CN110571113B - 激励熔断器辅助灭弧结构 - Google Patents

Abstract

一种激励熔断器辅助灭弧结构，包括上壳体和下壳体，及设置在上壳体与下壳体之间的导电板；在所述上壳体的容置腔中自上而下设置有电子点火爆炸装置和活塞；在所述下壳体上设置有供导电板断开后掉落的容置腔；其特征在于在所述活塞、所述导电板上或所述下壳体的容置腔的底部单独或至少两个部件同时设置有辅助灭弧装置。该辅助灭弧结构可提高激励熔断器分断能力，提高工作可靠性。

Description

激励熔断器辅助灭弧结构

技术领域

本发明涉及电力控制和电动汽车领域，尤其是指通过外部信号控制切断电流传输电路的激励熔断器的辅助灭弧结构。

背景技术

电路过电流保护的产品是基于流过熔断器电流产生的热量熔断的熔断器，存在主要的问题是热熔熔断器和负载匹配关系。例如在新能源车主回路保护情况，如果负载出现低倍数过载或短路的情况，选用低电流规格的熔断器不能满足电流短时间过冲的情况，如果选用高电流规格的熔断器不能满足快速保护的要求。在目前新能源车辆提供能量的锂电池包，在短路情况下输出电流大约是额定电流的几倍，熔断器保护时间不能满足要求，导致电池包发热起火燃烧。由于耐受电流发热和分断电流发热熔化，都源于流过熔断器的电流，此种采用电流的发热熔断的保护器件无法在具有较大额定电流或耐受较强的短时过载/冲击电流(例如电动汽车启动或爬坡时的短时大电流)的条件下，达到一定幅值故障电流足够快的分断速度，或者在一定幅值故障电流足够快的保护速度条件下，实现较高额定电流，或耐受较大的过载/冲击电流而不损伤。

另外一个热熔熔断器存在的问题是不能和外部设备通讯，不能由除电流之外的其它信号触发，例如车辆ECU、BMS或者其它传感器等。如果车辆出现严重碰撞、泡水或者暴晒后电池温度过高等情况不能及时切断电路，则有可能导致电池包燃烧最终损毁车辆的严重事件发生。

目前，市场上已经存在一种快速分断的切断开口结构，其主要包括气体发生装置、导电板和导电板掉落后的容置腔，气体发生装置产生高压气体带动活塞冲断导电板，断裂后导电板向下掉落至容置腔中，实现电路快速断开的目的。但是，其还存在有一些不足和缺陷,导致灭弧能力有限：受限于空气，难以分断大的故障电流；电弧直接利用空气冷却，分断能力受气压和温湿度影响较大；分断过程中，电弧直接灼烧活塞刀，活塞刀的燃烧会影响到顺利灭弧；分断过程中，除了活塞刀对电弧有限的扰动外，没有其他结构或机构辅助灭弧。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种激励熔断器的辅助灭弧装置，可以更有效的对熔断器断开时产生的大量电弧进行灭弧，提高分断能力，提高熔断器电气性能。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是一种激励熔断器辅助灭弧结构，包括上壳体和下壳体，及设置在上壳体与下壳体之间的导电板；在所述上壳体的容置腔中自上而下设置有电子点火爆炸装置和活塞；在所述下壳体上设置有供导电板断开后掉落的容置腔；其特征在于在所述活塞、所述导电板上或所述下壳体的容置腔的底部单独或至少两两结合设置有辅助灭弧装置。

所述活塞包括活塞本体和位于活塞本体下面的刀状结构；在所述活塞本体的上面或所述刀状结构与导电板接触的两侧面分别设置有所述辅助灭弧装置。

设置在所述活塞本体上面的辅助灭弧装置为在所述活塞本体上面自上而下设置的磁北极和磁南极；所述磁北极和磁南极可形成扰动电弧，使电弧远离、拉长并冷却的磁场。

所述刀状结构上的辅助灭弧装置为设置在刀状结构两侧面的隔弧片。

在所述导电板上开设有断裂凹口，所述辅助灭弧装置为涂布在所述断裂凹口处的灭弧涂料或胶体。

在位于上壳体及下壳体的容置腔处的导电板上设置有辅助灭弧装置，所述辅助灭弧装置为扰弧片。

在位于上壳体及下壳体的容置腔处的导电板的上下面分别设置有至少一层扰弧片；所述扰弧片一端牢固固定在所述导电板上，另一端以较小结合力固定在所述导电板上。

所述辅助灭弧装置设置在所述下壳体上的容置腔底部；当所述导电板断裂后，沿固定端旋转断开的导电板可与所述辅助灭弧装置接触。

所述辅助灭弧装置包括设置在所述容置腔底部的灭弧液体物质或灭弧固体物质；所述灭弧液体物质或灭弧固体物质通过密封膜密封在所述容置腔底部。

本发明通过在不同的部件单独或几个部件一起设置辅助灭弧装置，通过磁场磁吹灭弧、灭弧物质(灭弧液体或固体)灭弧、隔弧片灭弧、扰弧片灭弧等多种技术手段进行辅助灭弧。各辅助灭弧装置具有的优点：可实现快速对大电流的灭弧；灭弧液体、固体、隔弧片、扰弧片等对气压和环境温湿度不敏感，可提高灭弧可靠性；有隔弧片保护，电弧对活塞刀几乎没有损伤；灭弧过程更加安全。通过设置辅助灭弧装置，可提高激励熔断器分断能力，提高工作可靠性。

附图说明

图1，设置有隔弧片的激励熔断器剖面结构示意图。

图2，设置有磁场的激励熔断器剖面结构示意图。

图3，在导电板的断裂凹口处涂布辅助灭弧涂料或灭弧胶体的结构示意图。a图为导电板未断开前结构示意图，b图为导电板断开后结构示意图。

图4，在下壳体的容置腔底部设置辅助灭弧装置的结构示意图。a图为导电板未断开前结构示意图，b图为导电板断开后结构示意图。

图5，在导电板上设置扰弧片的剖视结构示意图。

图6，在导电板断开后，扰弧片和导电板之间结构关系示意图。其中，a、b、c、d、e图为导电板断开后扰弧片五种安装方式结构示意图。

图7，在激励熔断器上活塞、导电板、下壳体容置腔等部位安装辅助灭弧装置的结构示意图。a图为导电板未断开前结构示意图，b图为导电板断开后结构示意图。

具体实施方式

针对上述技术方案，现举实施例并结合图示进行具体说明。本发明的快速电流切断装置，主要包括上壳体、导电板、下壳体、气体发生装置等，参看图1至图6，其中。

壳体，在本实施例中，由上壳体1和下壳体2拼接组成。在上壳体与下壳体接触面间设置有导电板3，上壳体和下壳体之间通过螺钉将上壳体、下壳体及导电板固定在一起。导电板与上壳体、下壳体端面接触部位处密封。

在上壳体中开设有容置腔，在本实施例中，该容置腔分为上下两部分贯通设置，在上容置腔内固定设置有电子点火爆炸装置4，电子点火爆炸装置上端通过设置压板对其进行定位。在下容置腔中设置有活塞5，活塞与下容置腔为过盈配合，该过盈配合度满足活塞受到高压气体冲击时，可脱离过盈配合束缚，向下做冲击运动。电子点火爆炸装置为气体发生装置，通过接收外部信号进行点火产生高压气体，从而推动活塞位移。

活塞5，包括圆柱状结构的活塞本体，活塞本体与上壳体的下容置腔过盈配合。在活塞本体的下面设置有刀状结构51。刀状结构的两侧端突出活塞本体的侧壁外，在刀状结构突出活塞本体的两侧端下部前后两侧设置有凸出两侧端的限位凸块。刀状结构的宽度大于导电板的宽度，其位于导电板断裂凹口的正上方。刀状结构的下面为斜面设置，方便于集中施加剪切力，便于切断导电板。在下容置腔壁上开设有对应刀状结构两侧端的竖直凹槽，该竖直凹槽向下延伸至上壳体的下端面处，与下壳体的容置腔连通。在该凹槽内还设置有容置限位凸块的凹口。当活塞设置于下容置腔内时，刀状结构的两侧端分别位于与其对应的竖直凹槽内，限位凸块位于凹口内。如此设置，竖直凹槽可对活塞进行定位，防止其转动，保证刀状结构在冲击时，可对准导电板所需切断部位。限位凸块位于凹口内对活塞上下位置进行限位，防止活塞在震动情况下对导电板的断裂凹口造成损伤。

在活塞刀状结构冲击导电板时，参看图1，与导电板接触的两侧面上分别设置有辅助灭弧用的隔弧片52。隔弧片贴合设置在刀状结构的侧面上。隔弧片材质为陶瓷片或云母片等难熔融物质构成。也可根据需要，在隔弧片侧面上辅助添加灭弧产气物质。当激励熔断器被外部触发信号触发后，导电板从预断口处断裂，断口处产生电弧。而活塞刀两端附着有隔弧片，隔弧片使电弧间距拉大并冷却灭弧，并可利用辅助添加的灭弧产气物质释放灭弧气体进行灭弧。在活塞上设置隔弧片的优点在于在活塞刀两侧的隔弧片的帮助下，实现快速对大电流的灭弧；隔弧片对气压和环境温湿度不敏感，提高灭弧可靠性；有隔弧片保护，电弧对活塞刀几乎没有损伤；灭弧过程更加安全。

在活塞本体的上面，参看图2，设置有自上而下依次设置有磁北极53和磁南极54两块磁性物质，使其在活塞处形成强磁场。当激励熔断器被外部触发信号触发后，导电板从预断口处断裂，断口处产生电弧。而活塞刀带有强磁场，磁场作用于电弧，将电弧吹开拉长进而冷却，从而实现磁吹灭弧。采用磁吹灭弧的优点在于在活塞刀磁场的作用下吹弧作用下，实现快速对大电流的灭弧；磁吹灭弧提高灭弧可靠性；磁场作用于电弧，使电弧远离，对活塞刀几乎没有损伤；灭弧过程更加安全。

在活塞未受到外力冲击时，其可位于下容置腔内。当受到高压气体冲击时，活塞向下运动，限位凸台断裂失去对活塞的限位作用，则活塞在竖直凹槽的导向下，向下运动实现对导电板的切断。活塞的刀状结构相对于活塞本体做偏心设置，可预防活塞安装反向。

在下壳体上与上壳体对应位置处开设有容置腔，容置腔上部比容置腔下部宽，使容置腔上部下端形成一限位台阶。导电板3向下壳体的容置腔处向下下凹，在下壳体容置腔中形成平底凹口，使导电板整体呈倒几型结构。导电板的平底凹口的底部两端抵靠在容置腔上部下端形成的限位台阶处，对其进行支撑。在导电板置于容置腔底部的凹口的平底部分上间隔开设有断裂缺口31和折弯缺口32。各缺口贯通导电板的宽度。各缺口形状可以是V型结构，也可以是U型结构，也可以是U、V缺口结合。活塞刀状结构位于断裂缺口上方。

在断裂刀口处，参看图3，涂布有辅助灭弧的灭弧涂料或灭弧胶体33，灭弧涂料或灭弧胶体的材质为硅橡胶或类似高温下可产生气体的物质。当激励熔断器被外部触发信号触发后，导电板从预断口处断裂，断口处产生电弧，电弧的高温使断口处的灭弧物质释放灭弧气体，利用灭弧物质和释放的灭弧气体34协助完成灭弧。本方案的优点在于在导电板预断口处的灭弧物质的帮助下，实现快速对大电流的灭弧；灭弧涂料和胶体对气压和环境温湿度不敏感，提高灭弧可靠性；电弧快速熄灭，对活塞刀几乎没有影响；灭弧涂料和胶体快速灭弧，使灭弧过程更加安全。

导电板所在的下壳体容置腔可供活塞沿着该容置腔向下运动。导电板下方的容置腔可供活塞刀状结构通过。导电板为平板结构，在本实施例中，材质采用铜，其电阻较小。

在导电板下方的容置腔底部设置有辅助灭弧装置。参看图4，辅助灭弧装置包括灭弧介质61和密封灭弧介质的密封膜62。灭弧介质可以是液体，也可以是固体。灭弧液体或灭弧固体通过密封膜将其封闭在容置腔底部。灭弧液体为氟化液等液体灭弧物质，灭弧固体为石英砂等粉末或颗粒状灭弧物质。当激励熔断器被外部触发信号触发后，使从预断口断裂的导电板穿破灭弧装置的封闭膜进入灭弧液体或灭弧固体中，通过灭弧液体或灭弧固体对电弧冷却辅助完成灭弧。该类灭弧装置的优点在于在液体或固体灭弧物质的帮助下，实现快速对大电流的灭弧。液体灭弧物质对气压和环境温湿度不敏感，提高灭弧可靠性；石英砂等粉末或颗粒状灭弧物质高可靠性灭弧；电弧快速熄灭，对活塞刀几乎没有影响。

辅助灭弧装置还可以采取在导电板的预断处设置扰弧片7，扰弧片为塑料膜或芳纶纸类高分子聚合物，为柔性结构。参看图5，扰弧片可以设置在导电板上面，也可以设置在导电板下面，或设置在导电板预断口处的上面及下面。位于导电板上面的扰弧片一端固定在导电板上，另一端为自由端，搭接在导电板上面。位于导电板下面的扰弧片的两端分别固定在导电板上。扰弧片的安装较为灵活，可根据电路需要进行调整，进而加强灭弧能力。下面是五种布局方案，实际使用时可更为灵活的使用和调整布局，以便达到最佳灭弧效果。同时，扰弧片的形状也可根据需要进行调整，如带有弧形弯曲的扰弧片等。参看图6中的a图、b图，扰弧片安装在导电板的上下两面，位于导电板的上下两面的扰弧片的同一端牢固固定在导电板上，另一端以较小的结合力固定在导电板上，当活塞冲击导电板，导电板断开后，扰弧片结合力较小的一端脱离开导电板，在活塞带动下，随着导电板向下运动进行辅助灭弧。c图中，在导电板上下两面分别设置两层扰弧片，其中上下两面各一层扰弧片的同一端牢固固定在导电板一端，另一端以较小的结合力固定在导电板的另一端；另外一层的两端固定与之相反。当活塞冲击导电板，使导电板断开后，在活塞和导电板的冲击下，两层扰弧片分别向下运动与容置腔的底部接触，通过扰弧片进行辅助灭弧。d图和e图中，在导电板的上面和下面分别设置一层扰弧片，导电板上面的扰弧片牢固固定端与位于导电板下面的扰弧片的牢固固定端相对设置，导电板上面的扰弧片较小结合力的固定端与位于导电板下面的扰弧片的较小结合力的固定端也相对设置。当活塞冲击导电板使导电板断开后，扰弧片在活塞及导电板的带动下，向下运动并搭接在一起，形成近似U型或V型的扰弧片密闭结构，形成隔离腔室，进而加强灭弧能力。设置扰弧片的优点为在扰弧片的帮助下，实现快速对大电流的灭弧；扰弧片灭弧可提高灭弧可靠性；由于扰弧片扰动隔断电弧，因此电弧对活塞刀几乎没有损伤；灭弧过程更加安全。

在激励熔断器上，通过在不同部位(活塞、导电板等)处设置辅助灭弧装置，该不同部位的辅助灭弧装置可以是独立设置，也可以是几个部位结合设置，参看图7，实现激励熔断器断开时的辅助灭弧。

通过设置辅助灭弧装置，可提高灭弧能力，从而提高激励熔断器的分断能力及工作可靠性。

Claims (9)

1.一种激励熔断器辅助灭弧结构，包括上壳体和下壳体，及设置在上壳体与下壳体之间的导电板；在所述上壳体的容置腔中自上而下设置有电子点火爆炸装置和活塞；在所述下壳体上设置有供导电板断开后掉落的容置腔；其特征在于在所述活塞、所述导电板上或所述下壳体的容置腔的底部单独或至少两个部件同时设置有辅助灭弧装置；

当单独在所述导电板上设置所述辅助灭弧装置时，所述辅助灭弧装置为扰弧片或涂布在所述导电板需被断开位置处的灭弧涂料或胶体；所述扰弧片一端牢固连接在所述导电板上，另一端以较小结合力固定在所述导电板上，或者，当所述扰弧片位于所述导电板上时，所述扰弧片的另一端为自由端，搭接在所述导电板上；当所述活塞断开所述导电板，与所述扰弧片牢固连接在所述导电板上的一端相对的所述另一端随所述活塞的位移朝向所述容置腔底部方向位移。

2.根据权利要求1所述的激励熔断器辅助灭弧结构，其特征在于所述活塞包括活塞本体和位于活塞本体下面的刀状结构；在所述活塞本体的上面或所述刀状结构与导电板接触的两侧面分别设置有所述辅助灭弧装置。

3.根据权利要求2所述的激励熔断器辅助灭弧结构，其特征在于设置在所述活塞本体上面的辅助灭弧装置为在所述活塞本体上面自上而下设置的磁北极和磁南极；所述磁北极和磁南极形成扰动电弧，使电弧远离、拉长并冷却的磁场。

4.根据权利要求2所述的激励熔断器辅助灭弧结构，其特征在于所述刀状结构上的辅助灭弧装置为设置在刀状结构两侧面的隔弧片。

5.根据权利要求1所述的激励熔断器辅助灭弧结构，其特征在于在所述导电板上开设有断裂凹口，所述辅助灭弧装置为涂布在所述断裂凹口处的灭弧涂料或胶体。

6.根据权利要求1所述的激励熔断器辅助灭弧结构，其特征在于在所述导电板的预断处上面、下面或上下两面分别设置有至少一层所述扰弧片，所述扰弧片为柔性结构。

7.根据权利要求6所述的激励熔断器辅助灭弧结构，其特征在于所述扰弧片一端牢固固定在所述导电板上，另一端以较小结合力固定在所述导电板上；

在所述导电板的上下两面分别设置有一层所述扰弧片，所述扰弧片的同一端牢固固定在所述导电板上，当所述活塞使所述导电板断开后，所述扰弧片结合力较小的一端脱离开所述导电板，在所述活塞带动下，随着所述导电板向下运动进行辅助灭弧；或者，

在所述导电板上下两面分别设置两层所述扰弧片，其中所述导电板的上下两面各一层所述扰弧片的同一端牢固固定在所述导电板一端，所述导电板的上下两面的另外一层的所述扰弧片两端固定方法与之相反；当所述活塞使所述导电板断开后，在所述活塞和所述导电板的冲击下，所述导电板上下两面的两层所述扰弧片分别随着所述导电板向下运动与所述容置腔的底部接触辅助灭弧；或者，

在所述导电板的上面和下面分别设置一层所述扰弧片，所述导电板上下两面的所述扰弧片牢固固定的一端相对设置，所述导电板上下两面的所述扰弧片以较小结合力固定的一端也相对设置；当所述活塞冲击所述导电板，使所述导电板断开后，所述扰弧片在所述活塞及所述导电板的带动下，向下运动并搭接在一起，形成近似U型或V型的扰弧片密闭结构，形成隔离腔室。

8.根据权利要求1所述的激励熔断器辅助灭弧结构，其特征在于所述辅助灭弧装置设置在所述下壳体上的容置腔底部；当所述导电板断裂后，沿固定端旋转断开的导电板可与所述辅助灭弧装置接触。

9.根据权利要求8所述的激励熔断器辅助灭弧结构，其特征在于所述辅助灭弧装置包括灭弧介质和密封灭弧介质的密封膜，所述灭弧介质为灭弧液体物质或灭弧固体物质；所述灭弧液体物质或灭弧固体物质通过密封膜密封在所述容置腔底部；当所述活塞使所述导电板断开后，驱动所述导电板穿破所述密封膜，进入所述灭弧介质中。