保護裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種保護裝置，其包括PTC構件和并聯到PTC構件的第一非可重置接觸構件，第二非可重置接觸構件串聯到PTC構件，并且當PTC構件基于斷開第一非可重置接觸構件的觸點而轉向的電流跳斷時，第二非可重置接觸構件的觸點由于PTC構件生成的熱量斷開。
【專利說明】保護裝置

【技術領域】
[0001]本發明涉及保護裝置，特別地涉及包括非可重置接觸構件和PTC構件的保護裝置，以及包括該保護裝置的電路或電力設備。這種保護裝置可以使用在使用了各種高壓或大電流的電池(例如，所述電池用于電池汽車、無線吸塵器、電力工具、無線基站等)的電路中，作為保護電路自身或被包含在該電路中的電力元件的裝置。因此，本發明可以用作，例如，電路保護裝置。

【背景技術】
[0002]在各種電路中，保護裝置裝在電路中，以當高于額定電壓的電壓被施加和/或高于額定電流的電流流經時，保護被裝在電路或電力/電子電路中的電力/電子設備和/或電力/電子部件。
[0003]作為這種保護裝置，已經提出使用彼此并聯連接的雙金屬開關和PTC構件(見下文的專利參考)。在該電路保護裝置中，在正常的操作狀態下，即在其中電壓不超過額定電壓并且電流不超過額定電流的狀態下，流過該電路的大致所有的電流在雙金屬開關的接觸狀態下通過雙金屬開關的觸點；并且例如，當過大電流流經時，雙金屬開關的雙金屬部分上升到高溫使得這種觸點分離和斷開，使得所述電流轉向到PTC構件。結果，PTC構件基于過電流跳斷以變成高溫和高電阻狀態，并且大致地中斷流過PTC構件的電流。此時，PTC構件的高溫使雙金屬部分保持在高溫狀態，使得雙金屬開關的斷開狀態被保持，即，雙金屬開關的鎖定狀態被保持。在這種電路保護裝置中，認為因為沒有切換電流的必要，所以在雙金屬開關的觸點處不會出現電弧。
[0004]現有技術參考
[0005]專利參考
[0006]專利參考1:國際公開TO2008/114650


【發明內容】

[0007]本發明解決的問題
[0008]關于使用如上所述的保護裝置的保護的許多研究結果，已經確認大多數情況下通過由PTC構件對電流進行基本中斷可以實現充分的保護。然而，在使用保護裝置的電路或電力設備中，即使當PTC構件跳斷并且變成高電阻狀態以大致中斷電流時，仍然有非常小量的電流流動。當通過驅動電流作用的電力元件被包含在包括保護裝置的電路中時，這種電力元件可以有時通過非常小的電流起作用。該作用不一定是優選的。已經發現即使電流非常小，有時優選的是中斷該電流。
[0009]因此，本發明解決的問題是提供能夠中斷容許流過跳斷的PTC構件的甚至非常小量的電流的保護裝置。
[0010]解決該問題的技術方案
[0011 ] 在第一方面中，本發明提供包括PTC構件和與PTC構件并聯的第一非可重置接觸構件的保護裝置，其特征在于
[0012]第二非可重置接觸構件與PTC構件串聯，并且
[0013]當PTC構件基于通過其觸點被斷開的第一非可重置接觸構件而轉向的電流跳斷時，第二非可重置接觸構件的觸點由于通過PTC構件生成的熱量是斷開的。
[0014]因此，本發明的保護裝置包括前者的接觸構件作為第一非可重置接觸構件和后者的另一個接觸構件作為第二非可重置接觸構件，其中第二非可重置接觸構件設置成靠近或接觸PTC構件，使得第二非可重置接觸構件的觸點由于跳斷的PTC構件生成的熱量被斷開。即，第二非可重置接觸構件受到PTC構件的熱量影響。
[0015]本文中使用的術語〃非可重置接觸構件〃表示如下元件:當保護裝置設置在其中的電力的設備或電路正常操作時，所述元件用于電連接規定的觸點(或端子(例如，電極))，使得電流流過電路；并且當由于諸如構成電路或電力設備的電力元件的異常的一些原因需要中斷流過電路的電流(更具體地，流過非可重置接觸構件的電流)時，所述元件終止觸點(或端子(例如，電極))之間的電接觸狀態以斷開電路，使得流過電路的電流被中斷，并且隨后所述元件不允許斷開的電路返回到它的原始狀態并且大致地閉合，即，不允許斷開的電路被重置。應注意到在本文中，通過如上所述的"非可重置接觸構件"的電力連接閉合電路被方便地稱為"閉合觸點"，并且將閉合狀態改變為其中電流不流動的狀態被方便地稱為〃斷開觸點"。
[0016]應注意到在本發明的保護裝置中，PTC構件可以是陶瓷PTC構件，但是其優選地是所謂的聚合物PTC構件。聚合物PTC構件可以如下所述獲得:導電聚合物合成物被模壓以獲得模壓材料作為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導電填充物(例如，鎳填充物、碳填充物等)；并且金屬電極被熱壓縮在模壓材料的二者表面上。因此，PTC構件包括PTC元件，優選地薄片狀PTC元件，和金屬電極，優選地定位在PTC元件的二者表面處的金屬箔電極。本領域技術人員可以根據本發明的保護裝置的特性和應用選擇適當的PTC構件。
[0017]第一非可重置接觸構件構造成使得:它的觸點由于來自熱源的熱量被斷開，當包括保護裝置的電路或電力設備由于一些原因變成異常的狀態時，所述熱源的溫度變得很高。即，第一非可重置接觸構件受到熱源的熱量影響。在一個實施例中，這種熱源是構成電力設備的、由于其異常狀態在高溫狀態下的電力元件自身(例如，蓄電池組，或電容器)。在另一個實施例中，熱源可以是產生熱量的加熱器，基于來自根據異常狀態(例如異常高壓)的類型選擇的異常狀態檢測裝置的信號，電流流過所述加熱器而產生熱量，例如，加熱器可以是聚合物PTC構件，其構造成基于電流跳斷并且變成高溫狀態。更具體地，當異常狀態被檢測到時電流流過加熱器，并且加熱器生成熱量使得加熱器可以用作熱源。本發明的保護裝置可以進一步包括這種加熱器。
[0018]在另外的實施例中，第一非可重置接觸構件可以被選擇，使得當流過第一非可重置接觸構件的電流變得過大時，第一非可重置接觸構件自身生成熱量，而不是接收來自獨立地設置的熱源的熱量，結果，第一非可重置接觸構件的觸點斷開。因此，該實施例不要求獨立的熱源。
[0019]如上所述的非可重置接觸構件的具體例子包括所謂的熔絲構件(例如，熱熔絲、電流熔絲等)、雙金屬構件、形狀記憶合金、和適合作為熔絲應用的配線以及電線。一般地，雙金屬構件用作當上升到規定溫度(即觸發溫度)時斷開其觸點并且當減小到另一個規定溫度(即重置的溫度)時隨后閉合其觸點的可重置的接觸構件。然而，在本發明的保護裝置中，雙金屬構件被要求其重置的溫度(雙金屬構件返回到其原始的狀態并且閉合觸點時的溫度)是較低的，優選地，低于包括本發明的保護裝置的電路或設備的可應用溫度范圍10°c或更低，更優選地20°C或更低，例如40°C。因此，在包括本發明的保護裝置的電路或設備中，在其可應用的溫度范圍內，一旦雙金屬構件斷開電路，該雙金屬構件不能被重置并且同時觸點的斷開狀態被保持，只要電路或設備在其可應用溫度范圍中使用。
[0020]在如上所述熱源不是必須的實施例中，當在規定值之上的電流流經時，作為第一非可重置接觸構件的熔絲構件或雙金屬構件被構造以斷開其觸點。應注意到，雙金屬構件一般是通過將不同熱膨脹系數的金屬粘到一起形成的構件，并且本領域技術人員可以根據本發明的保護裝置的特性和應用選擇適當的雙金屬構件。
[0021]熔絲構件是由構成所謂的熔絲的金屬材料(即具有規定的融點的金屬材料)形成的各種類型的構件，并且一旦熔絲構件被熔化并且在通過熔絲構件連接的觸點之間斷開，觸點之間的斷開狀態不能再次閉合，即，熔絲構件不被重置。本領域技術人員可以根據本發明的保護裝置的特性選擇適當的熔絲構件。應注意熔絲構件通常設置在作為觸點的端子或電極之間并且將它們電連接，并且在熔絲構件被熔化之后，端子或電極之間的電連接狀態不能被重置，并且因此，其為如上所述的非可重置接觸構件的一個例子。
[0022]在本發明的保護裝置中，第二非可重置接觸構件由于PTC構件生成的熱量，斷開第二非可重置接觸構件所連接的觸點之間的電路。因此，第二非可重置接觸構件被要求受到PTC構件的熱量影響。即，如果必要，PTC構件和第二非可重置接觸構件被定位以彼此靠近或可以彼此接觸。即，當所述PTC構件和所述第二非可重置接觸構件彼此靠近時，兩者之間存在空間，并且熱量經由在該空間中存在的氣體被傳送到第二非可重置接觸構件。在另一方面，當所述PTC構件和所述第二非可重置接觸構件彼此接觸時，PTC構件的熱量直接地傳送到第二非可重置接觸構件。應注意到，第一非可重置接觸構件和第二非可重置接觸構件可以是相同的類型或彼此不同的類型。
[0023]因此，第一非可重置接觸構件和第二非可重置接觸構件不一定是相同類型的非可重置接觸構件。例如，在一個實施例中，二者可以是雙金屬構件或熔絲構件。在另一個實施例中，一個可以是雙金屬構件，并且另一個可以是熔絲構件。
[0024]自然應注意到，因為需要PTC構件和第二非可重置接觸構件在第一非可重置接觸構件動作之后動作，所以當所述熱源或第一非可重置接觸構件生成熱量時它們不受熱源的熱量影響或不受第一非可重置接觸構件的熱量影響。
[0025]在第二方面，本發明提供包括如上文和下文所述的本發明的保護裝置的各種類型的電力電路或電力設備(例如，蓄電池組，特別地，在電池汽車、無線清潔器、電力工具或無線基站中用作各種電池的、具體地用于高壓和/或大電流的那些)。
[0026]本發明的效果
[0027]在本發明的保護裝置中，第一非可重置接觸構件斷開它的觸點，所述第一非可重置接觸構件檢測由于包括保護裝置的電路或電力設備中的一些異常而產生的熱量，之后，PTC構件基于轉向電流跳斷并且變成高溫狀態，同時所述PTC構件允許非常小的電流流動。同時，PTC構件變成高溫狀態，并且第二非可重置接觸構件的觸點由于熱量被斷開，并且第二非可重置接觸構件在斷開它的觸點之后不會再次重置。結果，因為第二非可重置接觸構件被設置與PTC構件串聯，所以非常小的電流不能經由PTC構件流動。另外，因為當第一非可重置接觸構件的觸點斷開時，流過第一非可重置接觸構件的電流轉向到PTC構件，可以抑制電弧生成從而保護裝置的耐壓增加。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1示意性地示出本發明的一個實施例的保護裝置的電路示意圖。
[0029]圖2示意性地示出本發明的另一個實施例的保護裝置的電路示意圖。
[0030]圖3示意性地示出本發明的再一個實施例的保護裝置的電路示意圖。

【具體實施方式】
[0031]在圖1中，本發明的一個實施例的保護裝置示意性地示出為等效電路。本發明的保護裝置包括PTC構件10和與PTC構件10并聯的第一非可重置接觸構件12，其中第二非可重置接觸構件14與PTC構件10串聯。保護裝置被構造成使得當PTC構件10基于由于熱源16的熱量斷開第一非可重置接觸構件12的觸點而轉向的電流而跳斷時，第二非可重置接觸構件14的觸點由于PTC構件10生成的熱量斷開。應注意到，這些非可重置的接觸構件是，例如，雙金屬構件，并且第二非可重置接觸構件14受到PTC構件10的熱量影響。
[0032]在一個實施例中，熱源16是保護裝置放置在其中的電力設備中的處于異常狀態的電力元件。更具體地，熱源16是電力元件，例如已經達到異常高溫的電池組。當異常的狀態可能發生并且當達到異常狀態時需要中斷流過電力元件的電流時，優選的是將本發明的保護裝置設置在電力元件的內側或電力元件的外側，以靠近或接觸所述電力元件。
[0033]在另一個實施例中，熱源16可以是通過流過已經檢測到異常的傳感器的電流生成熱量的加熱器。例如，關于對電池組進行充電，熱源16的開/關操作可以通過使用FET構件執行，FET構件具有如下功能:基于構成電池組的規定的電池之間的電勢差，切換通過熱源16的電流的通/斷。
[0034]當檢測到某個異常從而熱源16基于流過的電流生成熱量時，設置成用于接近或接觸熱源16的第一非可重置接觸構件12斷開它的觸點，并且從而在端子22和端子24之間流動的電流被中斷并且轉向到聚合物PTC構件10。PTC構件基于轉向電流跳斷并且變成高溫/高電阻狀態。結果，受到PTC構件的熱量影響的第二非可重置接觸構件14斷開它的觸點并且中斷轉向電流。
[0035]在圖1示出的實施例中，被虛線包圍的部分是本發明的保護裝置20，并且所述保護裝置20可以經由端子22和端子24設置在規定的電路中。應注意到熱源16設置在另一個獨立的電路中。應注意到第一非可重置接觸構件12可以被選擇，使得當流過第一非可重置接觸構件12自身的電流過大時第一非可重置接觸構件12的觸點被斷開。在這種情況下，如上所述的熱源16可以被省略。
[0036]在圖2中，本發明的另一個實施例的保護裝置示意性地示出為等效電路。在本實施例中，除熱源16并聯到第一非可重置接觸構件12外，本發明的保護裝置20大致地與圖1中示出的實施例的保護裝置相同，并且本發明的保護裝置20在其中進一步包含熱源16(例如，PTC構件而不是PTC構件10)。因此，在圖2中示出的實施例中，本發明的保護裝置20具有三個端子，即端子22、端子24和端子26。
[0037]在圖3中，本發明的再一個實施例的保護裝置示意性地示出為等效電路。在本實施例中，除使用熔絲構件作為非可重置接觸構件外，保護裝置大致地與圖1示出的實施例的保護裝置相同。在描繪的實施例中，本發明的保護裝置40通過使用所謂的電流熔絲構件作為第一非可重置接觸構件32和所謂的熱熔絲構件作為第二非可重置接觸構件34進行構造。
[0038]在本實施例中，第一非可重置接觸構件32優選地作用以被熔化，即當在作為第一非可重置接觸構件32連接的觸點的電極(例如)之間流動的電流超過規定值并且變得過大時，在觸點之間斷開。更具體地，第一非可重置接觸構件32優選地是允許相對大的電流流動且當電流超過規定值時被熔化從而斷開它的觸點的類型。另外，因為在高電阻狀態下流過PTC構件30的電流非常小，第二非可重置接觸構件34是允許非常小的電流流動、且當第二非可重置接觸構件34的溫度由于來自PTC構件30的熱量而超過規定值時第二非可重置接觸構件34被熔化從而斷開其觸點的類型。
[0039]在圖3示出的實施例中，沒有其它的熱源需要用于斷開本發明的保護裝置的第一非可重置接觸構件的觸點。在這點上，該實施例與如圖1和圖2所示的需要熱源的實施例不同。
[0040]然而，在另一個實施例中，類似于圖1示出的實施例并且如上所述，保護裝置可以構造如下:將通過由流動通過檢測異常的傳感器的電流生成熱量的加熱器作為熱源16，使得第一非可重置接觸構件32斷開觸點，S卩，熔絲構件由于來自加熱器的熱量熔化。
[0041]附圖標記說明
[0042]10-PTC 構件，
[0043]12-第一非可重置接觸構件，
[0044]14-第二非可重置接觸構件，
[0045]16-熱源，
[0046]20-保護裝置，
[0047]22、24、26_ 端子，
[0048]3O-PTC 構件，
[0049]32-第一非可重置接觸構件，
[0050]34-第二非可重置接觸構件，
[0051]36、38-端子，
[0052]40-保護裝置
【權利要求】
1.一種保護裝置，包括PTC構件和并聯到PTC構件的第一非可重置接觸構件，其特征在于 第二非可重置接觸構件與PTC構件串聯，并且 當PTC構件基于通過斷開第一非可重置接觸構件的觸點而轉向的電流跳斷時，第二非可重置接觸構件的觸點由于PTC構件生成的熱量被斷開。
2.根據權利要求1所述的保護裝置，其特征在于，所述第一非可重置接觸構件和第二非可重置接觸構件都是熔絲構件。
3.根據權利要求1所述的保護裝置，其特征在于，所述第一非可重置接觸構件和第二非可重置接觸構件都是雙金屬板構件。
4.根據權利要求1所述的保護裝置，其特征在于，第一非可重置接觸構件和第二非可重置接觸構件中的一個是雙金屬構件，并且第一非可重置接觸構件和第二非可重置接觸構件中的另一個是熔絲構件。
5.根據權利要求1-4中的任一個所述的保護裝置，其特征在于，保護裝置進一步包括熱源，并且所述第一非可重置接觸構件受到熱源的熱影響。
6.一種電力設備，包括根據權利要求1-5中的任一個所述的保護裝置。
【文檔編號】H01C7/02GK104170196SQ201280070521
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2012年12月17日 優先權日:2011年12月27日
【發明者】蓮沼貴司, 田中新, 鈴木克彰, 大平雅之 申請人:泰科電子日本合同會社