KR102382480B1 - 용융 퓨즈, 회로 장치 및 회로 장치를 구비한 모터 차량 - Google Patents

용융 퓨즈, 회로 장치 및 회로 장치를 구비한 모터 차량 Download PDF

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Abstract

제1 단자와 제2 단자 사이에 배열된 용융 와이어를 포함하는 용융 퓨즈에 있어서, 접속 핀이 제1 및 제2 단자들 각각에 배열되고, 인쇄회로기판이 접속 핀에 배치되고, 그리고 적어도 하나의 집적회로가 용융 와이어 반대쪽 측면에서 인쇄회로기판에 배열되는 것을 특징으로 하는 용융 퓨즈.

Description

용융 퓨즈, 회로 장치 및 회로 장치를 구비한 모터 차량
본 발명의 요지는 용융 퓨즈 및 용융 퓨즈를 구비한 회로 장치에 관한 것이다. 또한 본 발명의 요지는 이러한 용융 퓨즈 및 회로 장치를 자동차 분야에 사용하는 것, 특히 이러한 회로 장치를 구비한 모터 차량에 관한 것이다.
플러그인 퓨즈로 알려져 있는 통상의 용융 퓨즈는 현재 자동차의 안전 관련 분야에서도 또한 라인 보호 장치로 사용된다. 블레이드 퓨즈 및 소형 블레이드 퓨즈가 특히 자동차 분야에서 사용된다. 이러한 퓨즈에서, 용융 와이어는 2개의 평평한 단자 러그들을 통해 접촉된다. 평평한 단자 러그는 단자 하우징(퓨즈 박스)에 클램핑되어 있고, 약간의 노력으로 제거 및 교체될 수 있다.
블레이드 퓨즈 및 기타 용융 퓨즈와 관련한 문제는 진단 능력의 부족이다. 그러나 차량 내의 전자 컴포넌트들의 복잡성이 계속 증가함에 따라 오작동의 가능성도 또한 증가하고 있다. 안전 관련 컴포넌트가 영향을 받으면, 오작동은 치명적인 결과를 초래할 수 있는데, 특히 사람이 다칠 수 있다. ISO 표준 ISO26262는 모터 차량 내의 전기 및 전자 컴포넌트들의 기능적 안전성에 대한 가이드라인을 설정하고 있다. 이를 준수하기 위하여 컴포넌트들에 대한 모니터링이 필요하지만, 통상의 용융 퓨즈로는 불가능하다.
본 발명의 요지는 용융 퓨즈의 모니터링을 최적화하는 목적에 근거하고 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해, 청구항 1에 따른 용융 퓨즈 , 청구항 12에 따른 회로 장치 및 청구항 13에 따른 모터 차량이 제안된다.
본 발명의 요지에 따른 용융 퓨즈는 제1 단자와 제2 단자 사이에 용융 와이어를 구비한다. 용융 퓨즈 자체의 구성은 공지되어 있다. 용융 와이어가 소정의 전류량에서 용융됨으로써 2개의 단자들 사이의 전기 경로를 끊도록 용융 와이어의 단면적과 전도도가 조정된다. 용융 퓨즈 내에서의 용융 와이어의 작동 모드 또한 그 자체로 공지되어 있고, 이에 따라 상세한 설명은 생략한다.
통상의 용융 퓨즈에서 용융 와이어를 모니터링하는 것이 문제가 있는 것을 이제 알았다. 용융 와이어의 모니터링을 가능하게 하기 위하여, 접속 핀이 제1 및 제2 단자들 각각에 배열되는 것이 제안되었다. 접속 핀은 단자들로부터 멀리 돌출하는 전기 전도체이다. 인쇄회로기판이 접속 핀들에 배치된다. 바람직하게는, 인쇄회로기판은 접속 핀들에 납땜된다. 집적회로가 인쇄회로기판 자체에 배열되고, 이로 인해 용융 와이어에서 검출된 측정값들의 평가가 수행될 수 있다. 특히, 집적회로는 A/D 컨버터를 구비한다. 또한, 센서들이 회로기판에 배열될 수 있고, 이를 이용하여 물리적 변수들이 용융 퓨즈, 특히 용융 와이어에서 측정될 수 있다. 예를 들어, 전류, 전압 및 온도 센서들이 구비될 수 있다. 이러한 센서들로부터의 아날로그 출력 신호들이 A/D 컨버터에 의해 디지털화된 다음 마이크로컨트롤러에서 추가로 처리될 수 있다. 마이크로컨트롤러는 또한 인쇄회로기판에 배열될 수도 있다.
본 발명의 용융 퓨즈는 통상의 설정에 모니터링 기능을 추가하는 것을 가능하게 한다. 또한 고장이 일어나기 전에 고장이 일어날 가능성이 있는지 여부를 결정하는 것도 가능하다. 측정 데이터를 비교 데이터와 비교하는 것에 의해, 측정값이 공칭 값에서 얼마나 벗어났는지 결정하는 것이 가능하다. 편차는 미래의 오류 가능성을 표시하는 것으로 해석될 수 있다. 이러한 컴포넌트 모니터링은 또한 선제적 유지관리로도 알려져 있다.
실시예에 따르면, 인쇄회로기판이 비아들을 이용하여 접속 핀들에 배치되는 것이 제안된다. 인쇄회로기판은 인쇄회로기판의 한쪽 또는 양쪽 측면에서 도전성 트랙에 접속되는 비아들(홀들)을 구비한다. 인쇄회로기판은 비아들을 이용하여 접속 핀들에 부착된다. 접속 핀은 비아에서 인쇄회로기판에 직접 접속, 특히 납땜될 수 있는데, 이 비아에서 도전성 트랙들의 납땜 접촉이 제공될 수 있다.
실시예에 따르면, 집적회로가 적어도 하나의 마이크로컨트롤러를 포함하는 것이 제안된다. 마이크로컨트롤러는 바람직하게는 디지털 측정 데이터를 처리하는 데 사용된다. 마이크로컨트롤러의 도움으로, 측정 데이터의 평가를 용융 퓨즈에서 바로 수행하고, 필요하면, 오류가 발생하는 경우에 오류 신호를 출력하거나 혹은 하나 이상의 측정값이 소정의 한계 값들로부터 벗어나는 경우에는 경고 신호를 출력하는 것이 가능하다.
실시예에 따르면, 절연층이 용융 와이어와 인쇄회로기판 사이에 배열되는 것이 제안된다. 이 절연층을 통해, 인쇄회로기판과 단자들 및/또는 용융 와이어의 접촉이 방지된다.
실시예에 따르면, 접속 핀들과 용융 와이어가 서로에 대해 U자형으로 배열되는 것이 제안된다. U자의 하부는 용융 와이어에 의해 형성될 수 있다. 2개의 레그들은 접속 핀들에 의해 형성될 수 있다. 따라서 접속 핀들은 용융 와이어로부터 돌출하게 형성될 수 있다. 인쇄회로기판은 2개의 레그들 사이에 위치될 수 있다.
통상의 퓨즈 박스는 용융 퓨즈가 플러그 결합될 수 있게 하고, 이에 따라 용융 퓨즈를 교체하는 것이 특히 용이하다. 이제 인쇄회로기판이 용융 와이어로부터 돌출하는 접속 핀들을 통해 단자들 반대쪽 측면에서 추가로 용융 퓨즈에 배열되면, 통상의 용융 퓨즈 박스로 삽입될 수 있다.
집적회로, 특히 마이크로컨트롤러는 제어 신호 또는 오류 신호를 유선 또는 무선으로 출력할 수 있다. 측정 신호의 평가에 따라, 집적회로, 특히 마이크로컨트롤러는 출력 신호를 생성할 수 있고, 생성된 출력 신호는 유선 또는 무선으로 출력될 수 있다. 집적회로, 특히 마이크로컨트롤러가 제어 신호를 접속 핀들을 통해 단자들에 출력하는 것도 또한 가능하며, 이 신호는 온보드 네트워크를 통해 중앙 제어 장치에 전송될 수 있다. 이러한 경우, 용융 퓨즈는 측정 신호의 처리를 가능하게 하기 위한 어떠한 추가 접촉도 요구하지 않는다.
집적 회로는 접속 핀들을 통해 전력을 공급받을 수 있다. 수 mV정도로 낮을 수 있는 용융 와이어 양단의 전압 강하는 집적회로를 전기적으로 작동시키기에 충분할 수 있다.
실시예에 따르면, 제1 및 제2 단자들이 종축선을 따라 연장하는 것이 제안된다. 단자들의 종축선들은 서로 실질적으로 평행하게 연장한다. 용융 와이어는 바람직하게는 단자들의 종축선들과 실질적으로 직교하게 연장한다. 용융 와이어와 단자들은 평면을 이루고 있으며, 접속 핀들은 이 평면에서 또는 이 평면과 실질적으로 직교하게 연장할 수 있다. 특히 접속 핀들은 각각의 단자들의 각각의 종축선들과 실질적으로 평행하다.
실시예에 따르면, 단자들은 평평한 탭들로 형성되고 그리고/또는 접속 핀들은 와이어 형상으로 형성되는 것이 제안된다. 특히, 접속 핀들은 접속 핀은 와이어 형상으로 둥글게 형성된다. 이는 인쇄회로기판들과의 조립을 간단하게 하는데, 이는 이들이 둥근, 와이어 형상의 접속 핀들용으로 준비되어 있기 때문이다.
실시예에 따르면, 각각의 단자들과 접속 핀들이 일체로 형성되는 것이 제안된다. 스탬핑-프레스 공정 시에, 접속 핀들을 단자들과 함께 스탬핑하는 것이 가능하다. 단자들을 와이어로부터 프레스하는 것도 또한 가능하다. 접속 핀들이 단자들에 납땜되거나 혹은 용접되는 것도 또한 가능하다.
실시예에 따르면, 단자들과 용융 와이어가 기판에 배열되고 , 접속 핀들은 기판으로부터 돌출하며, 인쇄회로기판은 기판으로부터 이격되지만 또한 기판에 접할 수도 있는 컴포넌트인 것이 제안된다. 바람직하게는, 단자들과 용융 와이어가 공통의 하우징 내에 배열된다. 특히, 이들은 공통의 하우징에 주조된다. 접속 핀들은 하우징 밖으로 유도된다. 하우징의 바닥쪽 측면에서, 서로 이격되어 있는 단자들이 하우징 외부로 돌출할 수 있다. 특히, 단자들은 통상의 평판형 블레이드 퓨즈들의 경우와 같이 평판형 블레이드들로 형성될 수 있다. 하우징의 덮개쪽 측면, 즉 베이스의 반대쪽에는, 인쇄회로기판이 하우징에 직접 배치될 수 있다. 접속 핀들은 하우징의 덮개로부터 돌출할 수 있고, 인쇄회로기판은 덮개에 배치될 수 있다. 특히, 인쇄회로기판은 그 면적이 하우징의 덮개 영역과 평행한 하우징의 단면적과 일치하도록 그 치수가 정해진다. 특히, 인쇄회로기판은 하우징의 덮개 표면과 일치한다. 이는 본 발명의 요지에 따른 용융 퓨즈들을 그 폼팩터를 변경하지 않고도 통상의 퓨즈 홀더들에 삽입하는 것을 가능하게 한다. 하우징의 바닥 및/또는 덮개는 또한 하우징의 임의의 다른 측벽들일 수 있다.
실시예에 따르면, 전압 및/또는 전류가 용융 와이어 양단의 접속 핀들을 통해 인쇄회로기판에서 감지될 수 있거나, 혹은 온도가 용융 와이어에서 감지될 수 있는 것이 제안된다. 전압은 접속 핀들 사이에서 직접 측정될 수 있다. 전류는 측정 저항기를 통해, 혹은 예를 들어 홀 센서(Hall sensor) 등을 통해 비접촉으로 측정될 수 있다. 또한, 용융 퓨즈 양단의 전류는 용융 퓨즈의 알려진 저항 값과 퓨즈 양단에 걸치는 전압으로부터 결정될 수 있다. 온도는 온도 센서를 통해 검출될 수 있다. 특히, 온도 센서는 용융 와이어 쪽을 향하는 인쇄회로기판의 표면에 있다. 또한, 온도 센서는 인쇄회로기판에 위치될 수 있고, 접속 핀의 온도를 결정할 수 있다. 접속 핀의 전도도와 용융 와이어까지의 거리를 알면, 그로부터 용융 와이어의 온도가 유도될 수 있다. 전류 센서 및/또는 전압 센서는 용융 와이어 반대쪽에 있는 인쇄회로기판의 측면에 배열될 수 있다. 센서들로부터의 측정 신호들은 바람직하게는 아날로그 신호들이며, 이 아날로그 신호들은 먼저 A/D 컨버터에 의해 디지털 신호들로 변환되고 나서 특히 인쇄회로기판에도 배열된 집적회로, 특히 마이크로컨트롤러에서 처리될 수 있다.
다른 태양은 앞에서 설명한 용융 퓨즈를 포함하는 회로 장치이다. 이러한 회로 장치는 특히 모터 차량에 배열되고, 배터리를 부하에 접속하는 역할을 한다. 배터리와 부하 사이의 전류 경로에, 용융 퓨즈가 특히 퓨즈 박스에 배열될 수 있다. 작동 중에, 작동 전류는 용융 퓨즈를 통해 유동한다. 부하의 부분에 고장이 이러나면, 전류가 제한 값을 초과하고 용융 와이어가 용융되며, 이에 따라 배터리와 부하 사이의 접속이 해제된다. 용융 와이어의 가열 및 용융 와이어의 단선이 회로 장치, 특히 인쇄회로기판 상의 센서들을 통해 검출될 수 있다. 또한, 전류 및/또는 온도의 증가가 용융 전에라도 검출될 수 있고, 필요한 경우, 예방 조치가 취해질 수 있다.
본 발명의 요지는 실시예들을 도시하는 도면을 참조하여 아래에서 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 용융 퓨즈의 회로 장치이다.
도 2 는 용융 퓨즈 어셈블리의 단면도이다.
도 3은 퓨즈 홀더에 용융 퓨즈를 설치하는 것을 도시한다.
도 1은 모터 차량의 온보드(on-board) 전원 공급 시스템(4)의 용융 퓨즈(2)를 도시한다. 용융 퓨즈(2)는 배터리(6)와 부하(8) 사이에 배열된다. 배터리(6)는 통상의 부하용 또는 견인용 배터리일 수 있다. 부하(8)는 조향력 보조 장치, 제동력 보조 장치, ESP, 에어백 제어 장치 등과 같은 안전에 없어서는 안 되는 부하일 수 있다. 또한, 부하(8)는 파워트레인일 수 있다. 회로 장치(2)는 배터리(6)와 부하(8) 사이에 배열된다.
용융 퓨즈(2)는 도 2에 보다 상세하게 도시되어 있다. 용융 퓨즈(2)는 2개의 단자들(12)을 구비하는데, 이들은 바람직하게는 평평한 플러그들로 형성되고 서로에 대해 평면에 놓인다. 단자들(12)은 용융 와이어(14)를 통해 서로 전기적으로 접속된다. 용융 와이어(14)의 전도도가 단자들(12)의 전도도와 비교하여 감소된다. 이는 소재의 적당한 선택 및/또는 단면적의 적당한 감소에 의해 달성될 수 있다. 전도도의 감소로 인해, 용융 와이어(14)는 과전류 시에 용융되며, 이는 그 자체로 충분히 공지되어 있다.
단자들(12)로부터 출발하여, 각각의 접속 핀(16)이 단자들(12) 각각의 종축선(12a)과 평행하게 연장한다. 접속 핀들(16)은 단자들(12)과 일체로 배열될 수 있거나 혹은 단자들에 부착될 수 있는데, 특히 용접되거나 혹은 납땜될 수 있다.
접속 핀들(16)은 서로 이격되어 있다. 동일한 간격으로, 인쇄회로기판(18)은 관통 구멍들, 이른바 비아들(20)을 구비한다. 인쇄회로기판(18)은 비아들(20)을 이용하여 접속 핀들(16)에 플러그 결합될 수 있다. 인쇄회로기판(18)에는 도체 트랙들(미도시)이 통상적인 방식으로 배열되어 있고, 이 도체 트랙들을 통해 개별 컴포넌트들(22), 마이크로컨트롤러(24), A/D 컨버터들(26) 및 측정 센서들(28a, 28b)이 상호 접속된다.
예를 들어, 온도 센서(28a)는 용융 와이어(14)와 마주하는 인쇄회로기판(18)의 측면에 배열될 수 있다. 전압 및/또는 전류 센서(28b)는 반대쪽 측면에 배열될 수 있다. 작동 시에, 컴포넌트들(22 내지 28)을 구비하는 인쇄회로기판(18)이 접속 핀들(16)을 통해 단자들(12)과 전기적으로 접속된다. 용융 와이어(14)에서의 전류 및 전압이 상응하는 전류/전압 센서(28b)로 측정될 수 있다. 용융 와이어(14)에서의 온도는 센서(28a)를 사용하여 측정될 수 있다.
측정된 값들은 아날로그 형태일 수 있는데, A/D 컨버터(26)에 의해 변환되고 나서 마이크로컨트롤러(24)에 의해 추가로 처리될 수 있다.
용융 퓨즈(2)는 단자들(12)의 부분들, 용융 와이어(14) 및 바람직하게는 또한 접속 핀들(16)의 부분들이 기판(30)에 부착되도록 구성되는 것이 바람직하다. 기판(30)은, 예를 들어, 비도전층, 예를 들어 이른바 프리프레그(prepreg)일 수 있다.
용융 퓨즈(2)는 단자들(12)의 부분들, 접속 핀들(16)의 부분들, 용융 와이어(14) 및 기판(30)을 감싸는 하우징(32)을 구비한다. 하우징(32)은 하우징 덮개(32a) 및 하우징 베이스(32b)를 구비한다. 하우징은 밀봉될 수 있고, 덮개(32a)와 베이스(32b)는 하우징의 일체인 부분들일 수 있으며 하우징(32)으로부터 분리되지 않을 수 있다. 특히, 하우징(32)은 개방될 수 없다.
하우징(32)의 바닥쪽 측면에서, 단자들(12)이 하우징(32)으로부터 돌출된다. 반대쪽 측면에서는, 하우징 덮개(32a)에서, 접속 핀들(16)이 하우징(32)으로부터 돌출된다.
특히, 용융 퓨즈(2)는 도 3에 도시된 바와 같이 통상적인 분야에서 사용될 수 있도록 블레이드 퓨즈로 형성된다.
도 3은 분해 사시도인데, 퓨즈 박스(34)를 도시하고 있다. 용융 퓨즈(2)는 접속 핀들(12)을 이용하여 퓨즈 박스(34)에 전기적으로 플러그 결합될 수 있다. 하우징 덮개(32a)쪽 측면에서, 접속 핀들(16)이 하우징(32)으로부터 돌출한다. 인쇄회로기판(18)은 접속 핀들(16)에 플러그 결합되어 접속 핀들(16)에 전기적으로 접촉할 수 있다. 회로기판(18)은 회로기판의 풋프린트가 하우징 덮개(32a)의 풋프린트와 실질적으로 일치하는 폼팩터를 가질 수 있다. 따라서 회로기판(18)은 용융 퓨즈(32)가 통상의 퓨즈 박스(34)에 삽입될 때 간섭되지 않을 것이다.
2: 용융 퓨즈
4: 온보드 전원 공급 시스템
6: 배터리
8: 부하
12: 단자
12a: 종축선
14: 용융 와이어
16: 접속 핀
18: 인쇄회로기판
20: 비아들
22: 개별 컴포넌트들
24: 마이크로컨트롤러
26: A/D 컨버터
28: 측정 센서
28a: 온도 센서
28b: 전류/전압 센서
30: 기판
32: 하우징
32a: 하우징 덮개
32b: 하우징 베이스
34: 퓨즈 박스

Claims (13)

  1. - 제1 단자와 제2 단자 사이에 배열된 용융 와이어를 포함하고,
    - 접속 핀이 제1 및 제2 단자들 각각에 배열되고,
    - 인쇄회로기판이 접속 핀에 배치되고, 그리고
    - 적어도 하나의 집적회로가 용융 와이어 반대쪽 측면에서 인쇄회로기판에 배열되는 용융 퓨즈에 있어서,
    - 집적회로가 적어도 하나의 마이크로컨트롤러를 포함하고, 그리고
    - 집적회로가 접속 핀들을 통해 전력을 공급받으며, 집적회로는 용융 와이어 양단의 전압 강하에 의해 작동되는 것을 특징으로 하는 용융 퓨즈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    - 인쇄회로기판이 비아들을 이용하여 접속 핀들에 배치되는 것을 특징으로 하는 용융 퓨즈.
  3. 청구항 1에 있어서,
    - 절연층이 용융 와이어와 인쇄회로기판 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 용융 퓨즈.
  4. 청구항 1에 있어서,
    - 접속 핀들과 용융 와이어가 서로에 대해 U자형으로 배열되는 것을 특징으로 하는 용융 퓨즈.
  5. 청구항 1에 있어서,
    - 제1 및 제2 단자들이 종축선을 따라 연장하고, 단자들의 종축선들은 서로 실질적으로 평행하며, 용융 와이어는 단자들의 종축선들과 실질적으로 직교하고, 접속 핀들은 각각의 단자들의 각각의 종축선들과 실질적으로 평행한 것을 특징으로 하는 용융 퓨즈.
  6. 청구항 1에 있어서,
    - 단자들이 평평한 탭들로 형성되고, 접속 핀들은 와이어 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 용융 퓨즈.
  7. 청구항 1에 있어서,
    - 각각의 단자들과 접속 핀들이 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 용융 퓨즈.
  8. 청구항 1에 있어서,
    - 단자들과 용융 와이어가 기판에 배열되고, 접속 핀들은 기판으로부터 돌출하며, 인쇄회로기판은 기판으로부터 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 용융 퓨즈.
  9. 청구항 1에 있어서,
    - 단자들과 용융 와이어가 공통의 하우징 내에 배열되되 특히 봉입되고, 그리고 접속 핀들은 하우징 밖으로 유도되는 것을 특징으로 하는 용융 퓨즈.
  10. 청구항 1에 있어서,
    - 용융 와이어 양단의 전압 및/또는 전류 및/또는 용융 와이어의 온도가 접속 핀들을 통해 인쇄회로기판에 전달되는 것을 특징으로 하는 용융 퓨즈.
  11. 청구항 1에 따른 용융 퓨즈, 배터리 및 적어도 하나의 부하를 구비하는 회로 장치로,
    배터리가 제1 단자를 통해 용융 퓨즈에 전기적으로 접속되고, 부하는 제2 단자를 통해 용융 퓨즈에 접속되는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  12. 청구항 11에 따른 회로 장치를 포함하는 모터 차량.
  13. 삭제
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