CN110086144B - 保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种保护装置，其包括PTC构件和并联到PTC构件的第一非可重置接触构件，第二非可重置接触构件串联到PTC构件，并且当PTC构件基于断开第一非可重置接触构件的触点而转向的电流跳断时，第二非可重置接触构件的触点由于PTC构件生成的热量断开。

Description

保护装置

本申请是原申请人为“泰科电子日本合同会社”的进入中国国家阶段日期为2014年8月22日的申请号为201280070521.3的发明名称为“保护装置”的专利申请(国际申请日为2012-12-17,国际申请号为PCT/JP2012/082672)的分案申请。

技术领域

本发明涉及保护装置，特别地涉及包括非可重置接触构件和PTC构件的保护装置，以及包括该保护装置的电路或电力设备。这种保护装置可以使用在使用了各种高压或大电流的电池(例如，所述电池用于电池汽车、无线吸尘器、电力工具、无线基站等)的电路中，作为保护电路自身或被包含在该电路中的电力元件的装置。因此，本发明可以用作，例如，电路保护装置。

背景技术

在各种电路中，保护装置装在电路中，以当高于额定电压的电压被施加和/或高于额定电流的电流流经时，保护被装在电路或电力/电子电路中的电力/电子设备和/或电力/电子部件。

作为这种保护装置，已经提出使用彼此并联连接的双金属开关和PTC构件(见下文的专利参考)。在该电路保护装置中，在正常的操作状态下，即在其中电压不超过额定电压并且电流不超过额定电流的状态下，流过该电路的大致所有的电流在双金属开关的接触状态下通过双金属开关的触点；并且例如，当过大电流流经时，双金属开关的双金属部分上升到高温使得这种触点分离和断开，使得所述电流转向到PTC构件。结果，PTC构件基于过电流跳断以变成高温和高电阻状态，并且大致地中断流过PTC构件的电流。此时，PTC构件的高温使双金属部分保持在高温状态，使得双金属开关的断开状态被保持，即，双金属开关的锁定状态被保持。在这种电路保护装置中，认为因为没有切换电流的必要，所以在双金属开关的触点处不会出现电弧。

现有技术参考

专利参考

专利参考1：国际公开WO2008/114650。

发明内容

本发明解决的问题

关于使用如上所述的保护装置的保护的许多研究结果，已经确认大多数情况下通过由PTC构件对电流进行基本中断可以实现充分的保护。然而，在使用保护装置的电路或电力设备中，即使当PTC构件跳断并且变成高电阻状态以大致中断电流时，仍然有非常小量的电流流动。当通过驱动电流作用的电力元件被包含在包括保护装置的电路中时，这种电力元件可以有时通过非常小的电流起作用。该作用不一定是优选的。已经发现即使电流非常小，有时优选的是中断该电流。

因此，本发明解决的问题是提供能够中断容许流过跳断的PTC构件的甚至非常小量的电流的保护装置。

解决该问题的技术方案

在第一方面中，本发明提供包括PTC构件和与PTC构件并联的第一非可重置接触构件的保护装置，其特征在于

第二非可重置接触构件与PTC构件串联，并且

当PTC构件基于通过其触点被断开的第一非可重置接触构件而转向的电流跳断时，第二非可重置接触构件的触点由于通过PTC构件生成的热量是断开的。

因此，本发明的保护装置包括前者的接触构件作为第一非可重置接触构件和后者的另一个接触构件作为第二非可重置接触构件，其中第二非可重置接触构件设置成靠近或接触PTC构件，使得第二非可重置接触构件的触点由于跳断的PTC构件生成的热量被断开。即，第二非可重置接触构件受到PTC构件的热量影响。

本文中使用的术语"非可重置接触构件"表示如下元件：当保护装置设置在其中的电力的设备或电路正常操作时，所述元件用于电连接规定的触点(或端子(例如，电极))，使得电流流过电路；并且当由于诸如构成电路或电力设备的电力元件的异常的一些原因需要中断流过电路的电流(更具体地，流过非可重置接触构件的电流)时，所述元件终止触点(或端子(例如，电极))之间的电接触状态以断开电路，使得流过电路的电流被中断，并且随后所述元件不允许断开的电路返回到它的原始状态并且大致地闭合，即，不允许断开的电路被重置。应注意到在本文中，通过如上所述的"非可重置接触构件"的电力连接闭合电路被方便地称为"闭合触点"，并且将闭合状态改变为其中电流不流动的状态被方便地称为"断开触点"。

应注意到在本发明的保护装置中，PTC构件可以是陶瓷PTC构件，但是其优选地是所谓的聚合物PTC构件。聚合物PTC构件可以如下所述获得：导电聚合物合成物被模压以获得模压材料作为PTC元件，其中合成物包括，例如，聚合物(例如，聚乙烯、聚偏二氟乙烯等)和在聚合物中散布的导电填充物(例如，镍填充物、碳填充物等)；并且金属电极被热压缩在模压材料的二者表面上。因此，PTC构件包括PTC元件，优选地薄片状PTC元件，和金属电极，优选地定位在PTC元件的二者表面处的金属箔电极。本领域技术人员可以根据本发明的保护装置的特性和应用选择适当的PTC构件。

第一非可重置接触构件构造成使得：它的触点由于来自热源的热量被断开，当包括保护装置的电路或电力设备由于一些原因变成异常的状态时，所述热源的温度变得很高。即，第一非可重置接触构件受到热源的热量影响。在一个实施例中，这种热源是构成电力设备的、由于其异常状态在高温状态下的电力元件自身(例如，蓄电池组，或电容器)。在另一个实施例中，热源可以是产生热量的加热器，基于来自根据异常状态(例如异常高压)的类型选择的异常状态检测装置的信号，电流流过所述加热器而产生热量，例如，加热器可以是聚合物PTC构件，其构造成基于电流跳断并且变成高温状态。更具体地，当异常状态被检测到时电流流过加热器，并且加热器生成热量使得加热器可以用作热源。本发明的保护装置可以进一步包括这种加热器。

在另外的实施例中，第一非可重置接触构件可以被选择，使得当流过第一非可重置接触构件的电流变得过大时，第一非可重置接触构件自身生成热量，而不是接收来自独立地设置的热源的热量，结果，第一非可重置接触构件的触点断开。因此，该实施例不要求独立的热源。

如上所述的非可重置接触构件的具体例子包括所谓的熔丝构件(例如，热熔丝、电流熔丝等)、双金属构件、形状记忆合金、和适合作为熔丝应用的配线以及电线。一般地，双金属构件用作当上升到规定温度(即触发温度)时断开其触点并且当减小到另一个规定温度(即重置的温度)时随后闭合其触点的可重置的接触构件。然而，在本发明的保护装置中，双金属构件被要求其重置的温度(双金属构件返回到其原始的状态并且闭合触点时的温度)是较低的，优选地，低于包括本发明的保护装置的电路或设备的可应用温度范围10℃或更低，更优选地20℃或更低，例如40℃。因此，在包括本发明的保护装置的电路或设备中，在其可应用的温度范围内，一旦双金属构件断开电路，该双金属构件不能被重置并且同时触点的断开状态被保持，只要电路或设备在其可应用温度范围中使用。

在如上所述热源不是必须的实施例中，当在规定值之上的电流流经时，作为第一非可重置接触构件的熔丝构件或双金属构件被构造以断开其触点。应注意到，双金属构件一般是通过将不同热膨胀系数的金属粘到一起形成的构件，并且本领域技术人员可以根据本发明的保护装置的特性和应用选择适当的双金属构件。

熔丝构件是由构成所谓的熔丝的金属材料(即具有规定的融点的金属材料)形成的各种类型的构件，并且一旦熔丝构件被熔化并且在通过熔丝构件连接的触点之间断开，触点之间的断开状态不能再次闭合，即，熔丝构件不被重置。本领域技术人员可以根据本发明的保护装置的特性选择适当的熔丝构件。应注意熔丝构件通常设置在作为触点的端子或电极之间并且将它们电连接，并且在熔丝构件被熔化之后，端子或电极之间的电连接状态不能被重置，并且因此，其为如上所述的非可重置接触构件的一个例子。

在本发明的保护装置中，第二非可重置接触构件由于PTC构件生成的热量，断开第二非可重置接触构件所连接的触点之间的电路。因此，第二非可重置接触构件被要求受到PTC构件的热量影响。即，如果必要，PTC构件和第二非可重置接触构件被定位以彼此靠近或可以彼此接触。即，当所述PTC构件和所述第二非可重置接触构件彼此靠近时，两者之间存在空间，并且热量经由在该空间中存在的气体被传送到第二非可重置接触构件。在另一方面，当所述PTC构件和所述第二非可重置接触构件彼此接触时，PTC构件的热量直接地传送到第二非可重置接触构件。应注意到，第一非可重置接触构件和第二非可重置接触构件可以是相同的类型或彼此不同的类型。

因此，第一非可重置接触构件和第二非可重置接触构件不一定是相同类型的非可重置接触构件。例如，在一个实施例中，二者可以是双金属构件或熔丝构件。在另一个实施例中，一个可以是双金属构件，并且另一个可以是熔丝构件。

自然应注意到，因为需要PTC构件和第二非可重置接触构件在第一非可重置接触构件动作之后动作，所以当所述热源或第一非可重置接触构件生成热量时它们不受热源的热量影响或不受第一非可重置接触构件的热量影响。

在第二方面，本发明提供包括如上文和下文所述的本发明的保护装置的各种类型的电力电路或电力设备(例如，蓄电池组，特别地，在电池汽车、无线清洁器、电力工具或无线基站中用作各种电池的、具体地用于高压和/或大电流的那些)。

本发明的效果

在本发明的保护装置中，第一非可重置接触构件断开它的触点，所述第一非可重置接触构件检测由于包括保护装置的电路或电力设备中的一些异常而产生的热量，之后，PTC构件基于转向电流跳断并且变成高温状态，同时所述PTC构件允许非常小的电流流动。同时，PTC构件变成高温状态，并且第二非可重置接触构件的触点由于热量被断开，并且第二非可重置接触构件在断开它的触点之后不会再次重置。结果，因为第二非可重置接触构件被设置与PTC构件串联，所以非常小的电流不能经由PTC构件流动。另外，因为当第一非可重置接触构件的触点断开时，流过第一非可重置接触构件的电流转向到PTC构件，可以抑制电弧生成从而保护装置的耐压增加。

附图说明

图1示意性地示出本发明的一个实施例的保护装置的电路示意图。

图2示意性地示出本发明的另一个实施例的保护装置的电路示意图。

图3示意性地示出本发明的再一个实施例的保护装置的电路示意图。

具体实施方式

在图1中，本发明的一个实施例的保护装置示意性地示出为等效电路。本发明的保护装置包括PTC构件10和与PTC构件10并联的第一非可重置接触构件12，其中第二非可重置接触构件14与PTC构件10串联。保护装置被构造成使得当PTC构件10基于由于热源16的热量断开第一非可重置接触构件12的触点而转向的电流而跳断时，第二非可重置接触构件14的触点由于PTC构件10生成的热量断开。应注意到，这些非可重置的接触构件是，例如，双金属构件，并且第二非可重置接触构件14受到PTC构件10的热量影响。

在一个实施例中，热源16是保护装置放置在其中的电力设备中的处于异常状态的电力元件。更具体地，热源16是电力元件，例如已经达到异常高温的电池组。当异常的状态可能发生并且当达到异常状态时需要中断流过电力元件的电流时，优选的是将本发明的保护装置设置在电力元件的内侧或电力元件的外侧，以靠近或接触所述电力元件。

在另一个实施例中，热源16可以是通过流过已经检测到异常的传感器的电流生成热量的加热器。例如，关于对电池组进行充电，热源16的开/关操作可以通过使用FET构件执行，FET构件具有如下功能：基于构成电池组的规定的电池之间的电势差，切换通过热源16的电流的通/断。

当检测到某个异常从而热源16基于流过的电流生成热量时，设置成用于接近或接触热源16的第一非可重置接触构件12断开它的触点，并且从而在端子22和端子24之间流动的电流被中断并且转向到聚合物PTC构件10。PTC构件基于转向电流跳断并且变成高温/高电阻状态。结果，受到PTC构件的热量影响的第二非可重置接触构件14断开它的触点并且中断转向电流。

在图1示出的实施例中，被虚线包围的部分是本发明的保护装置20，并且所述保护装置20可以经由端子22和端子24设置在规定的电路中。应注意到热源16设置在另一个独立的电路中。应注意到第一非可重置接触构件12可以被选择，使得当流过第一非可重置接触构件12自身的电流过大时第一非可重置接触构件12的触点被断开。在这种情况下，如上所述的热源16可以被省略。

在图2中，本发明的另一个实施例的保护装置示意性地示出为等效电路。在本实施例中，除热源16并联到第一非可重置接触构件12外，本发明的保护装置20大致地与图1中示出的实施例的保护装置相同，并且本发明的保护装置20在其中进一步包含热源16(例如，PTC构件而不是PTC构件10)。因此，在图2中示出的实施例中，本发明的保护装置20具有三个端子，即端子22、端子24和端子26。

在图3中，本发明的再一个实施例的保护装置示意性地示出为等效电路。在本实施例中，除使用熔丝构件作为非可重置接触构件外，保护装置大致地与图1示出的实施例的保护装置相同。在描绘的实施例中，本发明的保护装置40通过使用所谓的电流熔丝构件作为第一非可重置接触构件32和所谓的热熔丝构件作为第二非可重置接触构件34进行构造。

在本实施例中，第一非可重置接触构件32优选地作用以被熔化，即当在作为第一非可重置接触构件32连接的触点的电极(例如)之间流动的电流超过规定值并且变得过大时，在触点之间断开。更具体地，第一非可重置接触构件32优选地是允许相对大的电流流动且当电流超过规定值时被熔化从而断开它的触点的类型。另外，因为在高电阻状态下流过PTC构件30的电流非常小，第二非可重置接触构件34是允许非常小的电流流动、且当第二非可重置接触构件34的温度由于来自PTC构件30的热量而超过规定值时第二非可重置接触构件34被熔化从而断开其触点的类型。

在图3示出的实施例中，没有其它的热源需要用于断开本发明的保护装置的第一非可重置接触构件的触点。在这点上，该实施例与如图1和图2所示的需要热源的实施例不同。

然而，在另一个实施例中，类似于图1示出的实施例并且如上所述，保护装置可以构造如下：将通过由流动通过检测异常的传感器的电流生成热量的加热器作为热源16，使得第一非可重置接触构件32断开触点，即，熔丝构件由于来自加热器的热量熔化。

附图标记说明

10-PTC构件，

12-第一非可重置接触构件，

14-第二非可重置接触构件，

16-热源，

20-保护装置，

22、24、26-端子，

30-PTC构件，

32-第一非可重置接触构件，

34-第二非可重置接触构件，

36、38-端子，

40-保护装置

Claims (6)

1.一种保护装置，包括：

PTC构件；

第一非可重置接触构件，所述第一非可重置接触构件电气并联到PTC构件；和

第二非可重置接触构件，所述第二非可重置接触构件电气串联到PTC构件，并且所述第二非可重置接触构件靠近或接触PTC构件、并且不受所述第一非可重置接触构件的热量影响；

其中，当PTC构件基于通过断开所述第一非可重置接触构件的触点而转向的电流跳断时，所述第二非可重置接触构件的触点由于PTC构件生成的热而被断开；

所述第一非可重置接触构件和所述第二非可重置接触构件各自独立地选自包括熔丝构件和双金属构件的组中；

所述双金属构件被要求其重置的温度低于所述保护装置的可应用温度范围；和

一旦所述双金属构件断开电路，只要所述保护装置在所述可应用温度范围中使用，触点的断开状态被保持。

2.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于所述第一非可重置接触构件和第二非可重置接触构件都是熔丝构件。

3.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于，所述第一非可重置接触构件和第二非可重置接触构件都是双金属构件。

4.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于，第一非可重置接触构件和第二非可重置接触构件中的一个是双金属构件，并且第一非可重置接触构件和第二非可重置接触构件中的另一个是熔丝构件。

5.根据权利要求1-4中的任一项所述的保护装置，其特征在于，所述保护装置还包括热源，并且所述第一非可重置接触构件受到热源的热影响。

6.一种电力设备，包括根据权利要求1-5中的任一项所述的保护装置。

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