CN110491749B - 一种外部驱动型快速开关结构 - Google Patents

Abstract

一种外部驱动型快速开关结构，包括上下壳体及设置在上下壳体之间的导电板；在所述上壳体的容置腔自上而下依次设置有电子点火装置及活塞，在所述活塞及所述导电板下方的下壳体上开设有容置腔；其特征在于所述导电板向所述下壳体容置腔中下凹，并在所述容置腔中形成平底的凹口；在所述凹口的平底处间隔开设有断裂凹口及折弯凹口，所述活塞的下端位于所述断裂凹口的上方；上下壳体中的容置腔满足所述活塞可从所述上壳体中位移至下壳体中。本发明的导电板在断裂凹口处断裂并以折弯缺口处为转轴向下沿着垫块的侧壁掉落，从而断开主电路。通过活塞与垫块设置的吸能结构吸收冲击能量。

Description

一种外部驱动型快速开关结构

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装置。

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：整体尺寸较大，无法满足对尺寸要求较高的应用环境；整体重量较重，无法满足对重量要求高的应用环境；内阻较大，正常工作时无效的热功率损耗高；动作较慢，快速熔断器的动作时间在10-50ms，慢速熔断器更慢；耐电流冲击性较差，熔体狭径处很窄，无法经受长时、多次的大电流冲击，容易被冲击电流熔断；小电流下无法断开，必须达到额定电流3倍以上才能动作；正常工作时发热量大，温度到，形成热源，需要散热。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种快速切断装置，其通过接收外部信号，利用化学能通过机械方式在最短时间内切断与主电路连接导体，断开主电路，起到保护下级各个设备仪器的目的。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是一种外部驱动型快速开关结构，包括上下壳体及设置在上下壳体之间的导电板；在所述上壳体的容置腔自上而下依次设置有电子点火装置及活塞，在所述活塞及所述导电板下方的下壳体上开设有容置腔；其特征在于所述导电板向所述下壳体容置腔中下凹，并在所述容置腔中形成平底的凹口；在所述凹口的平底处间隔开设有断裂凹口及折弯凹口，所述活塞的下端位于所述断裂凹口的上方；上下壳体中的容置腔满足所述活塞可从所述上壳体中位移至下壳体中。

所述活塞包括活塞本体及位于所述活塞本体下面的刀状结构，所述刀状结构位于所述断裂凹口的正上方。

在所述活塞本体的下面设置有若干凸点；在所述刀状结构的两面间隔设置有数条加强筋。

所述刀状结构的下面为斜面。

所述刀状结构的两竖直的侧端突出所述活塞本体的外周，在两侧端下部的前后对应位置，分别设置有限位凸块。

在容置所述活塞的容置腔中，对应所述刀状结构两侧端位置，开设有延伸至所述上壳体下端面处的竖直的凹槽；在所述凹槽中对应所述限位凸块的位置处开设有限位凹口；所述刀状结构的两侧端分别容置在所述凹槽中，所述限位凸块位于所述限位凹口中；在所述下壳体容置腔上对应所述上壳体的凹槽位置处，对应开设有容置所述活塞两侧端的竖直的凹槽。

在容置所述活塞的上壳体的容置腔的下部间隔开设有数个排气通道，所述排气通道与所述上壳体外部连通；在活塞位于初始位置时，所述活塞位于所述排气通道上方。

在所述凹口的底部外周所在的容置腔腔壁上开设有支撑所述凹口的限位台阶。

在位于所述凹口底部、靠近所述断裂凹槽一侧的容置腔中，设置有支撑所述导电板的垫块。

所述垫块上端靠近容置腔侧壁一侧具有延伸部抵靠所述容置腔侧壁；所述垫块根部位于所述容置腔的另一侧的底部，所述垫块的下端通过悬空的筋位所述垫块根部连接。

在所述导电板断裂后掉落会接触的所述垫块根部一侧设置有若干凸点；在所述垫块的下面设置有波纹结构。

所述垫块根部的下端间隔设置有凸块，所述凸块与所述容置腔的底部接触。

所述上壳体和所述下壳体的容置腔为贯通设置；当所述活塞自所述上壳体运行至下壳体的死点位置时，所述活塞下端抵靠在断裂后掉落至下壳体容置腔中的导电板与所述垫块之间。

所述断裂凹口及所述折弯凹口形状为U型、V型槽或U型槽和V型槽结合。

所述刀状结构相对于所述活塞本体为偏心设置。

所述上壳体、所述活塞及所述上壳体的排气通道，所述下壳体、所述活塞与所述下壳体的排气通道形成各自独立的排气通道，用于将所述活塞上部及其下部产生的气体分别单独排出。

本发明当电子点火***装置接收到外部信号即点火***产生大量高压气体，活塞在高压气体驱动下，克服限位凸台限位向下运动冲击导电板处的断裂凹口，导电板在断裂凹口处断裂并以折弯缺口处为转轴向下沿着垫块的侧壁掉落，从而断开主电路。由于活塞上设置有吸收冲击能量的凸点和加强筋；垫块下面设置有波纹状结构，在垫块上设置有悬空的吸收冲击能量的筋位，在垫块根部设置有吸收冲击能力的凸点，因此，本发明的熔断器可以很好的吸收冲击能量；同时，在上壳体上设置有排气通道，当活塞受到冲击向下运动至下壳体中时，活塞上部产生的气体可通过排气通道向壳体外排出，避免进入下壳体容置腔中影响电气性能。

附图说明

图1，纵向剖视结构示意图。

图2，纵向切断后剖视结构示意图。

图3，活塞立体结构示意图。

图4，活塞正视结构示意图。

图5，垫块立体结构示意图。

图6，垫块侧视结构示意图。

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***装置4，电子点火装置上端通过设置压板41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***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51，活塞本体51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52。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53。在活塞本体的下表面上设置有若干凸点54，用于吸收冲击能力。在刀状结构52的两表面上间隔竖直设置有若干可用于吸收冲击能量的加强筋55，该加强筋的存在，也用于加强刀状结构的强度，同时可吸收冲进能量。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53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。在活塞本体的下方的上壳体的下容置腔腔壁的下半部分，分别间隔开设有排气通道，该排气通道连通上壳体容置腔室与壳体外部。该排气通道的设置位置满足活塞在高压气体压力下，能够向下运动切断导电板，且导到下壳体中的死点位置。上壳体、活塞及上壳体的排气通道形成的排气通道将位于活塞上方气体经由上壳体的排气通道排出壳体外，避免活塞上方的气体进入活塞下方的下壳体中，对熔断器电气性能造成影响；下壳体、活塞与下壳体的排气通道形成的排气通道，用于将活塞下方产生的气体经由下壳体的排气通道排至壳体外。该上壳体的排气通道和下壳体的排气通道为独立的排气通道。

在活塞向下运动时，刀状结构切断导电板，并用于推动导电板向下做偏转运动，到达死点位置时，刀状结构的加强筋顶部溃缩，吸收冲击能量。同时，活塞本体下面的凸点也可吸收冲击能量。

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。在活塞受到外力作用向下位移切断导电板并进入死点位置后，上下壳体及活塞可以组成独立的排气道，用于将上部产生的气体单独排出，而不会进入下壳体容置腔内，影响电气性能。活塞在到达死点位置后，由于活塞与上下壳体的容置腔均为过盈配合，因此能够保持在该死点位置，不出现弹跳。同时活塞的上端面将容置腔室上下隔绝，即也将上壳体容置腔与下壳体容置腔之间的连通隔绝。

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。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。在位于导电板断裂缺口下方的容置腔侧壁上设置垫块6，垫块包括垫块本体61与垫块根部62。垫块本体的上面抵靠在断裂缺口与容置腔侧壁之间的导电板下面对其进行支撑，垫块本体的下面位于容置腔底部。垫块本体的上端部分向其邻近的容置腔的侧壁伸出并抵紧该容置腔侧壁，垫块本体的下端部向容置腔的另一侧伸出。垫块根部62抵靠在容置腔的另一侧壁，并位于容置腔的底部，在垫块根部侧面，即导电板断裂后会与垫块根部接触的侧面上设置有吸收冲击能量的凸点。垫块根部与垫块本体的下端部之间通过悬空的筋位63连接。垫块根部与筋位连接处的下端面向下延伸形成凸块64，并抵靠在容置腔底部上面，使垫块根部整体除了凸块处外悬空设置在容置腔底部上面。悬空的筋位位于活塞向下冲击时的正下方，该筋位与容置腔底部之间留有一定间隙，因此，当导电板掉落至筋位上面上，通过筋位的颤动吸收冲击能量。垫块根部底部由于设置有凸块，及连接有筋位，通过冲击变形用于吸收冲击能量。在垫块本体的下表面分别开设有波纹状结构65，在导电板断裂向下掉落对垫块造成冲击时，波纹状结构可通过溃缩吸收冲击能量。当导电板受到活塞冲击断裂后向下掉落，其向下掉落端一侧可抵靠在垫块根部处，然后活塞刀状结构下端则抵靠在导电板断裂处与垫块本体之间，对掉落的导电板进行位置卡死，提高分断能力。在下壳体的容置腔上开设有供下壳体的气体向壳体外部排放的排气通道。

当电子点火***装置接收到外部信号即点火***产生大量高压气体，活塞在高压气体驱动下，克服限位凸块限位向下运动冲击导电板处的断裂凹口，导电板在断裂凹口处断裂并以折弯缺口处为转轴向下沿着垫块的侧壁掉落，从而断开主电路。由于垫块设置有波纹状结构，活塞的刀状结构下端也设置有吸收能量的吸能凸点，垫块上设置有吸能的波纹状结构及悬空筋位，因此，当活塞运行至垫块时，可通过溃缩吸收能量。

Claims (13)

1.一种外部驱动型快速开关结构，包括上下壳体及设置在上下壳体之间的导电板；在所述上壳体的容置腔自上而下依次设置有电子点火装置及活塞，在所述活塞及所述导电板下方的下壳体上开设有容置腔,在所述下壳体上开设有排气通道；其特征在于所述导电板向所述下壳体容置腔中下凹，并在所述容置腔中形成平底的凹口；在所述凹口的平底处间隔开设有断裂凹口及折弯凹口，所述活塞的下端位于所述断裂凹口的上方；上下壳体中的容置腔满足所述活塞可从所述上壳体中位移至下壳体中；所述活塞在所述电子点火装置释放的高压气体驱动下冲击所述断裂凹口，所述导电板在所述断裂凹口处断裂并以所述折弯凹口处为转轴向下掉落；在位于所述凹口底部、靠近所述断裂凹口一侧的容置腔中，设置有支撑所述导电板的垫块，所述垫块上端靠近容置腔侧壁一侧具有延伸部抵靠所述容置腔侧壁；所述垫块根部位于所述容置腔的另一侧的底部，所述垫块的下端通过悬空的筋位与所述垫块根部连接；所述上壳体和所述下壳体的容置腔为贯通设置，当所述活塞自所述上壳体运行至下壳体的死点位置时，所述活塞下端抵靠在断裂后掉落至下壳体容置腔中的导电板与所述垫块之间。

2.根据权利要求1所述的外部驱动型快速开关结构，其特征在于所述活塞包括活塞本体及位于所述活塞本体下面的刀状结构，所述刀状结构位于所述断裂凹口的正上方。

3.根据权利要求2所述的外部驱动型快速开关结构，其特征在于在所述活塞本体的下面设置有若干凸点；在所述刀状结构的两面间隔设置有数条加强筋。

4.根据权利要求3所述的外部驱动型快速开关结构，其特征在所述刀状结构的下面为斜面。

5.根据权利要求2所述的外部驱动型快速开关结构，其特征在于所述刀状结构的两竖直的侧端突出所述活塞本体的外周，在两侧端下部的前后对应位置，分别设置有限位凸块。

6.根据权利要求5所述的外部驱动型快速开关结构，其特征在于在容置所述活塞的容置腔中，对应所述刀状结构两侧端位置，开设有延伸至所述上壳体下端面处的竖直的凹槽；在所述凹槽中对应所述限位凸块的位置处开设有限位凹口；所述刀状结构的两侧端分别容置在所述凹槽中，所述限位凸块位于所述限位凹口中；在所述下壳体容置腔上对应所述上壳体的凹槽位置处，对应开设有容置所述活塞两侧端的竖直的凹槽。

7.根据权利要求1所述的外部驱动型快速开关结构，其特征在于在容置所述活塞的上壳体的容置腔的下部间隔开设有数个排气通道，所述排气通道与所述上壳体外部连通；在活塞位于初始位置时，所述活塞位于所述排气通道上方。

8.根据权利要求1所述的外部驱动型快速开关结构，其特征在于在所述凹口的底部外周所在的容置腔腔壁上开设有支撑所述凹口的限位台阶。

9.根据权利要求1所述的外部驱动型快速开关结构，其特征在于在所述导电板断裂后掉落会接触的所述垫块根部一侧设置有若干凸点；在所述垫块的下面设置有波纹结构。

10.根据权利要求9所述的外部驱动型快速开关结构，其特征在于所述垫块根部的下端间隔设置有凸块，所述凸块与所述容置腔的底部接触。

11.根据权利要求1所述的外部驱动型快速开关结构，其特征在于所述断裂凹口及所述折弯凹口形状为U型、V型槽或U型槽和V型槽结合。

12.根据权利要求2所述的外部驱动型快速开关结构，其特征在于所述刀状结构相对于所述活塞本体为偏心设置。

13.根据权利要求7所述的外部驱动型快速开关结构，其特征在于所述上壳体、所述活塞及所述上壳体的排气通道，所述下壳体、所述活塞与所述下壳体的排气通道形成各自独立的排气通道，用于将所述活塞上方及其下方产生的气体分别单独排出壳体外。