CN111052291B - 直流电路中断开关组件 - Google Patents

Abstract

一种直流电路中断开关组件通过经由初级电导体和次级电导体建立电连接而适于集成在直流电压电源与至少一个负载之间，开关组件的所述初级电导体包括彼此并联连接的两个分支，其中第一分支包括具有熔融元件的电熔断器，并且第二分支包括具有中断元件以及致动器的点火开关，所述点火开关包括中断元件，所述中断元件在所述点火开关内可从其第一位置即原始位置移位到其第二位置即切换位置上，在第一位置上，初级电导体的所述第二分支借助于中断元件而不被中断，并且在第一位置上，所述中断元件被保持在与次级电导体相距足够的距离处，在第二位置上，在初级电导体的整个第二分支中的电路被中断，并且中断元件被保持为与开关组件的次级导体导电接触。

Description

直流电路中断开关组件

技术领域

本发明涉及一种直流电路中断开关组件，其中根据国际专利分类，这样的发明属于电学并且是基本的电气部件当中的，即被列入开关器件当中的开关和开关组件，这些开关和开关组件是通过***来激活的，所述***是通过依赖于电流的适当装置来启动的，并且其中，这样的发明属于H 01 H 39/006类。

本发明立足于如何构建一种小型且简单的开关组件的问题，该开关组件一方面应当能够承受长期重复的与电感相关的影响以及动态电流负载，即每个直流电压(DC)电路内的电流值的变化，而另一方面该开关组件应当通过其的激活能够使所述电路迅速地中断，而不管电流的每个可配置值如何并且不形成任何电弧，并且同时应当确保每个电负载与每个电压源的总体电绝缘，而不管电流和电压的每个可配置值如何。

背景技术

在US 9,221,343 B2(特斯拉汽车股份有限公司)中公开了一种直流电路中断开关组件。这种开关组件包括直流电压源，该直流电压源经由初级导体和次级导体与每个负载电连接。这种组件通常适于安装到电动车辆中，并且用于在紧急情形下(例如，通过车辆碰撞)使电路中断。在实践中，所述电压源是电池或一组相互连接的电池，而所述负载是逆变器，经由该逆变器向例如用于驱动车辆、照明、加热和空气调节、驱动伺服电动机等的每个另外的电路供电。关于所讨论的解决方案，次级电导体在电能源的负极端子与负载的对应连接端子之间连续延伸。在所述直流电压电源的正极端子与负载的剩余连接端子之间延伸的初级电导体是分叉的，并且由彼此并联连接的两个单独分支组成，其中，在第一分支中集成有具有熔融元件的电熔断器，而第二分支包括点火开关，该点火开关在电路的常规操作期间是不中断的。所述点火开关配备有外壳，电导体延伸穿过该外壳，该电导体在这种特定情况下对应于初级导体的所述第二分支。在所述外壳的内部集成有具有闸刀形式的叶片，该叶片由电绝缘材料组成，并且其在电路的常规操作期间被保持在与所述导体相距一定的距离处，然而在原理上其在需要时还可借助于打火致动器朝向导体移动。所述致动器的激活基于信号而发生，该信号是由致动器从适于监测电路内的电流的值的传感器一侧接收的，或者可选地是从任何其它可配置传感器(例如，从用于激活每个车辆内的可充气安全气囊的传感器)一侧接收的。通过这种开关的激活，这种被中断的电导体的两个部分彼此偏斜分开，并且保持在彼此分离并且还与任何其它导电部件分离的这样的状态。

点火开关通常在商业上可用在两个实施例中，即在正常中断(NO-常开)和正常不中断(NC-常闭)。在所讨论的解决方案中，这种开关在常规操作期间是不中断的，但是可以在任何需要时中断，由此电路被中断。常闭开关体积大得多，而因此不适于在电动车辆中使用。

除了低的电力损耗之外，这种点火开关还在对于激活(即对每个电路的中断(其是在大约1ms内执行的))的极短反应时间方面表现突出。另一方面，鉴于在该时间期间并且由于温度变化而导致的被包含在其中的化学反应物的性质的潜在变化，并且除此之外，还鉴于电压过载和与电感有关的现象，这种开关是有问题的。因此，在开关组件的每次常规操作期间，两个导体一方面与电压源连接，而另一方面与每个电负载连接，由此由于电熔断器内的熔融元件的相对高的电阻，电流仅通过其中集成有所述点火开关的那些分支进行传导。以这种方式，尤其是通过在电动车辆中使用这种开关组件，使得与无法承受持久的动态电流过载的具有熔融元件的电熔断器有关的缺陷最小化。也就是说，在开发电动车辆中的电熔断器期间已经发现，由于长期改变通过其进行传导的电流的值，熔融元件的材料的物理性质可能被改变到如下的这种程度：熔融元件在即将出现的电流负载期间的任何进一步反应变得相对不可预测且不可靠。

当根据US 9,221,343 B2的所述开关组件遭受其集成在其中的电路的这种电流过载时，其应当通过基于接收到的信号而使初级电流中断来作出反应，由此首先所述点火开关被激活，这导致对应分支内的电流的中断，此时电流仍然可以通过另一分支进行传导，即通过电熔断器的熔融元件进行传导，然后电熔断器开始熔融，由此整个开关组件中(即在电压源与每个电负载之间)的电路变得完全中断。在必要的电流过载(其中，电流超过电熔断器中的标称电流极限值的倍数值)的情况下，相对快速地执行熔融元件的中断，这在实践中意味着在大约20ms内。然而，当在车辆中使用这种开关组件时，尤其是在平稳行驶期间电流过载通常不会那么高。在这种情况下，通过车辆碰撞，所述致动器应当正常触发点火开关，由此使电路中的初级导体的所属分支中断，此时电流被重新引导通过所述导体的剩余分支。当电流过载刚好略高于电熔断器的标称值时，则所述熔融元件的熔融可能会花费几分钟或者甚至一小时以上，这在任何碰撞情形下是相当不可接受且危险的(由于建立短路和/或电弧的风险)。除此之外，即使在直流电压电路与每个电负载之间的电路中的初级导体的快速且成功中断的情况下，次级导体也仍然保持不中断并且与电压源和电负载两者连接。这种缺陷可能导致问题(尤其是在车辆中)，这是因为所述电负载一方面与所述电压源连接，而另一方面也与各种电路连接，其中这些电路中的一些还可能包含电容量仍然保持被存储在其中并且可能代表额外的电压源的电容器，尽管使这种开关组件的初级电导体中断，但是这些电容器保持活动。在所述车辆碰撞情形下，这种“隐藏”的电压源也可能是极其危险的。

此外，在DE 10 2008 044 774 A1中公开了一种并联电路，其包括打火熔断器以及另一种熔断器。此外，在DE 10 2016 124 176 A1中公开了一种用于在高电流和高电压下开断的电开断开关。

发明内容

本发明涉及一种直流电路中断开关组件，其中在经由初级电导体和次级电导体建立电连接时，该开关组件适于集成在直流电压电源与至少一个负载之间，以使得借助于该开关组件的所述导体，所述电源的初级端子可与每个电负载的初级端子电连接，并且所述电源的次级端子可与每个电负载的次级端子电连接。该开关组件的所述初级电导体包括彼此并联连接的两个分支，其中，第一分支包括具有熔融元件的电熔断器，并且第二分支包括具有中断元件以及具有致动器的点火开关，中断元件能够使初级电导体的延伸穿过所述点火开关的所述第二分支中断，致动器能够借助于通过从适于监测每个电路中的电流值的传感器或者从任何其它传感器接收的电脉冲而使被包含在其中的至少一种化学反应物***，来确保由于该初级电导体的所述第二分支的中断而导致的所述中断元件(51)的适当移动，所述任何其它传感器适于监测至少一个物理特性并且可用在所述开关组件集成在其中的任何装置中的每个期望位置上。

前述技术问题借助于如下的布置来解决：根据该布置，所述点火开关包括这种中断元件，所述中断元件在所述点火开关内可从其第一位置(即初始位置)移位到其第二位置(即切换位置)上，在该第一位置上，初级电导体的所述第二分支借助于所述中断元件而不被中断，并且在该第一位置上，所述中断元件被保持在与次级电导体相距足够的距离处，在该第二位置上，在初级电导体的整个第二分支中的电路被中断，并且中断元件被保持为与开关组件的次级导体导电接触。

本发明进一步提供了：所述中断元件是初级电导体的第二分支的可机械地中断的并且可从其初始位置移位到其第二位置的部分。

另外，根据本发明的开关组件的特征在于，所述中断元件在其第二位置(即切换位置)上被保持为与该开关组件的次级电导体导电接触，并且因此也与每个负载并且与每个直流电压电源的次级端子电接触，其中在该第二位置上，通过初级电导体的第二分支的电路被中断。

具体实施方式

将借助于在图1中示意性地呈现的实施例来更详细地解释本发明。

直流电路中断开关组件1可以通过经由初级电导体11和次级电导体12建立电连接而集成在直流电压电源2与至少一个负载3之间。在此，借助于开关组件1的所述导体11、12，所述电源2的初级端子21可与每个电负载3的初级端子31电连接，并且所述电源2的次级端子22可与每个电负载3的次级端子32电连接。

开关组件1的所述初级电导体11包括彼此并联连接的两个分支111、112，其中，第一分支111包括具有熔融元件41的电熔断器4，并且第二分支12包括具有中断元件51以及致动器52的点火开关5，中断元件51能够使初级电导体11的延伸穿过所述点火开关5的所述第二分支112中断，致动器52能够借助于通过接收到的电脉冲而使被包含在其中的至少一种化学反应物***，来确保由于初级电导体11的所述第二分支112的中断而导致的所述中断元件51的适当移动。在每种危急情形下，例如通过汽车碰撞，所述致动器52从适于监测每个电路中的电流值的传感器或者从任何其它传感器接收脉冲，所述任何其它传感器适于监测至少一个物理特性并且可用在所述开关组件1集成在其中的任何装置中的每个期望位置上。

在解决前面提到的技术问题的背景下，已经根据本发明对所述开关组件进行了相应修改并且所述开关组件配备有这种点火开关5，点火开关5包括中断元件51，中断元件51在所述点火开关5内可从其第一位置(即原始位置)移位到其第二位置(即切换位置)上，在该第一位置上，初级电导体11的所述第二分支112借助于所述中断元件51而不被中断，并且在该第一位置上，所述中断元件51被保持在与次级电导体12相距足够的距离处，在该第二位置上，在初级电导体11的整个第二分支112中的电路被中断，并且中断元件51被保持为与开关组件1的次级导体12导电接触。

所述中断元件51可以是初级电导体11的第二分支112的可机械地中断并且可从其初始位置移位到其第二位置的部分。

因此，所述中断元件51在其第二位置(即切换位置)上(在该第二位置上，通过初级电导体11的第二分支112的电路被中断)被保持为与开关组件1的次级电导体12导电接触，并且因此与此一起，也与每个负载3并且也与直流电压电源2的次级端子22电接触。

由于这种出奇简单的措施，前面提到的技术问题得以完全解决。开关组件1无疑是简单的，并且尽管引入了适当的点火开关5，但是鉴于每一者所需的空间，开关组件1的体积并不大。由于将所述点火开关5和具有其熔融元件41的电熔断器4布置到初级电导体11的两个单独的分支111、112中，所以这种开关组件1能够承受温度变化，而且能够应对电感的电感变化以及动态电流强度(即每个特定直流电压(DC)电路中的电流值的频繁改变)。另一方面，所述开关组件使得能够基于致动器52的激活(例如，在电驱动车辆碰撞的情形下)来使所述直流电压电路迅速地中断，而不管每个电压和电流的实际值如何，而且尤其不会建立电弧，由此每个可配置电负载也相对于每个可配置直流电压电源而言变得完全绝缘。由于中断元件51从其原始位置(即不中断位置)到其与每个直流电压电路中的次级导体12接触的切换位置的所述移位，所以经由所述开关组件1和每个负载3建立了与电压源2完全分开的额外的电路，并且尽管任何额外的电源仍然隐藏在这种新建立的电路中，但是不会使得这种电源与电源2接触。

Claims (3)

1.一种直流电路中断开关组件(1)，所述开关组件(1)通过经由初级电导体(11)和次级电导体(12)建立电连接而适于集成在直流电压电源(2)与至少一个负载(3)之间，以使得借助于所述开关组件(1)的所述初级电导体(11)、所述次级电导体(12)，所述电源(2)的初级端子(21)可与每个电负载(3)的初级端子(31)电连接，并且所述电源(2)的次级端子(22)可与每个电负载(3)的次级端子(32)电连接，其中，所述开关组件(1)的所述初级电导体(11)包括彼此并联连接的第一分支(111)和第二分支(112)，并且所述第一分支(111)包括具有熔融元件(41)的电熔断器(4)，并且所述第二分支(112)包括具有中断元件(51)以及致动器(52)的点火开关(5)，所述中断元件(51)能够使所述初级电导体(11)的延伸穿过所述点火开关(5)的所述第二分支(112)中断，通过车辆碰撞，所述致动器(52)能够借助于通过从适于监测每个电路中的电流值的传感器或者从任何其它传感器接收的电脉冲而使被包含在其中的至少一种化学反应物***，来确保由于所述初级电导体(11)的所述第二分支(112)的中断而导致的所述中断元件(51)的适当移动，所述任何其它传感器适于监测至少一个物理特性并且可用在所述开关组件(1)集成在其中的任何装置中的每个期望位置上，其特征在于，所述点火开关(5)包括这样的中断元件(51)，所述中断元件(51)在所述点火开关(5)内可从其第一位置即原始位置移位到其第二位置即切换位置上，在所述第一位置上，所述初级电导体(11)的所述第二分支(112)借助于所述中断元件(51)而不被中断，并且在所述第一位置上，所述中断元件(51)被保持在与所述次级电导体(12)相距足够的距离处，在所述第二位置上，在所述初级电导体(11)的整个所述第二分支(112)中的电路被中断，并且所述中断元件(51)被保持为与所述开关组件(1)的所述次级电导体(12)导电接触。

2.根据权利要求1所述的开关组件，其特征在于，所述中断元件(51)是所述初级电导体(11)的所述第二分支(112)的可机械地中断并且可从其初始位置移位到其第二位置的部分。

3.根据权利要求1或2所述的开关组件，其特征在于，在其中通过所述初级电导体(11)的所述第二分支(112)的电路被中断的其第二位置即切换位置上，所述中断元件(51)被保持为与所述开关组件(1)的所述次级电导体(12)导电接触，并且因此也与每个负载(3)并且也与所述直流电压电源(2)的所述次级端子(22)电接触。

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