一种分层熔体结构及依次打断导体和分层熔体的激励保护装置

摘要

一种分层熔体结构及依次打断导体和分层熔体的激励保护装置，包括至少两根熔体，所述熔体上下分层设置，所述熔体两端并联连接形成连接端。本发明的激励保护装置，包括壳体，激励源、冲击装置、导体，在所述导体上还并联连接有本发明的分层熔体结构；当激励源驱动冲击装置动作断开所述导体后，所述冲击装置依次断开所述分层熔体结构上的各层熔体。本发明的分层熔体结构可提高激励保护装置的灭弧能力和分断能力。

说明书

技术领域

本发明涉及电力控制和电动汽车领域，尤其是指通过依次打断导体和分层熔体进行电流分断的激励保护装置。

背景技术

目前电动汽车电池包保护器件除了传统的热熔熔断器，已经存在一种快速切断开口的激励保护装置，并逐渐扩大应用范围。熔断器为利用电流热积累效应，使熔体设置的电流感知点(狭颈)在一定时间里熔化断开并熄灭电弧的保护器件。激励保护装置为在短时间内利用电子气体发生装置推动绝缘体切断导体形成物理断口的一种快速保护器件。

熔断器的优点为成熟稳定、可分断上限高、灭弧能力强，缺点为：耐电流冲击性差；发热量较大；在低倍数故障电流下需长时间才能断开电路，无法实现快速保护；熔断器熔断后无法达到完全的物理隔绝，主要体现在断后绝缘电阻数值较小，数值范围在0.1MΩ～50MΩ；体积重量较大。激励保护装置的优点为通过快速切断开口实现快速保护、耐电流冲击性好、发热量小、断开后可实现完全的物理隔绝，断后绝缘电阻数值范围在550MΩ以上；缺点为单靠切断开口分断上限不高、灭弧能力弱(依靠空气冷却灭弧或挤压灭弧)。

综合传统熔断器和激励保护装置的优缺点，已经出现了在激励保护装置的导体上并联熔体来提高灭弧能力和分断能力的方案，并在此基础上进一步出现了较优的方案，即依次打断导体和并联在导体上的熔体的激励保护装置。该方案在小倍数故障电流下，主要利用打断导体断开电路熔体不熔断仅被切断；在中倍数故障电流下，先打断导体，电流转移到熔体上，熔体开始熔断，熔断过程中切断熔体并加速灭弧和分断；在大倍数故障电流下，先打断导体，电流转移到熔体上，熔体很快完全熔断，最后在无电流的情况下打断熔体，实现完全的物理隔绝。这种激励熔断器目前存在的问题为：在中倍数故障电流下，由于导体已经被打断，此时依靠熔体介入分断故障电流，但中倍数故障电流不能使熔体迅速熔断，此时只能依靠切断熔体来实现切断故障电流，此时会较难分断故障电流。这种中倍数故障电流情况下，导体先被打断而熔体狭径部分熔化但未完全熔断并只能依靠强制打断熔体来分断的故障电流，我们称之为阶跃电流。随着需要的分断故障电流范围增大时，需要分断能力更高的熔体，阶跃电流也随之升高。例如分断0～10KA故障电流的熔体，其阶跃电流在3～6KA左右，而分断0-20KA故障电流的熔体，其阶跃电流也将增大至6～12KA。随着市场需求，对高压保护器件分断能力要求越来越来大，也就意味着阶跃电流的上限也将越来越高，范围也会越来越大，阶跃电流下产生的问题也会被无限放大，可能导致断后绝缘电阻不佳，甚至可能导致分断失败。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种分层熔体结构及依次打断导体和分层熔体的激励保护装置，采用多根熔体分层设置与导体并联。遇到大故障电流时，在打断导体后，依次打断分层布置的熔体，随着熔体逐层被切断，熔体的横截面积降低，其阶跃电流也随之降低，从而将阶跃电流降至切断结构能够承受的范围，实现正常分断，达到完全的物理隔绝。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是一种分层熔体结构，包括至少两根熔体，其特征在于，所述熔体上下分层设置，所述熔体两端并联连接形成连接端。

优选地，所述熔体折弯呈分层设置。

优选地，所述连接端开设有连接通孔。

优选地，在每根所述熔体上分别设置有断开薄弱处。

优选地，在所述熔体上设置有狭颈。

本发明还提供一种依次打断导体和分层熔体的激励保护装置，包括壳体，激励源、冲击装置、导体，在所述导体上还并联连接有上述分层熔体结构；当激励源驱动冲击装置动作断开所述导体后，所述冲击装置依次断开所述分层熔体结构上的各层熔体。

优选地，在每根熔体上设置有至少一个预断口，在至少一个预断口处设置有推块机构，所述冲击装置驱动所述推块机构断开所述熔体预断口形成断口。

优选地，所述推块机构以嵌套装置形式夹持在所述熔体预断口上。

优选地，所述分层熔体结构位于所述导体下方的壳体中，在所述导体及分层熔体结构的每根熔体上分别设置有至少一个断开薄弱处，在所述冲击装置上对应设置有断开所述导体和每根所述熔体断开薄弱处的冲击头。

优选地，所述壳体自上而下依次包括保护套、支撑壳、上壳体、下壳体、熔体壳体和支撑板，各壳体间接触面处为密封接触；所述激励源设置在所述支撑壳中通过所述保护套固定，所述激励源与所述支撑壳接触处为密封接触；所述冲击装置设置于所述上壳体中，所述冲击装置与所述上壳体接触面处为密封接触；所述导体穿设固定在所述上壳体与所述下壳体间；所述分层熔体结构位于所述下壳体内，通过所述熔体壳体进行支撑；所述支撑板用于固定所述熔体壳体。

优选地，在所述支撑壳与所述上壳体相接触的端面间设置有用来装配定位和密封的凸块凹槽结构。

优选地，在所述上壳体空腔上端处形成一圈倒角斜面，在所述冲击装置上端处对应设置有尖状凸棱，所述尖状凸棱卡设在所述倒角斜面上对所述冲击装置初始位置限位。

优选地，在所述下壳体和熔体壳体形成的密闭空腔中填充有灭弧介质，所述熔体穿设在所述灭弧介质中，熔体的狭颈完全位于所述灭弧介质中。

本发明的并联熔体结构，将多根熔体分层设置成为并联熔体结构整体，简化了多根容易分层设置的激励保护装置的组装工序，提高了组装效率。在激励保护装置中分层并联多根熔体，依次在导体和并联熔体上形成多个断口，逐级降低流经熔体的电流，更易灭弧。当遇到大故障电流时，在断开导体后，依次断开分层布置的熔体，随着熔体逐层被切断，熔体的横截面积降低，其阶跃电流也随之降低，从而将阶跃电流降至切断结构能够承受的范围，实现正常分断，达到完全的物理隔绝。因此，使用本发明的并联熔体结构的激励保护装置，分断能力和灭弧能力均得到很大的提升。

附图说明

图1是分层熔体结构示意图。

图2是使用分层熔体结构的激励保护装置剖视图。

图3是垂直图2的剖视方向的使用分层熔体结构的激励保护装置剖视图。

图4是分层熔体结构与推块机构、分层熔体结构壳体、盖板结构示意图。

图5是区别图4视角的分层熔体结构与推块机构、分层熔体结构壳体、盖板结构示意图。

具体实施方式

本发明提供分层熔体结构及使用该分层熔体结构的可依次断开导体和分层熔体的激励保护装置。

分层熔体结构，包括至少两根熔体，多根熔体上下分层设置，多根熔体两端并联连接形成连接端。

使用上述分层熔体结构的可依次断开导体和分层熔体的激励保护装置，自上而下依次包括保护套、支撑壳、上壳体、导体、下壳体、熔体壳体、支撑板；还包括设置在支撑壳中的激励源、设置在上壳体中的冲击装置、穿设在上壳体与下壳体间的导体、设置在下壳体中与导体并联连接的分层熔体结构，熔体壳体对分层熔体结构支撑。各壳体间密封接触。本发明激励保护装置的工作流程：激励源接收激励信号后动作，产生驱动力，驱动冲击装置断开导体后，再依次断开呈分层分布的各层熔体，形成多个断口。通过依次断开的多个断口，提高灭弧能力和分断能力。

在导体、分层熔体结构的各熔体上，设置有至少一个断开薄弱处。相邻的两断开薄弱处间形成一个预断口。冲击装置冲击断开薄弱处时，导体或熔体可从断开薄弱处断开，断开部分在冲击装置驱动下折弯落入相应的空腔；冲击装置冲击预断口时，导体或熔体可从两断开薄弱处断开，断开部分脱离导体或熔体本体，在冲击装置驱动下落入相应的空腔。

下面举几个较佳实施例并结合图示进行具体说明。

分层熔体结构，参看图1，包括三根熔体，在图1中包括熔体211、熔体212、熔体213；熔体(211、212、213)各对称设置两排，熔体211间隔设置两排，两排之间设置了熔体212和熔体213；熔体212间隔设置两排，两排之间设置了熔体213；熔体213两排连续设置。熔体(211、212、213)每根两排同时折弯呈分层分布状态，在每根熔体的各排上设置有断开薄弱处220。熔体(211、212、213)上的断开薄弱处呈分层分布，如图1所示，熔体211的断开薄弱处位于最高层，熔体213的断开薄弱处位于最底层，熔体212的断开薄弱处位于熔体211和熔体212之间。熔体断开薄弱处220为降低熔体强度的结构，其结构可以是在熔体两侧相对位置处开设凹口，使熔体宽度变窄降低强度，或在熔体宽度方向间隔开设数个成排通孔等，降低熔体强度；断开薄弱处受到外力冲击时，熔体可从断开薄弱处断开。

在每根熔体上可以设置预断口221，预断口由相邻的两间隔设置的断开薄弱处形成。当预断口受到外力时，两断开薄弱处之间的熔体部分会整体从熔体上脱离，在熔体上形成断口。

分层熔体结构，多根熔体的两端并联连接形成连接端222，连接端222呈水平状态，在连接端222上开设有通孔。分层熔体结构的连接端可与激励保护装置的导体并联连接，通过螺钉穿过连接端的通孔配合螺母将其固定在导体上，方便拆卸，省却了焊接工序。

激励保护装置，参看图2和图3，壳体包括自上而下设置的支撑壳203、上壳体204、下壳体215、熔体壳体216、支撑板217，各壳体间为密封接触，材质为绝缘材质，各个壳体通过注塑一体成型。在支撑壳203、上壳体204、下壳体215上开设相互贯通的空腔，该空腔贯通支撑壳、上壳体的上下两端，该空腔下端位于下壳体中，下壳体中该空腔为第一空腔215a。在各壳体接触面设置有密封结构，密封结构为机械结构密封或密封件密封,上壳体与下壳体件密封件为密封圈206。

在上壳体204和下壳体215间穿设有导体207，导体207穿过上壳体空腔和下壳体的第一空腔，其两端分别位于壳体外部可与外部电路导电连接。导体两端可与穿设在壳体中的导体部分一体成型，也可以导电连接。位于空腔处导体207上设置有断开薄弱处207a,在断开薄弱处207a一侧或两侧设置有旋转薄弱处207b。断开薄弱处207a目的是降低导体的强度，在断开薄弱处207a受到冲击装置冲击时，容易断开。旋转薄弱处207b的目的是降低导体的强度，在冲击装置冲击断开薄弱处使其断开后，保证导体断开部分沿着旋转薄弱处折弯向滑入第一空腔中。断开薄弱处和旋转薄弱处结构可以为“V”型槽、“U”型槽、减小截面或者预轧制口等降低强度的结构，但旋转薄弱处的结构强度需高于断开薄弱处的结构强度，避免动作时旋转薄弱处断裂带来不利影响。也可以不设置旋转薄弱处，在导体207设置至少一个预断口，预断口为相邻间隔设置在导体上的两断开薄弱处间的导体部分，其在受到冲击装置冲击时，预断口处，即相邻两断开薄弱处间的导体部分可完全从导体上断开，从导体上脱离后落入第一空腔中。

在支撑壳中的空腔设置为台阶状结构，激励源201设置空腔中，通过台阶状结构限位，在支撑壳外周套设有保护套202，将激励源201固定在支撑壳空腔中，保护套、支撑壳、上壳体、下壳体固定一体。激励源201与空腔间设置有密封件201a，用于密封激励源201与其所在空间的接触面。激励源201可接收来自外部的激励信号，在激励信号激励下动作，为设置在上壳体空腔中的冲击装置205提供驱动力。在本实施例中，激励源201为电子点火装置，电子点火装置根据接收到的外部激励信号，产生高压气体，驱动冲击装置205断开导体207。密封件201a的目的在于防止高压气体从激励源与其所在空腔接触面处向外溢出，影响驱动力。在支撑壳的下端面上开设有一圈凹槽，在上壳体上端面上设置有对应凹槽的凸块，支撑壳和上壳体配合安装时，上壳体的凸块卡设在支撑壳下端面的凹槽中实现装配周向定位，同时实现支撑壳与上壳体间密封，还可在凹槽和凸块之间设置密封圈，加强密封性。

上壳体空腔上端处设置一圈倒角斜面。冲击装置205，设置在上壳体204的空腔中，材质为绝缘材料。冲击装置205包括安装部205a及一体成型在安装部下面的冲击头205b。安装部205a的外周形状与与其所在空腔形状相匹配，与所在空腔密封接触。在安装部205a上端处对应设置尖状凸棱卡设在上壳体空腔上端的倒角斜面上，形成冲击装置的限位结构，对冲击装置205的初始位置进行限定。在安装部205a的外周面开设有一圈凹槽，用于安装密封件，密封安装部与空腔的接触面，实现冲击装置上下腔室的完全分隔，避免激励源产生的高压气体对断口处绝缘能力的影响并避免故障电流导入驱动回路，同时将高压气体独立封闭在冲击装置上方，避免泄漏至冲击装置下方，防止冲击装置运动到位后回弹。冲击头205b用于断开导体和分层熔体结构。在本实例中，冲击头205b为三个，居中的一个用于断开导体，两侧的用于断开分层熔体结构。在冲击头的冲击端面根据所对应的是断开薄弱处还是预断口，设置为刀刃型结构、斜面结构或平面结构等，当对应的是断开薄弱处时，则一般冲击头的冲击端面设置为刀刃型结构、斜面结构；当对应的预断口时，则一般为平面结构，根据导体或熔体上的断开薄弱处或预断口的结构选择冲击装置的冲击头结构更有助于断开导体或熔体。

为了保证冲击装置直线位移，冲击装置和空腔接触面处设置有位移限制结构，位移限制结构可以是在空腔上开设竖直滑槽，在冲击装置外周面设置可滑设在滑槽内的凸棱，凸棱滑设在竖直滑槽中，用于保证冲击装置直线位移，防止相对于空腔旋转；也可以在在空腔中设置凸棱，在冲击装置外周面设置滑槽的结构来实现。

下壳体215上除了设置有供导体断开部分落入的第一空腔215a，该第一空腔与上壳体中设置有冲击装置的空腔贯通,导体207位于上壳体与下壳体接触面间，导体位于壳体内设置有断开薄弱处或预断口的部分位于上壳体空腔与下壳体的第一空腔215a连接面处。下壳体215在第一空腔215a两侧及下方设置有容置分层熔体结构的第二空腔215b。第二空腔215b和第一空腔215a不连通，位于第一空腔215a两侧的第二空腔215b在第一空腔215a的下方连通。在下壳体上通过埋模注塑成型方式，设置有埋模嵌件螺母208。

分层熔体结构设置在下壳体中，通过螺栓穿过导体和并联熔体结构并将螺栓固定在埋模嵌件螺母208上将分层熔体导电连接在导体上，方便分层熔体结构与导体的连接。也可以通过导电弹片、焊接等方式连接。熔体壳体216和下壳体中配合设置有支撑筋将分层熔体固定支撑并将下壳体第二空腔215b分成三个相对密闭的空间，分别为分层熔体上的断开薄弱处或预断口所在的空间和其两侧对称的其他两个空间。下壳体、熔体壳体和支撑板217固定连接，支撑板用于增加壳体下部的强度，下壳体、熔体壳体接触面间密封接触。分层熔体结构中的熔体(212、213、214)分别位于第二空腔215b中，熔体(212、212)位于第一空腔215a两侧的第二空腔215b内，熔体214位于第一空腔下方的第二空腔中。在最上层的熔体212上卡设有第一推块机构209，第一推块机构209位于第二空腔中，第一推块机构209卡设在熔体212的预断口上且其未卡设处位于熔体213上的预断口正上方，对应熔体(212、213)的间隔两排结构，对应每排各需设置一个第一推块机构209。在最底层的熔体214的预断口处上设置有第二推块机构，在第二推块机构包括第二推块210和嵌套在其下面的密封垫211形成嵌套装置的第二推块机构，熔体214的预断口位于第二推块210和密封垫211之间，对应熔体214的连续两排结构，仅需设置一个能够嵌套两排预断口的第二推块机构。第二推块210的两端分别位于第一推块机构209的正下方。激励源在接收外部激励信号后动作，产生高压气体，驱动冲击装置向下位移，冲击装置居中设置的冲头首先断开导体，驱动导体断开部分进入第一空腔中，然后冲击装置两侧的冲头进入第二空腔中，推动第一推块机构209向下位移依次断开熔体212、熔体213后，继续向下位移推动第二推块210和密封垫211一起向下位移断开熔体214。实现导体和分层熔体结构中各层熔体的依次断开。第一推块机构209和第二推块210在下壳体上设置有保持其初始位置的限位机构，限位机构可以是凹槽凸棱嵌套配合的限位结构或第一推块机构209和第二推块210与所在的腔室过盈配合的过盈配合结构。

在分层熔体断开薄弱处或预断口所在空间以外的下壳体第二空腔中，还填充有灭弧介质，分层熔体断开薄弱处或预断口所在空间以外的分层熔体结构部分位于灭弧介质中，灭弧介质通过下壳体和熔体壳体密封。

上述结构中，除分层熔体结构和导体为导电材质，固定用螺栓、螺钉为金属材质外，其余各零部件为绝缘材质，比如支撑壳、上壳体、下壳体、熔体壳体、支撑板、第一推块、第二推块、密封垫等，因为在导体和熔体断开后，目的在于灭弧，只有绝缘物质才可能阻止电弧复燃。另外，绝缘材质的零部件一般采用注塑成型方法一体成型，提高生产效率。

本实施例的工作原理：激励源接收来自外部控制系统的激励信号动作，产生高压气体，然后驱动冲击装置克服其限位结构，向导体方向直线位移，冲击装置上对应导体断开薄弱处的冲击头切断导体断开薄弱处，带动导体断开部分沿旋转薄弱处折弯向下壳体的第一空腔中继续位移；导体断开后，冲击装置上的对应熔体预断口的冲击头继续位移进入下壳体第二空腔中，推动第一推块机构209断开熔体212预断口形成并联熔体结构上的第一断口后继续位移，推动第一推块机构209带动熔体断开部分位移至熔体213预断口处，第一推块机构209在冲击装置的冲击头驱动下断开213预断口处形成并联熔体结构上的第二断口后继续位移，在冲击装置冲击头驱动下，第一推块机构209、熔体212断开部分及熔体213断开部分继续位移与第二推块210接触，驱动第二推块210位移，断开熔体214上的预断口形成分层熔体结构的第三断口。然后，冲击装置、导体断开部分、熔体各断开部分及第一推块机构209、第二推块210继续位移至死点位置处停止动作。

其灭弧原理：导体断开后在导体上形成断口，由于有分层熔体结构，则经过分流变小的大部分电流则通过分层熔体结构分流流过，因此在导体断口处形成较小的电弧，通过断口处空气即可实现灭弧，而流经每根熔体上经过分流的电流成倍减小；随着分层熔体结构最上层熔体断开形成第一断口时，则在第一断口处形成较小的电弧，通过熔体第一断口处的空气直接灭弧；继续减小的电流则经熔体213和熔体214继续分流，随着冲击装置继续位移，断开熔体213在并联熔体结构上形成第二断口，第二断口处形成电弧也较小，通过熔体第二断口处的空气直接灭弧；继续减小的电流通过熔体214流过，此时，流经熔体214的电流已经非常小，冲击装置继续位移断开熔体214形成分层熔体结构的第三断口完全切断电路，在分层熔体结构的第三断口处形成的电弧也较小，通过第三断口处空气可以直接灭弧。

本实施例的激励保护装置，通过使用多层设置的分层熔体结构与导体结合，依次断开导体和分层熔体结构，在激励保护装置上依次形成多个断口，实现分层逐步灭弧，灭弧效果良好。

实施例2

在实施例1的基础上，不设置第一推块机构209，通过冲击装置的冲击头依次断开熔体212和熔体213形成第一断口和第二断口，再通过冲击装置的冲击头驱动第二推块机构断开熔体214形成第三断口。

实施例3

相比较实施例1，不采用第一推块机构和第二推块机构，分层熔体结构的熔体分别位于导体两侧，分层熔体结构上的各熔体断开薄弱处或预断口分别对应冲击装置的一个冲击头，且在各熔体断开薄弱处或预断口上还对应设置有一个供熔体断开部分落入的空腔。

其工作原理及灭弧原理同实施例1。

不论上述实施例1还是实施例2或实施例3的结构，冲击装置的冲击头设置与导体断开薄弱处或预断口、熔体断开薄弱处或预断口位置关系相对应设置，其目的通过冲击装置的冲击头依次断开导体、分层熔体结构。因此，冲击装置的冲击头结构设计、和导体、分层熔体结构层数、断开薄弱处、预断口等结合起来的结构有诸多表现形式，并拘泥于本发明的实施例1和实施例2所举的结构形式。