접 솔기의 제작 편의 및 균일성을 위해, 용접 솔기, 도체 막대(3), 제1 도체(2a) 및 제2 도체(2b)가 동일한 두께를 가질 수 있다.

땜납이 결정되면, 용접 솔기의 전도 영역이 클수록 퓨즈(F)는 더 천천히 용융되고, 용접 솔기의 너비가 클수록 용접 솔기의 저항이 커지며 퓨즈(F)가 더 빠르게 용융된다. 용접 솔기의 강도는 용접 솔기의 너비를 증가시킴으로써 감소될 수 있다. 그러나 용접 솔기의 두께 및 길이는 제1 도체(2a) 및 제2 도체(2b)와 관련될 수 있다. 따라서, 반응 속도 및 용접 솔기의 강도, 용접 솔기의 길이, 너비 및 두께는 설계된 과전류 용량에 따라 결정될 수 있다.

용접 솔기의 크기를 조절함으로써, 단락 전류가 약 1700 A일 때 용융 시간은 약 15 초 내지 30 초일 수 있고, 단락 전류가 약 4000 A일 때 용융 시간은 약 0.5 초 내지 약 1 초일 수 있으며, 용융 시간 내에 도체 막대(3)는 갭을 완전히 벗어날 수 있다. 용접 솔기의 두께가 약 0.8 mm 내지 1.2 mm일 때, 퓨즈(F)의 파손이 약 1000 V의 전압 이하에서 방지될 수 있다. 따라서, 퓨즈(F)의 내전압, 차단 용량, 반응 속도, 과전류 용량 및 다른 파라미터들이 전기 차량의 사용 요건을 거의 충족시킬 수 있다.

본 개시 내용의 실시예에 따른 퓨즈(F)의 제조 공정이 아래에 기재될 것이다.

먼저, 제1 도체(2a), 제2 도체(2b) 및 도체 막대(3)를 설계된 크기에 따라 제조한다.

제1 도체(2a), 제2 도체(2b) 및 도체 막대(3)를 제1 용접 솔기(6a) 및 제2 용접 솔기(6b)의 두께 및 내성을 보장하도록 소정의 설비로 조립한다.

주석-은-구리 땜납 또는 주석-안티몬 땜납을 사용한 고주파 납땜에 의해 도체 막대(3)를 제1 도체(2a) 및 제2 도체(2b)에 각각 용접한다.

제1 용접 솔기(6a) 및 제2 용접 솔기(6b)를 연마하고 평평하게 하여 제1 용접 솔기(6a) 및 제2 용접 솔기(6b)가 두께 방향(도 2에서 상하 방향)으로 서로 일치하도록 보장한다.

상부 쉘(1) 및 하부 쉘(5)의 결합 표면 상의 밀봉 홈(α) 내로 밀봉 재료를 충전시키고, 상부 쉘(1) 및 하부 쉘(5)을 제1 도체(2a) 및 제2 도체(2b)와 함께 조립하되, 도체 막대(3)의 두 말단이 각각 제1 가압부(4a) 및 제2 가압부(4b) 위에 고정되도록 한다.

상부 쉘(1) 및 하부 쉘(5)은 리벳(7)을 통해 각각 제1 도체(2a) 및 제2 도체(2b)에 결합된다.

일정 시간이 흐른 후에, 아크 소거 재료를 상부 쉘(1) 및 하부 쉘(2) 내에 미리 만든 구멍(미도시)을 통해 캐비티(Q) 내로 충전하고, 이어서 아크 소거 재료가 캐비티(Q) 공간의 거의 80%를 차지한 후에 미리 만든 구멍을 밀봉한다.

본 개시 내용의 실시예에 따른 퓨즈(F)는 다양한 과전류 또는 과열 보호 회로 및 전기 차량용 전원 배터리용 보호 장치에 적용될 수 있다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 퓨즈(F)는 배터리 모듈과 직렬로 연결될 수 있다. 퓨즈(F)는 먼저 제1 모듈(B1)의 측면 상의 고정된 자리에 고정될 수 있고, 이어서 퓨즈(F)는 레이저 용접 또는 기계적 연결 방법에 의해 제1 모듈(B1)과 연결될 수 있다. 마지막으로, 제2 모듈(B2)의 위치가 조절되고, 퓨즈(F)가 레이저 용접 또는 기계적 연결 방법에 의해 제2 모듈(B2)과 연결되며, 이로써 제1 모듈(B1)과 제2 모듈(B2) 사이의 전기적 연결뿐만 아니라 퓨즈(F)의 고정 및 장착이 달성된다.

제1 모듈(B1)과 제2 모듈(B2) 사이에 단락이 발생할 때, 퓨즈(F)를 통해 흐르는 전류가 클 수 있고, 따라서 제1 용접 솔기(6a) 및 제2 용접 솔기(6b) 내의 땜납의 온도가 상승하여 수 초 내에 융점에 도달하거나 이를 초과할 수 있다. 이어서 제1 가압부(4a) 및 제2 가압부(4b)가 도체 막대(3)를 갭으로부터 밀어낼 수 있다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 퓨즈(F)가 용융될 때, 너비 약 0.8 mm 내지 1.2 mm의 갭은 약 1000 V 전압 이하에서 파손이 일어나지 않도록 보장할 수 있고, 따라서 단락에 의해 야기된 전원 배터리 모듈의 손상을 감소시키고 단락에 의해 야기되는 인간 및 환경에 대한 잠재적 위험을 방지할 수 있다.

본 개시 내용의 실시예에 따른 퓨즈(F)는 다음의 이점을 가질 수 있다.

(1) 퓨즈(F)는 작은 저항 및 적절한 반응 시간을 갖는다.

예를 들어, 만일 용접 솔기가 약 80 mm²의 전도 면적, 약 1.6 mm 내지 약 2.4 mm의 길이, 약 0.03 밀리옴의 이론적 저항 및 약 0.05 내지 0.06밀리옴의 실질 저항을 갖는다면, 전류가 약 1700 A일 때 용융 시간은 약 15 초 내지 30 초이고, 전류가 약 4500 A일 때 용융 시간은 약 0.5 초 내지 1 초이다. 단일 전원 배터리의 단락 전류는 10 초 넘게 4500 A를 초과하여 유지될 수 있고, 따라서 퓨즈(F)는 단일 전원 배터리 및 전원 배터리 모듈의 요건을 충족시킬 수 있다.

(2) 퓨즈(F)는 펄스 전류의 장시간 충격을 견딜 수 있다.

예를 들어, 자동차의 상이한 적용 영역으로 인해, 몇몇 특정한 영역에서 펄스 전류 온도 조절 시스템이 사용될 수 있다. 펄스 전류의 I*I*t 값이 크기 때문에, 종래의 퓨즈는 요건을 충족시키지 못할 수 있다. 본 개시 내용의 실시예에 따른 퓨즈(F)는 작은 내부 저항, 대량의 땜납을 갖고, 단일 펄스 조건 하에서 땜납의 즉각적인 온도 상승이 낮으며, 따라서 펄스의 단속 시간 내의 열 교환에 의해 온도 균형이 달성될 수 있으므로, 본 개시 내용의 실시예에 따른 퓨즈(F)는 펄스 전류의 반복적인 충격을 효과적으로 견딜 수 있다.

(3) 아크에 의한 손상을 효과적으로 방지할 수 있다.

2개의 도체 및 용접 솔기가 상부 쉘 및 하부 쉘에 밀봉될 수 있고, 따라서 캐비티(Q)는 양호한 밀봉 특성을 가질 수 있다. 또한, 아크 소거 재료가 캐비티(Q) 내에 충전되어, 아크에 의해 야기되는 손상을 방지할 수 있다.

(4) 퓨즈(F)는 과열 보호 기능을 가질 수 있고 제조 및 조립이 간단하며 비용이 저렴할 수 있다.

전류 또는 외부 온도가 지나치게 높으면, 땜납이 융점에 도달하거나 융점을 초과할 수 있고, 퓨즈(F)는 회로를 보호하기 위해 자동으로 용융될 수 있다. 또한, 본 개시 내용의 실시예에 따른 퓨즈(F)는 비용이 저렴하고 제조 및 조립이 간단하며, 퓨즈(F)의 성능 파라미터를 조절하기 용이하다.

본 명세서 전체에 걸쳐 '실시예' 또는 '몇몇 실시예'를 참조하는 것은 상기 실시예 또는 예시와 관련하여 기재된 특정한 특징, 구조, 재료 또는 특성이 적어도 하나 이상의 본 개시 내용의 실시예 또는 예시에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체의 다양한 곳에서 '몇몇 실시예에서' 등의 어구의 출현은 반드시 본 개시 내용의 동일한 실시예 또는 예시를 참조하는 것은 아니다. 또한, 특정한 특징, 구조, 재료 또는 특성들은 하나 이상의 실시예 또는 예시에서 임의의 적합한 방식으로 결합될 수 있다.

설명적인 실시예가 도시 및 기재되었지만, 본 개시 내용의 사상 및 원리를 벗어나지 않고 상기 실시예들에서 청구항들 및 이들의 균등물의 범위 내에 모두 속하는 변형, 대체 및 변경이 이루어질 수 있음이 당업자에게 이해될 것이다.

Claims

상부 및 하부 쉘(shell)이 상호 결합되어 캐비티(cavity)를 정의하는 상부 및 하부 쉘,
상기 상부 및 하부 쉘 사이에 각각 배치되는 제1 및 제2 도체 - 상기 제1 및 제2 도체의 제1 말단은 각각 상기 캐비티 내에 배치되고 서로 대향하여 그 사이에 갭(gap)을 정의하며, 상기 제1 및 제2 도체의 제2 말단은 상기 캐비티로부터 가로 방향을 따라 밖으로 각각 연장됨 - ,
상기 갭 내에 세로 방향을 따라 배치되는 도체 막대 - 상기 도체 막대는 상기 제1 및 제2 도체의 제1 말단에 용접되어 각각 상기 도체 막대의 양 옆에 가로 방향으로 제1 및 제2 용접 솔기를 형성하고, 상기 제1 및 제2 용접 솔기 각각은 상기 도체 막대 및 상기 제1 및 제2 도체 각각의 저항률보다 큰 저항률을 가짐 - ,
상기 상부 및 하부 쉘 중 하나 위에 각각 고정되는 제1 및 제2 가압부 - 상기 제1 및 제2 가압부는 세로 방향으로 서로 떨어져 있고, 상기 도체 막대의 제1 및 제2 말단에 각각 연결되어 정상적으로는 상기 도체 막대를 상기 갭으로부터 멀어지는 방향으로 밀어냄 -
를 포함하는 퓨즈.
제1항에 있어서,
상기 도체 막대의 저항률은 상기 제1 및 제2 도체의 저항률 이상인 퓨즈.
제1항에 있어서,
상기 도체 막대는 상기 제1 및 제2 용접 솔기가 각각 납땜된 솔기가 되도록 상기 제1 및 제2 도체의 제1 말단에 각각 납땜되는 퓨즈.
제3항에 있어서,
상기 도체 막대는 주석-은-구리 땜납 또는 주석-안티몬 땜납을 사용하여 상기 제1 및 제2 도체의 제1 말단에 각각 납땜되는 퓨즈.
제1항에 있어서,
상기 캐비티는 아크 소거재료로 충전되는 퓨즈.
제5항에 있어서,
상기 아크 소거 재료는 규사(quartz sand)인 퓨즈.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 가압부 각각은,
상기 상부 쉘 및 하부 쉘 중 하나 위에 고정된 고정 배럴,
상기 고정 배럴 내에 이동 가능하게 장착되는 내부 말단 및 상기 고정 배럴로부터 밖으로 연장되어 상기 도체 막대와 연결되는 외부 말단을 갖는 이동 가능 막대, 및
상기 고정 배럴 내에 배치되고 상기 이동 가능 막대의 내부 말단과 상기 고정 배럴의 저부 사이에 위치한 탄성 요소
를 포함하는 퓨즈.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 도체는 상기 상부 쉘 및 하부 쉘에 각각 리벳팅(rivet)되고, 상기 상부 및 하부 쉘은 서로 리벳팅되는 퓨즈.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 도체는 각각 볼트를 통해 상기 상부 및 하부 쉘과 연결되고, 상기 상부 및 하부 쉘은 볼트를 통해 서로 연결되는 퓨즈.
제1항에 있어서,
상기 상부 및 하부 쉘 중 적어도 하나는 그 결합 표면 상에 형성된 밀봉 홈을 갖고, 상기 밀봉 홈 내에 밀봉 부재가 배치되는 퓨즈.
제1항에 있어서,
상기 제1 도체의 제1 말단은 세로 방향으로 짧아져 제1 단부(short part)를 형성하고, 상기 제2 도체의 제1 말단은 세로 방향으로 짧아져 제2 단부를 형성하고, 상기 갭은 상기 제1 단부와 제2 단부 사이에 정의되는 퓨즈.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 도체 둘 다는 각각 자색 구리 판에 의해 제조되는 퓨즈.
제1항에 있어서,
상기 갭의 너비는 2.0 mm 내지 3.5 mm인 퓨즈.
제1항에 있어서,
상기 도체 막대는 상기 제1 및 제2 용접 솔기가 상기 도체 막대의 세로 중심선에 대해 상호 대칭이 되도록 상기 갭의 중심에 가로 방향으로 위치하는 퓨즈.