一种阵列式多断口的激励熔断器的制作方法

本发明涉及电力控制和电动汽车领域，尤其是指在导电板上形成多断口的电流分断方法的激励熔断器。

背景技术：

目前电动车电池包保护器件除了传统的热熔熔断器，已经存在一种通过机械方式快速切断熔体断口的激励熔断器，并逐渐扩大应用范围，其主要是为了克服传统熔断器功耗高、发热量大、体积重量较大、抗电流冲击能力有限、分断时间长、分断过程不受控的不足。激励熔断器的普遍结构组成为：电子点火装置、活塞、带一个预断口的导电板和外壳体；通过电子点火装置接收激励信号产生高压气体驱动活塞运动，通过活塞切断导电板形成一个物理断口，实现熔断器断开。物理断口产生的电弧在空气中逐渐冷却熄灭，电流被切断从而实现电路快速断开的目的。

虽然此结构相比热熔熔断器的性能有了一些提高，但是也存在以下不足：

单个断口自身灭弧能力不足可分断较小的故障电流，难以分断较大的故障电流。电弧电流越大，越难以熄灭。所有的电弧都集中在一个断口上，电弧加热导电板及空气，容易形成持弧现象，难以熄灭。

受制于导电板和运动空间限制，难以设计更大的断口，因此单个断口耐压能力有限。在电压较低(例如500v)，单断口可有有效分断，而面对高压时，单断口能力明显不足，难以有效分断。

为了能有效打断导电板断口，导电板预断口的宽度必须设计较窄，以便快速切断，因此导电板预断口的持续通流能力有限。例如单个预断口的持续通流能力只有400a，难以持续通过更大的电流。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种阵列式多断口的激励熔断器，通过在导电板上设置阵列式排布的呈格子状的多个预断口，通过二次切断在导电板上形成多个断口，用于提高激励熔断器的分断能力和灭弧能力。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是一种阵列式多断口的激励熔断器，包括壳体，穿设在壳体中的导电板，位于导电板一侧且设置于壳体空腔中的激励装置及打断装置，及位于导电板另一侧与打断装置上的切断冲头相对应的空腔，其特征在于，在位于壳体内导电板两表面上通过纵横交错的多条断开薄弱处将所述导电板表面设置为阵列式排列的格子状结构；打断装置的切断冲头包括第一切断冲头和第二切断冲头，所述第一切断冲头比第二切断冲头距离所述导电板距离近；当激励装置驱动打断装置切断导电板时，所述第一切断冲头先在所述呈格子状结构的导电板处形成至少一个第一断口，在导电板格子状结构处形成回路增长或电阻增大的导通的电流流经路径，所述电流流经路径包含至少两个串联的预断口；所述第二切断冲头断开所述电流流经导通路径上的预断口形成至少两个第二断口。

进一步，在导电板上形成第一断口处一侧并联有熔体，当所述第一切断冲头在所述导电板上形成的第一断口完全断开导电板后，在导电板格子状结构处形成回路增长或电阻增大的导通的电流流经路径，所述电流流经路径包括所述熔体。

进一步，位于壳体内的导电板上通过断开薄弱处分为并联设置的至少一片第一熔体部分和第二熔体部分，所述第一熔体部分厚度大于第二熔体部分；在所述第一熔体部分和第二熔体部分上通过断开薄弱处设置为呈阵列式排列的格子状结构；当激励装置驱动打断装置切断导电板时，所述第一切断冲头先在第一熔体部分处形成至少一个第一断口断开所述第一熔体部分；所述第二切断冲头断开所述第二熔体部分形成至少两个串联的第二断口。

进一步，所述导电板上的格子状结构至少为2*2阵列排列。

进一步，所述未被打断装置的第一切断冲头和第二切断冲头断开的导电板部分底部通过壳体上设置的多个支撑柱支撑。

进一步，所述打断装置的切断冲头与其对应的位于所述导电板下方的空腔为过盈配合。

进一步，所述壳体包括位于所述导电板两侧的独立两部分，所述激励装置及打断装置依次设置于位于导电板一侧的壳体部分中。

进一步，所述激励装置与其所在的壳体部分中的空腔呈密封接触。

进一步，所述打断装置与所述激励装置相邻的一端端面上设置有凹槽，所述激励装置释放的驱动力作用于所述凹槽中。

进一步，所述导电板上的格子状结构为三角形阵列、圆形阵列、矩形阵列或多边形阵列排布。

进一步，所述打断装置的第一切断冲头的结构形状设置仅需满足能够在导电板上形成拉长的导通的电流流经路径或电阻增大的导通的电流流经路径，且在电流流经路径上保留至少两个串联的预断口即可。

进一步，打断装置的第二切断冲头的结构形状设置仅需满足完全断开导电板且在导电板上形成至少两个断口。

进一步，所述导电板上呈圆形阵列排布的格子状结构为在所述导电板上靠近两侧边处相对开设有两空心圆弧结构，在两空心圆弧结构间开设有空心结构，空心结构与两空心圆弧结构间分别形成两弧形导通通道。在空心圆弧结构靠近侧边一侧的导电板上设置有格子，格子的两端开设有断开薄弱处；弧形导通通道上间隔开设有数个断开薄弱处。

本发明的多断口的激励熔断器，其相对于传统的激励熔断器的优点在于；

在导电板上采用阵列式多个预断口，在正常通流时，多个预断口并联再后串联，能有效的降低预断口处的电阻，减小发热，提升正常载流能力。

在导电板上采用阵列式多个预断口，能够在较小的体积内增加更多的断口数，使得导电板上材料利用率大大增加，从而节省了成本。

在导电板上采用阵列式多个预断口，相对普通串联多断口方式，能减小整个产品体积。

按照预设形式先打开一部分断口，从而改变电流流经路径形状，使电流经过多个串联断口，路径被加长，且电阻增大，使其流通的故障电流降低；再打断剩余多个断口，由于剩余断口为串联形式，而且同时被切断，加在每一断口上的电压变小，只有单断口的1/n(n为断口数)，因此降低了断口的电弧电压，使电弧更容易冷却，容易切断电弧。断后绝缘性能比单一断口更好，可以分断更高电压等级的故障电流。

通过在第一断口处并联灭弧熔体，可有效的降低故障电流，进一步提升分断大故障电流的能力。

采用多断口分断和挤压灭弧相结合，能够迅速灭弧且分断可靠，提高了分断能力。

附图说明

图1，本发明侧视剖视结构示意图。

图2，与图1不同的侧面剖视结构示意图。

图3，导电板立体结构示意图。

图4，活塞的第一切断冲头呈l型结构的立体结构示意图。

图5，对应图4的活塞结构的第一切断冲头第一次切断导电板后导电板的结构示意图。

图6，对应图4的活塞结构，在图5的基础上第二切断冲头第二次切断导电板后导电板完全断开后的结构示意图。

图7，去掉阴影显示的第一断口和第二断口的经过两次切断后导电板完全断开后的结构示意图8，活塞的第一切断冲头呈间隔错位平行的一字型结构时，在导电板上进行第一次切断后导电板的结构示意图。

图8，活塞的第一切断冲头呈间隔错位平行的一字型结构时，在导电板上进行第一次切断后导电板的结构示意图。

图9，在图8的基础上，第二切断冲头第二次切断导电板后导电板完全断开后的结构示意图。

图10，活塞的第一切断冲头呈相对错位设置的t字型结构时，在导电板上进行第一次切断后导电板完全断开，且在导电板第一断口一端并联熔体，使其在第一次完全切断导电板后，扔通过并联熔体保持导电板导通的结构示意图。

图11，在图10的基础上，第二切断冲头第二次切断导电板后导电板完全断开后的结构示意图。

图12，活塞的第一切断冲头呈平行间隔错位设置的一字型结构时，在导电板上进行第一次切断后导电板完全断开，且在导电板第一断口一端并联熔体，使其在第一次完全切断导电板后，扔通过并联熔体保持导电板导通的结构示意图。

图13，在图12的基础上，第二切断冲头第二次切断导电板后导电板完全断开后的结构示意图。

图14，激励装置和活塞分别位于不同壳体中的侧面剖视结构示意图。

图15，图10所示结构从另一侧面的侧面剖视结构示意图。

图16，导电板上并联设置至少两个厚薄不一致的熔体部分的结构示意图。

图17，导电板上呈三角形阵列排布的格子状结构。

图18，导电板上呈圆形阵列排布的格子状结构。

具体实施方式

针对上述技术方案，现举较佳实施并结合图示进行具体说明。

本发明阵列式多断口激励熔断器，包括壳体，壳体可以由上下两部分或左右两部分组成。在本实施例中，以上下两部分为例进行说明。参看图1和图2，壳体，由上壳体1和下壳体2组成。在上壳体与下壳体之间穿设有导电板3，导电板3的两端位于壳体外部可与外部电路连接。在位于导电板上方的上壳体中开设有空腔，在空腔中自上而下依次设置有激励装置4和打断装置5。在导电板下方的下壳体中开设有数个空腔。打断装置在激励装置驱动下可打断导电板3形成多个断口，多个断开后的导电板部分在打断装置驱动下落入相应的空腔中。

上壳体1中，激励装置4所在空腔中设置有限位台阶，激励装置4设置在空腔中限位台阶处，盖板(图1和图2中未图示)压设在上壳体固定激励装置4。激励装置4可接收外部激励信号启动释放驱动力。在本实施例中，激励装置4为电子点火装置，电子点火装置与上壳体空腔间设置有密封圈，防止气体释放时，向上泄露，反冲激励装置和熔断器外部的结构，造成不必要的损失。其根据接收到的激励信号，比如电压信号，点火促使其内部储存的火药反应瞬间释放大量高压气体，驱动打断装置位移冲击导电板。

位于激励装置4下方的打断装置5所在的空腔中相对两侧设置有竖直的导向槽。打断装置5，在本实施例中为活塞。在活塞5相对两侧设置有凸棱501，凸棱位于导向槽中，使活塞可沿着导向槽顺畅位移。活塞与空腔间为过盈配合或小间隙配合，小间隙配合时，间隙大小其需满足电子点火装置释放的高压气体足够驱动活塞断开导电板且位移至下壳体处的死点位置。

在活塞的顶部设置有凹槽502，电子点火装置位于凹槽502的正上方，以确保电子点火装置释放的高压气体可作用于活塞上的凹槽502处，使活塞受力更集中，驱动效果更好。

在活塞的与空腔接触面处还设置有限位结构(未图示)，限位结构可以是在活塞的侧壁设置小凸块，在空腔相应位置处设置小凹槽，通过小凸块嵌入小凹槽中实现限位活塞的初始位置限定，以确保活塞在未受到激励装置驱动时，可位于初始位置处，不会因意外位移冲击导电板。活塞在空腔中的限位结构除了小凸块和小凹槽的结合的限位结构外，还可以将小凸块做成倒刺结构，通过倒刺与凹槽结合实现限位。

导电板3，参看图3，为平板状结构，在导电板位于上下壳体接触面处的一侧间隔开设有至少两个限位凸块300，在下壳体上相应开设有限位凹槽，当导电板穿设在上壳体与下壳体间时，导电板侧面的限位凸块卡设在下壳体上的限位凹槽中进行限位，同时起到防错装。为了实现导电板限位，也可以在导电板边侧开设凹槽，在下壳体或上壳体端面处开设凸块来实现。为了更好的起到防错装作用，还可将导电板限位设计成不同形状的凸块或凹槽，使其形成不对称结构。

位于壳体中的导电板部分通过在其上下两面上相应开设的多条平行的纵横交错的断开薄弱处301，将其表面分为多行多列的阵列式排列的格子状结构，相邻格子由断开薄弱处隔开。其中，偶数列中的奇数行的格子303底部设由设置在下壳体中的支撑柱201支撑，未支撑的格子底部为空腔，相邻的空腔相互连通。为了减轻导电板重量，导电板的奇数列中的偶数行的格子304为空格。断开薄弱处301为v型凹槽，也可以为u型凹槽或梯形凹槽。底部未被下壳体支撑柱支撑的格子均可做为预断口。在本说明书中，导电板的格子状结构列举了矩形阵列排布，还可以三角形阵列,参看图17为三角形阵列结构示意图，导电板上的由断开薄弱处310及空心格子311隔开的的数个格子312形成三角形阵列排布，当其中至少一个格子312断开，可以形成回路增长或电阻增大的导通的电流流经路径。也可以是圆形阵列，参看图18，导电板上靠近两侧边处相对开设有两空心圆弧结构320，在两空心圆弧结构间开设有空心结构321，空心结构321与两空心圆弧结构320间形成两弧形导通通道322。在空心圆弧结构靠近侧边一侧的导电板上设置有格子323，格子的两端开设有断开薄弱处324，断开薄弱处324为凹槽；弧形导通通道322上间隔开设有数个断开薄弱处325，断开薄弱处325为间隔呈一排设置的数个透孔。弧形导通通道322处的厚度可以比导电板本身的厚度薄。当第一切断冲头断开两个格子323断开形成两个第一断口，可以形成电阻增大的导通的电流流经路径，即弧形导通通道322；然后第二切断冲头作用下在弧形导通通道322上形成至少两个第二断口断开导电板。导电板上的格子状结构也可以呈多边形阵列排布。

活塞5，参看图1、图2和图4，在活塞的冲击导电板的端面上设置有第一切断冲头503和第二切断冲头504。第一切断冲头503为相对错位设置的两l型结构，第二切断冲头504为间隔设置的多个方柱状结构；在下壳体上设置有与第一切断冲头和第二切断冲头形状、位置分别相对应的空腔(202、203)，第一切断冲头所对应的空腔202深度与第二切断冲头所对应的空腔203的深度相同或大于二切断冲头所对应的空腔203的深度。第一切断冲头和第二切断冲头与位于其正下方的下壳体中的空腔过盈配合。第一切断冲头距离导电板距离比第二切断冲头距离导电板的距离短，即，在活塞冲击切断导电板时，第一切断冲头先作用于导电板切断一部分薄弱处，第二切断冲头后作用于导电板使其完全断开。第一切断冲头切断导电板部分后，导电板处于未断开状态，但是经过第一切断冲头切断后，参看图5，第一切断冲头503在导电板上形成第一断口305，第一断口呈l型断口结构，导电板位于壳体内的未断开部分呈弓字型结构，拉长了电流在壳体内导电板上的流经路径，增大了壳体内导电板的电阻，降低了流经导电板的故障电流，实现第一层保护，同时，在电流流经弓字型路径上保留了未断开的多个串联预断口。第一切断冲头驱动着导电板断开部分进入与其对应的位于下壳体中的空腔202中。l型断口结构的第一断口也为活塞第一切断冲头横向剖面结构；第二切断冲头在导电板上形成的多断口结构也为活塞第二切断冲头的横向剖面结构。

然后第二切断冲头切断在导电板上形成的弓字型结构的电流流经路径上串联的各个预断口，即弓字型结构的电流流经路径上的未被壳体支撑柱支撑的格子，参看图6，在导电板上形成共10个呈方形的第二断口306，实现导电板完全断开。经过第一切断冲头和第二切断冲头两次切断后，完全断开后导电板的结构参看图7。第二切断冲头的每个方柱状冲击端对应一个第一切断冲头未切断部分的未被壳体支撑柱支撑的格子。由于第二切断冲头切断导电板时，可以形成多个串联的第二断口，在每个第二断口处产生的电压为单断口的1/n，其中n为断口数，因此降低了每个断口处的电弧电压，使电弧更容易冷却，容易切断电弧。第二切断冲头随着活塞继续向下位移，驱动各个已经断开的导电板部分进入空腔203中。由于第二切断冲头与空腔203过盈配合，能够挤压第二断口处产生的电弧，使其快速熄灭。活塞的第一切断冲头断开部分导电板时，可降低电流；第二切断冲头切断导电板上形成多个断口，降低电弧电压，快速灭弧，因此，本发明的的导电板形成的多断口其绝缘性能比单一断口更好，可以分断更高电压等级的故障电流。

本实施例中，第一切断冲头为l型结构，根据需要，第一切断冲头也可以是间隔平行错位设置的一字型结构或其他结构，第一切断冲头形状满足在第一次切断导电板后，参看图8至图9，在导电板上形成间隔错位平行的第一断口307，第一断口307为多个间隔错位平行的一字型断口结构，在导电板上形成拉长的电流流经路径，在该拉长的电流流经的路径上包含有多个串联的预断口；第二切断冲头与图4中的相同，也为数个间隔设置的方柱状结构；当第一切断冲头切断导电板后，第二切断冲头随后切断拉长电流流经路径上串联的多个预断口形成第二断口308，第二断口包含有串联的多个断口。形成的第一断口307结构也为活塞的第一切断冲头横向剖面结构；第二切断冲头在导电板上形成的第二断口结构也为活塞第二切断冲头的横向剖面结构。图8和图9中经二次切断，导电板完全断口后，导电板形状与图7相同。

第一切断冲头除了相对设置的l型结构、间隔错位设置的一字型结构外，其形状仅需满足能够在在导电板上形成拉长的电流流经路径，且在电流流经路径上保留多个串联的预断口即可。

图3至图9结构中，活塞的第一切断冲头切断导电板部分格子后，导电板仍然处于导通状态，只是经过第一切断冲头的切断作用，使位于壳体内的导电板导通部分呈弓字状结构，拉长了电流流经导电板的长度，其在弓字状结构的导通路径中存在多个串联的预断口；经过第二切断冲头切断，将弓字状结构的导通路径中存在多个串联的预断口断开，形成多个断口，彻底断开导电板。

还可以通过第一切断冲头第一次就完全切断导电板，然后在导电板断口一侧设置并联熔体，将断口处的导电板连接起来，使其导通，使位于壳体内的导电板部分呈导通的弓字状结构，拉长了电流流经导电板的长度，其在弓字状结构的导通路径中存在多个串联的预断口；经过第二切断冲头切断，将弓字状结构的导通路径中存在多个串联的预断口断开，形成多个断口，彻底断开导电板；在第二切断冲头断开导电板的同时，并联熔体熔断，增加断口数。

具体地，参看图10和11，活塞第一切断冲头横向剖面为相对错位设置的两t型结构，第一切断冲头切断导电板后，在导电板的阵列式结构中形成第一断口80，第一断口80为t型断口结构，其切断位于壳体中的导电板阵列式排列的格子状结构的两端，完全切断导电板，在两相对设置的第一断口80之间形成连续的弓字型路径，在该弓字型路径中包含多个串联预断口。在不同侧的第一断口一端分别并联连接有熔体81和熔体82，通过熔体81和熔体82将位于两t型断口结构之间的弓字型路径与导电板两端连通起来，形成弓字型导通路径，拉长电流流经路径，增大了电流流经路径电阻，从而降低了流经弓字型路径的故障电流；由于并联熔体的存在，大部分故障电流经熔体流过，因此t型断口结构处的电弧则很小，再加之第一切断冲头与下壳体中的空腔为过盈配合，通过拉长挤压电弧很容易进行灭弧。当第一切断冲头切断导电板后，活塞继续带动导电板已断口部分向下在下壳体中的相应空腔中位移，参看图11，第二切断冲头则切断弓字型导通路径中多个预断口形成第二断口83，第二断口83包含多个串联的断口，当故障电流不足以使熔体熔断时，则熔体不熔断，当故障电流足够大，则并联的熔体也熔断。

参看图12至图13，第一切断冲头为间隔平行设置的一字型结构，导电板经过第一切断冲头切断导电板形成多个第一断口90，在相邻的第一断口间形成一字型导通路径。在相邻的两第一断口相对一侧分别并联有熔体91，将相邻第一断口间的一字型导通路径全部与导电板两端连通形成拉长的弓字型导通路径。弓字型导通路径中包含有多个串联的预断口。第一切断冲头切断导电板后，形成弓字型导通路径；由于并联熔体存在，导电板还处于导通状态；然后第二切断冲头继续向下位移切断弓字型导通路径中的多个预断口形成第二断口92，第二断口92包含多个断口。当故障电流不足以使熔体熔断时，则熔体不熔断，当故障电流足够大，则并联的熔体也熔断。

上述实施例中，活塞第一切断冲头是否完全断开导电板，决定于活塞第一切断冲头的结构；不论第一切断冲头是否断开导电板，第二切断冲头则必须断开导电板形成多断口结构。另外，第一切断冲头和第二切断冲头与之对应的下壳体空腔可以是过盈配合，也可以不过盈配合。

上述导电板阵列式排列，位于壳体内的导电板部分至少设置为呈格子状的2行2列阵列式排列，也可以多行多列阵列式排列方式。

上述实施例中，采用一个激励装置和与之对应打断装置打断阵列式排列的导电板。也可以根据需要，也可以使用1个、2个或多个激励装置分开或分时驱动与之对应的打断装置，在更大的阵列式导电板上分别打断形成更多的断口，进一步增强分断能力。

在图1和图2中，安装激励装置的上壳体部分和安装活塞的上壳体部分为整体成型结构，其也可以分为分开的结构，参看图14和图15，上壳体包括开设有空腔的中壳体70和顶壳体71及设置在顶壳体外周的盖板72。在中壳体的空腔外侧的上端面上开设有一圈凹槽，顶壳体下端面上开设有一圈相应的带有凸棱，顶壳体的凸棱嵌入中壳体的安装槽中使顶壳体与中壳体密闭连接。活塞5安装在中壳体的空腔中，激励装置4安装在顶壳体空腔中。激励装置与顶壳体空腔间设置有密封圈73。在顶壳体外周压设有盖板72，用于固定激励装置，盖板通过螺钉固定在中壳体上。图14与图1结构区别上壳体由两部分加盖板组成，图1中为上壳体为整体独立部分加盖板，其余结构均相同。

参看图16，位于壳体内的导电板3上还可以通过断开薄弱处分为并联设置的至少一片第一熔体部分93和第二熔体部分94，第一熔体部分厚度大于第二熔体部分。在图16中，第一熔体部分和第二熔体部分通过长条状透孔分开并联设置，也可以通过凹槽分开并联设置，断开薄弱处的凹槽形状为v、u或梯形结构。第二熔体部分设置为两个。在第一熔体部分和第二熔体部分上通过断开薄弱处设置为呈阵列式排列的格子状结构。在图16中，第一熔体部分上的断开薄弱处95为v型凹槽结构，第二熔体部分上的断开薄弱处96为连续间隔设置的的小孔结构，也可以为凹槽结构。通过在第一熔体部分和第二熔体部分上设置的断开薄弱处，可在第二熔体部分上形成至少两个串联的预断口，在第一熔体部分上形成至少一个预断口。打断装置切断冲头结构与导电板结构相对应，第一切断冲头仅切断第一熔体部分的预断口形成至少一个第一断口，完全切断第一熔体部分；打断装置的第二切断冲头仅切断第二熔体部分的多个串联的预断口，在第二熔体部分上形成多个串联的第二断口。由于第二熔体部分比第一熔体部分厚度薄，因此，第一熔体部分断开后，经由第二熔体部分导通，导电板上电流通过的电阻增大，降低通过的故障电流，再通过第二切断冲头切断形成多个串联的第二断口，均担电压，提高分断能力及灭弧能力。