專利名稱：交通工具電氣保護(hù)裝置及利用該裝置的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
所揭示的系統(tǒng)涉及電氣裝置，更加具體地，涉及電氣裝置的保護(hù)。
背景技術(shù)：
交通工具，比如小汽車、貨車、娛樂車、摩托車、牽引貨車、居住式旅行車、三輪車、雪上車、汽艇、航空器及其他交通工具，均各自包括電氣裝置。通常，這些電氣裝置由車載(on-board)電池供電。一般電池以化學(xué)形式存儲能量，在要求時釋放為電。電力由交通工具點火系統(tǒng)所用以起動發(fā)動機，并可為燈和其他附件供電。此外，如果交流發(fā)電機皮帶發(fā)生故障，電池有可能還需要為交通工具的全部電氣系統(tǒng)供電一小段時間。汽車電池通常為12伏直流電，并且供電范圍相當(dāng)寬。
通常按冷起動電流強度對汽車電池的額定值進(jìn)行設(shè)定，該冷起動電流強度為電池在華氏零度下，供應(yīng)一定量的電流達(dá)30秒鐘、而沒有下降到規(guī)定的截止電壓(其為制造商規(guī)定且其范圍從7.2伏到10.5伏)之下的性能。用于汽車電池的冷起動電流強度的范圍為從大約500安到大約1500安。此外，用于摩托車、機動自行車以及其他小型交通工具中的較小的電池可提供低至二十五安的電流強度。
隨著越來越復(fù)雜的電氣系統(tǒng)放入到汽車內(nèi)，將需要增加對這些系統(tǒng)內(nèi)的這些裝置進(jìn)行保護(hù)、以及對汽車電池進(jìn)行保護(hù)。另外，開發(fā)激勵36伏電池、以作較高電壓負(fù)載之用的42伏汽車發(fā)電機的工作項目正在進(jìn)行中。隨著電池電壓的增高，潛在性損壞也會增大。因此，理想為提供一種裝置，其中所述裝置在發(fā)生短時的電路過電流情況時保護(hù)交通工具的電氣系統(tǒng)。
與比如汽車電池的交通工具電池相關(guān)的另一問題為甩負(fù)載。汽車主電池線在為一些潛在性損害瞬變情形的源頭，包括甩負(fù)載。當(dāng)從發(fā)電機或交流發(fā)電機到電池的連接斷掉時，則發(fā)生甩負(fù)載的其中一種形式。發(fā)電機在該時間繼續(xù)提供電力，并且由于電池并未連接到發(fā)電機上，因此電力流入調(diào)壓器而造成電壓上升。機械發(fā)電機通常需要幾百毫秒時間以使過壓情況處于控制之下，但是在該時間當(dāng)中電壓有可能升高至200伏。當(dāng)電池纜線忽然與電池斷開連接，則發(fā)生甩負(fù)載的另一形式。此種情況可由于交通工具電氣系統(tǒng)內(nèi)的慣性能量而造成連接到電池上的電子零件的過度負(fù)荷。因此，由于甩負(fù)載所造成的過電壓，存在對連接到電池上的交通工具進(jìn)行保護(hù)使其免遭危險的需要。
另外，由于在汽車中將電子器件加入到傳統(tǒng)型機械裝置上，因此一旦發(fā)生事故或其他類型的災(zāi)難性交通事件，比如著火，則增大了潛在性的危險。理想為一旦發(fā)生此類事件，即中斷通到許多電氣部件上的電力。例如，現(xiàn)在許多汽車燃料系統(tǒng)通過電子手段控制。理想為一旦發(fā)生事故或災(zāi)難性事件，即斷開通到燃料系統(tǒng)上的電力，以使燃料流動停止，并使損傷和損壞最小化。此外，事故可經(jīng)常造成電線導(dǎo)體暴露，其中暴露的電線接著會接觸到交通工具底盤并造成短路。短路進(jìn)而使得電氣絕緣體變熱以及熔化，從而潛在性地造成著火。因此，對裝置來說，存在中斷通到某些特定交通工具電氣部件上的電力的需要。另一方面，理想為一旦發(fā)生事故或災(zāi)難性事件，維持通到交通工具的其他部件及功能件上的電力，比如汽車閃光燈、門鎖、無線電話等等。因此，裝置也應(yīng)當(dāng)滿足該需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種交通工具電氣保護(hù)裝置。該裝置能夠可拆除地接附到電源上，比如交通工具電池。在一實施方式中，保護(hù)裝置可拆除地安裝到交通工具電池的外部。在另一實施方式中，則使保護(hù)裝置與電池一體性地保持在一起。在任一種情況中，保護(hù)裝置可具有永久性或者可替換性的熔斷元件。也就是說，在各個實施方式中，一旦熔斷元件斷開，則可對熔斷件、保護(hù)裝置或利用該裝置的電力供應(yīng)源進(jìn)行替換。如文中所述，可供選擇地，可對過電流保護(hù)裝置進(jìn)行重新設(shè)定。
為了進(jìn)行本公開，術(shù)語“交通工具”包括但不限于汽車、摩托車、牽引貨車、居住式旅行車、娛樂車、三輪車、機動自行車、摩托艇、航空器及其組合。另外，術(shù)語“電源”包括但不限于電池、燃料電池、太陽能裝置和發(fā)電機。此外，盡管貫穿整個公開使用了術(shù)語“熔斷件”和“熔斷元件”，但是本發(fā)明明確不受限于金屬熔斷元件，而是包括其他類型的過電流保護(hù)裝置，包括可重新設(shè)定的過電流裝置。一種這樣的可重新設(shè)定的過電流裝置為正溫度系數(shù)(“PTC”)裝置。
將保護(hù)裝置聯(lián)結(jié)到電源的正極和負(fù)極端子上。裝置包括電連接到正極端子上的正極接頭、電連接到負(fù)極端子上的負(fù)極接頭以及定位于正極和負(fù)極接頭之間的負(fù)載接頭。在一實施方式中，熔斷元件電連接在正極和負(fù)載接頭之間。將熔斷元件的額定值設(shè)定成任何合適的電流強度，比如20安到2000安。
設(shè)置切換裝置，而且所述切換裝置能夠選擇性地將負(fù)極端子電連接到負(fù)載接頭。交通工具的負(fù)載負(fù)線電連接到電源的負(fù)極端子上。交通工具的主負(fù)載正線(即連接到理想為受熔斷保護(hù)的裝置上的負(fù)載線)連接到受熔斷保護(hù)的負(fù)載端子上、而不是連接到電源的正極端子上。該配置使得熔斷元件能夠在以下情形下斷開(i)當(dāng)電力引入值(power draw)超過額定電流強度時；或(ii)當(dāng)切換器件閉合時，即在負(fù)載/正極端子和負(fù)極端子之間造成短路、直到熔斷元件斷開為止。
一旦指示出發(fā)生汽車事故或其他災(zāi)難的情況，切換器件即得到啟動。例如，一旦氣囊打開，切換器件即可得到啟動。當(dāng)該情形發(fā)生時，信號從氣囊、氣囊傳感器或氣囊控制器被傳送到切換器件。切換器件可以是多種不同類型切換器中的一種。術(shù)語“切換器件”包括但不限于可控硅整流器(“SCR”)、旋臂臂螺線管、平移臂螺線管、繼電器、金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(“MOSFET”)及其任意組合。
優(yōu)選地，切換裝置連接到感應(yīng)器上，以減緩施加到切換器上的電流的上升速率，從而使得切換器能夠按設(shè)計閉合?？蓪⒏袘?yīng)器制成螺旋狀金屬件。感應(yīng)器可由與熔斷元件相同的金屬件制成、或由不同的金屬件制成。
因而，連接到受熔斷保護(hù)的負(fù)載線上的每一個電氣負(fù)載部件均受過電流保護(hù)，并且一旦發(fā)生事故或災(zāi)難性事件時，即會斷電。而小汽車內(nèi)某些特定的電氣部件(如燈)則被認(rèn)為在發(fā)生災(zāi)難性事件或事故時還需要操作。因此，在一實施方式中，第二負(fù)載線將所述這些不受熔斷保護(hù)的負(fù)載繞過熔斷元件而連接到正極端子上。
為抵抗甩負(fù)載，使過電壓或中間電阻狀態(tài)裝置電連接在負(fù)極接頭和負(fù)載接頭之間，作為限壓器，其中所述裝置允許一些甩負(fù)載電流流過保護(hù)裝置、但不足于使元件斷開。該過電壓裝置本質(zhì)上提供兩個功能(i)抑制電壓使其處于所想要的電壓值，如十五到六十伏或更高；(ii)限制流過裝置的電流量。如果發(fā)生源于甩負(fù)載情況的電壓尖峰，如發(fā)電機與電池變成斷接或?qū)w與電源變成斷接，則過電壓裝置沿著負(fù)載正線抑制任何電壓尖峰的產(chǎn)生，并且使得電壓尖峰能夠流過整個過電壓保護(hù)裝置而耗散到電源的負(fù)極端子上，并最終耗散到地面或交通工具底盤上。在一實施方式中，保護(hù)裝置加倍，從而當(dāng)作甩負(fù)載保護(hù)裝置。
為實現(xiàn)上述目的，在一實施方式中，所提供的電氣保護(hù)裝置包括一配置成聯(lián)結(jié)到電源正極端子上的正極接頭；一配置成聯(lián)結(jié)到電源負(fù)極端子上的負(fù)極接頭，其中，對正極和負(fù)極接頭的其中一個進(jìn)行配置、使其被放置成與第一負(fù)載線處于電流通狀態(tài)；一配置成聯(lián)結(jié)到第二負(fù)載線上的負(fù)載接頭；一電連接到正極和負(fù)極接頭的其中一個上的熔斷元件；以及一電連接到負(fù)極接頭和負(fù)載接頭的其中一個上的切換器件。
保護(hù)裝置可安裝在電源的內(nèi)部或外部。熔斷元件可以被替換。切換器件可以是可控硅整流器(“SCR”)、螺線管、繼電器、金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(“MOSFET”)、和/或任何其他合適的切換裝置。優(yōu)選地，保護(hù)裝置包括電連接到負(fù)極接頭和負(fù)載接頭上的甩負(fù)載保護(hù)裝置。甩負(fù)載裝置釋放掉負(fù)載部件的電壓。甩負(fù)載保護(hù)裝置可以是瞬變電壓抑制(“TVS”)二極管、硅雪崩二極管(“SAD”)、多層變阻器(“MLV”)、金屬氧化物變阻器(“MOV”)、和/或任何其他合適的甩負(fù)載保護(hù)裝置。
優(yōu)選地，切換器件通過信號源操作。信號源可以來自氣囊、氣囊傳感器、氣囊控制器、熱傳感器、運動傳感器、沖擊傳感器、燃料傳感器、壓力傳感器、液體傳感器和/或任何合適的信號源。示例性受保護(hù)的負(fù)載部件包括一旦緊急時應(yīng)當(dāng)關(guān)掉的電池纜線、噴油器、發(fā)動機風(fēng)扇、起動器、加熱器、壓縮機、和/或任何其他部件。示例性不受保護(hù)的負(fù)載部件包括一旦緊急時應(yīng)當(dāng)保持打開的電力鎖定裝置(如門)、閃光燈、電動車窗馬達(dá)、通信裝置(如無線電話)、和/或任何其他部件。


圖1為示出利用示例性交通工具電氣保護(hù)裝置的汽車電氣系統(tǒng)的一個實施方式的立體圖；
圖2為示出利用一體性安裝的交通工具電氣保護(hù)裝置的汽車電氣系統(tǒng)的另一實施方式的立體圖；圖3為顯示出一示例性交通工具電氣保護(hù)裝置的電路示意圖，其中熔斷元件和受熔斷保護(hù)的接觸端子放置在電池的正極側(cè)；圖4為顯示出一示例性交通工具電氣保護(hù)裝置的電路示意圖，其中熔斷元件和受熔斷保護(hù)的接觸端子放置在電池的負(fù)極側(cè)；圖5為示出利用一示例性交通工具電氣保護(hù)裝置的汽車電氣系統(tǒng)的另一實施方式的立體圖；圖6為示出如圖5所示的示例性交通工具電氣保護(hù)裝置的立體圖；圖7為示出如圖5所示的示例性交通工具電氣保護(hù)裝置的立體圖，圖中顯示了螺旋狀感應(yīng)器和熔斷組件；圖8為示出如圖5所示的示例性交通工具電氣保護(hù)裝置的正視圖，圖中顯示了螺旋狀感應(yīng)器和切換器件。
具體實施例方式
現(xiàn)參看附圖，尤其是圖1，圖中以系統(tǒng)10示出了用在交通工具電氣系統(tǒng)上的電氣保護(hù)裝置的一個實施方式。系統(tǒng)10包括電源12，比如電池，具有殼體14。正負(fù)極端子16a和18a分別從殼體14上伸出。在所示出的實施方式中，端子16a和18a垂直向上延伸，然而，端子可從殼體14上沿著任何合適的方向延伸。將電氣保護(hù)裝置20裝配到導(dǎo)體16a和18a上。保護(hù)裝置20包括與電源12的正極端子16a處于電連通狀態(tài)的正極接頭22。保護(hù)裝置20還包括與負(fù)極端子18a形成電接觸的負(fù)極接頭24。在所示出的實施方式中，裝置20包括放置在接頭22和24之間的負(fù)載接頭26。
負(fù)荷接頭26包括或形成有負(fù)荷端子28。在一實施方式中，相對于端子16a和18a的形狀，負(fù)荷端子28可具有不同的以及獨特的形狀或尺寸。如下將進(jìn)行更加詳細(xì)的論述，不同的形狀有助于防止負(fù)載線的錯誤連接。
熔斷元件30設(shè)置在接頭22和26之間。在一實施方式中，熔斷元件30為橫截面積小于接頭22和26的面積的彎曲或直的金屬件，其在端子16a和18a之間形成電連接弱點，一旦發(fā)生過電流則造成電連接在熔斷元件30處斷開。接頭22、24和26可由與熔斷元件30相同或者不同的材料或金屬構(gòu)成。這些接頭或元件的其中任一個或多個可以是銅、銅合金、鋅或任何其他合適的金屬，比如銀、金、錫、焊料及其任意組合或合金。此外，能夠使這些接頭或元件的其中任一個或多個具有鍍層，如鍍銀銅、鍍銀鋅、鍍錫銅、鍍錫鋅或多層鍍層。熔斷元件30還可由兩種相異的金屬制成。一旦發(fā)生過電流，則一種金屬將擴散到另一種金屬內(nèi)、從而形成具有更高電阻的合金，由此降低斷開熔斷元件30所需的溫度。在獲得具有所想要的或所限定的電流額定值的熔斷元件這方面上，較低溫度金屬32提供額外的調(diào)節(jié)控制作用。
對于術(shù)語“交通工具”上述可能含義中的每一種，將熔斷元件30的額定值設(shè)定成任何合適的交通工具電力供應(yīng)源的電流額定值。電流強度額定值的范圍從大約20安到大約2000安，但可將其配置成更高或更低的電流強度。在典型的機動車應(yīng)用中，電流上限值為大約50安到大約500安。
在一替代的實施方式中，保護(hù)裝置20包括以虛線顯示的電極32，其電連接到同樣以虛線顯示的可替換熔斷件34上。電極32和可替換熔斷件34可用以替代熔斷元件30或者作為所述熔斷元件30的補充。實際上，名稱為《多元件熔斷件配置》的美國專利申請第10/090,896號描述了類似的配置類型，其中所述專利申請轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，且其全部內(nèi)容通過引用而結(jié)合在本申請中。也就是說，能夠在初始時設(shè)置熔斷元件30，其中不需要或不使用替換熔斷件34。在熔斷元件30斷開后，將替換熔斷件34插入到電極32中、以在接頭22和接頭26之間重新形成連接?？晒┻x擇地，不設(shè)置熔斷元件30，而是在初始時使用熔斷件34、以形成所述接觸。進(jìn)一步可供選擇地，不使用電極32和熔斷件34，而在元件30斷開后替換掉裝置20。
在一可供選擇的實施方式中，在印刷電路板(“PCB”)上制作出保護(hù)裝置20。在該情況下，熔斷元件30包括一條或多條沿著電路板在接頭22和26之間延伸的PCB跡線，其自身為設(shè)置在PCB上的銅或其他金屬。
如所示出，電源12和保護(hù)裝置20可拆除地電連接到數(shù)條負(fù)載線上。具體地，負(fù)載正線36連接到正極端子16a。負(fù)載負(fù)線40則連接到負(fù)極端子18a。在一實施方式中，這些物理連接同時也將保護(hù)裝置20物理固定在位。可供選擇地，通過獨立接附機構(gòu)(未顯示)使保護(hù)裝置保持在位。
負(fù)載線40為負(fù)級負(fù)載線，其從負(fù)極端子18a延伸到交通工具底盤或地面。在某些情況下，比如裝有引入相對較高的電流量的起動器，則負(fù)載線40延伸到高電流部件、而不是底盤上。受熔斷保護(hù)的負(fù)載線38從負(fù)載端子28延伸到打算受熔斷元件30保護(hù)的交通工具內(nèi)電氣部件上。旁路負(fù)載線36從正極端子16a延伸到不打算受熔斷元件30保護(hù)的交通工具內(nèi)電氣部件。將負(fù)載線36和38的端子導(dǎo)體構(gòu)造成形狀不同、以與不同形狀的端子16a和28相適配，從而至少有助于避免將不打算受熔斷元件30保護(hù)的電氣部件連接到負(fù)載端子28上的可能性，反之亦然。
設(shè)置有切換器件50，以在接頭24和26之間選擇性地形成電連接。在所示出的實施方式中，切換器件50包括導(dǎo)體52和54，導(dǎo)體52和54可以是插塞式導(dǎo)體。在一實施方式中，一旦交通工具發(fā)生碰撞或災(zāi)難性事件，則切換器件50經(jīng)由導(dǎo)體52和54接收來自交通工具部件的信號。例如，信號可從爆破的氣囊、氣囊傳感器、氣囊控制器、熱傳感器、運動傳感器、沖擊傳感器、力傳感器、燃料傳感器、壓力傳感器、液體傳感器及其組合流動到切換器件50。也就是說，多個不同類型的傳感裝置，單獨地或以結(jié)合方式，可檢測到是否已經(jīng)發(fā)生了事故或其他類型的損害情況，并且隨后將信號發(fā)送到切換器件50。
切換器件50可以是一旦接收外源信號即形成電接觸的任何合適的器件。例如，切換器件50可以是可控硅整流器(SCR)、繼電器(固態(tài)或機械)或MOSFET。在所示出的實施方式中，切換器件50是與電連接到接頭26上的匹配元件56形成接觸的搖臂式螺線管。圖1所示為處于常開狀態(tài)的切換器件50。一旦接收來自一個或多個遠(yuǎn)程事故傳感源的信號，切換器件50促使臂58旋轉(zhuǎn)并且與匹配元件56形成接觸。圖2所示為一可供選擇的柱塞式切換器件150，其中，柱塞158以平移方式移動、從而與匹配元件156形成接觸。
在一實施方式中，切換器件50為可控硅整流器(“SCR”)。只要集成柵極(integral gate)比集成陰極處于更低的電壓，則SCR為常態(tài)非傳導(dǎo)。如果柵極電壓大于陰極電壓(如一旦接收來自信號源的信號)，則SCR變成傳導(dǎo)性(并可最終變成短路)，由此，使得電流能夠從陽極流到陰極。進(jìn)而使得電流能夠流過電氣保護(hù)裝置20，而造成熔斷元件斷開。SCR相當(dāng)適合于目前的應(yīng)用，原因為(i)一旦啟動SCR，則SCR繼續(xù)導(dǎo)電；(ii)SCR傾向于在傳導(dǎo)模式中出現(xiàn)故障(即故障短路而非故障斷開)。
然而，旨在有啟動信號(如電流的施加)時閉合的SCR和其他切換裝置50可以在過電流和/或電壓時故障斷開。例如，如果SCR經(jīng)受大的電流尖峰時，SCR可發(fā)生機械故障。優(yōu)選地，使感應(yīng)器31與切換器50串聯(lián)連接，以防止該情形的發(fā)生。感應(yīng)器31減緩施加到切換器50上的電流的上升速率，從而使得切換器能夠按設(shè)計閉合。在一實施方式中，切換裝置50兩側(cè)中的至少一側(cè)機械偏向切換裝置50的另一側(cè)，以在切換裝置閉合時，使切換裝置50的兩側(cè)保持處于電接觸。
在一實施方式中，切換器件50為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)。金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管利用了擊穿電壓，其中所述擊穿電壓為在該電壓下反向偏壓二極管被擊穿的電壓，從而使得顯著的電流能夠在源和漏極(drain)之間流動。在系統(tǒng)10中，金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管在由信號源供應(yīng)的特定電壓下?lián)舸?，使得電流能夠在端?6a和18a之間直接流動，從而造成熔斷元件30斷開。
如上所述，理想狀況為一旦發(fā)生事故或災(zāi)難性事件時，中斷通到交通工具電氣系統(tǒng)上的電力。例如，一旦發(fā)生此類事件時可能需要對其進(jìn)行保護(hù)的交通工具部件包括，但不限于，電池纜線、噴油器、發(fā)動機風(fēng)扇、起動器、加熱器、壓縮機和任何其他部件，尤其是引入高電流的部件。另一方面，在事故或災(zāi)難性事件后會需要繼續(xù)接收電力的部件可包括，但不限于，電力鎖定裝置(如門)、前燈、內(nèi)燈、應(yīng)急燈、自動車窗馬達(dá)、通信系統(tǒng)(如移動電話、On-StarTM等等)以及潛在的其他部件。保護(hù)裝置20使得能夠具有這樣的熔斷/旁路配置。
某些電池設(shè)置有頂部安裝端子，如顯示為端子16a和18a，其他電池則設(shè)置有側(cè)部安裝端子，如以虛線顯示為端子16b和18b。任一類型的端子可與文中所述的保護(hù)裝置20一同使用。
如所示及所述，熔斷元件30在第一情況下斷開，即當(dāng)要求過高的電流來自受熔斷保護(hù)的負(fù)載線38時。由此，熔斷元件30為連接到線38上的部件提供了過電流保護(hù)。熔斷元件30還保護(hù)電源避免過度負(fù)荷。一旦發(fā)生交通工具事故或災(zāi)難性事件，熔斷件30同樣也在第二情況下斷開，即當(dāng)切換器件50接收到指示出所述事件的信號、以及閉合而在端子16a和18a之間形成直接連接時。應(yīng)可理解，在可供選擇的實施方式中，將裝置20設(shè)置成僅具有過電流保護(hù)，或僅具有災(zāi)害或災(zāi)難性事件保護(hù)。
進(jìn)一步可供選擇地，以上保護(hù)類型的任意組合可以與由保護(hù)裝置20所提供的第三保護(hù)類型即甩負(fù)載保護(hù)結(jié)合。如上所述，可通過一些交通工具內(nèi)電子連接故障而造成交通工具甩負(fù)載的發(fā)生，比如交通工具發(fā)電機和電池之間的故障連接，或者切斷導(dǎo)體的其中之一(如導(dǎo)體36、38或40)與其各自的端子(亦即端子16a、28和18a)的連接。在交通工具的電氣系統(tǒng)中，甩負(fù)載可造成相當(dāng)高的電壓尖峰或瞬變(transient)的產(chǎn)生。
為了抵抗甩負(fù)載，將過電壓保護(hù)裝置60電連接到接頭24和26上。過電壓保護(hù)裝置60抑制(clamps)由于甩負(fù)載而產(chǎn)生的電壓尖峰，并且使得能夠具有適中的電流量，如其量小于熔斷元件的額定值，以經(jīng)過電氣保護(hù)裝置20而流到負(fù)極端子18a、負(fù)載負(fù)線40以及最終流到交通工具底盤或交通工具的其它部分或非交通工具的地面上。過電壓裝置60可以是，但不限于，瞬變電壓抑制(“TVS”)二極管、硅雪崩二極管(“SAD”)、多層變阻器(“MLV”)和金屬氧化物變阻器(“MOV”)，所述器件的其中每一種均展現(xiàn)出具有、或?qū)ζ溥M(jìn)行選擇而具有特定的抑制電壓。
將過電壓裝置60的尺寸構(gòu)造成、或?qū)λ鲞^電壓裝置60進(jìn)行選擇而使其電壓超過(i)電源或(ii)電氣系統(tǒng)的常規(guī)操作范圍，如對于機動車電池和電氣系統(tǒng)來說，分別超過12伏或14伏，但低于將潛在性對交通工具內(nèi)部件造成損害的電壓。對于過電壓保護(hù)裝置60，抑制電壓的其中一個合適的范圍為從大約十五伏到大約十六伏。確切地，本發(fā)明不受限于這樣的范圍，尤其對于當(dāng)前正在進(jìn)行的、開發(fā)36伏電池和42伏機動車發(fā)電系統(tǒng)的工作項目。此外，非交通工具類型的發(fā)電系統(tǒng)將會要求較低或較高以及有可能顯著較高的抑制電壓。
在常規(guī)操作中，如在沒有甩負(fù)載情況存在時，過電壓保護(hù)裝置60具有高電阻率。過電壓保護(hù)裝置60的常規(guī)阻抗使得非常少的電流流過保護(hù)裝置20。當(dāng)電壓瞬變或尖峰的確發(fā)生時，過電壓保護(hù)裝置60切換到受控及適中的電阻率，并且將尖峰抑制在合適的電壓，這使得源于尖峰的能量能夠經(jīng)過保護(hù)裝置20而耗散到交通工具底盤或者耗散到地面上。
如上所述，電氣保護(hù)裝置20可包括文中所述的不同類型的電氣保護(hù)的任意組合，如果需要，包括僅提供甩負(fù)載保護(hù))。然而，保護(hù)裝置20能夠提供過電壓保護(hù)、災(zāi)難性事件或事故保護(hù)以及甩負(fù)載保護(hù)。
圖1示出用于在熔斷元件30斷開后、對保護(hù)裝置20進(jìn)行替換或重新設(shè)定的一些實施方式，包括完全替換保護(hù)裝置20或替換斷開的可替換熔斷件34，比如插片式熔斷件。圖2示出了一可供選擇的系統(tǒng)110，其中，將一可供選擇的裝置120結(jié)合在一可供選擇的電源112中。可供選擇的裝置120包括許多相同于如上所述的部件，并且編號相同，比如接頭22、24和26。由于安裝在電源112的殼體114的下面，這些接頭以虛線顯示。以實線顯示的每一個部件則置于電源112的頂部上。
如上所述，熔斷元件30電連接在接頭22和26之間。對一可供選擇的切換裝置150進(jìn)行定位，以與匹配的元件156形成電接觸。匹配元件156接著經(jīng)由感應(yīng)器31連接到接頭26上。與切換器件150并聯(lián)放置的是過電壓保護(hù)裝置60，該過電壓保護(hù)裝置60提供甩負(fù)載保護(hù)，如上所述。電源還包括端子16a和18a，如上所述，并且可包括參照圖1所述的、可供選擇的側(cè)部延伸的端子16b和18b。
端子16a和18a分別經(jīng)由內(nèi)導(dǎo)體116和118而分別電連接到裝置接頭22和24上。負(fù)載端子28也設(shè)置在電源的頂部上，并且經(jīng)由導(dǎo)體128與接頭26形成電連接。如前所述，負(fù)載端子28可具有不同于正極端子16a的形狀，以防止不正當(dāng)電連接。與以上所述相同的負(fù)載線36到40可與如圖2所示的系統(tǒng)110聯(lián)合使用。保護(hù)裝置120還包括電極132，其中在第一熔斷元件30斷開時所述電極132接收替換熔斷件34。可供選擇地，不設(shè)置熔斷元件30，而是在初始時使用熔斷件或插片式熔斷件34。進(jìn)一步可供選擇地，不使用電極132和熔斷件34，其中，在熔斷元件30斷開后將電源112丟棄掉。
設(shè)置合適的觀察窗口122，從而使得交通工具操作人員或技術(shù)人員可檢測出熔斷元件30已經(jīng)斷開。還能夠使熔斷元件30涂敷上合適的材料，其中所述材料由于熱而蒸發(fā)、并且聚集在觀察窗口上，以提供熔斷元件30已經(jīng)斷開的進(jìn)一步證據(jù)。
以類似方式對連接件160，比如插塞式連接件，進(jìn)行設(shè)置并且將其放置成與切換器件150的信號導(dǎo)體152和154電接觸。操作人員簡單地將匹配信號線連接件(未示出)連接到連接件160中，從而使得切換器件150能夠進(jìn)行操作。裝置120按與上述裝置20相同的方式操作，并包括所有相同的可供選擇的操作方式。
現(xiàn)參看圖3和4，圖中示出了用于本發(fā)明的保護(hù)裝置的各種電氣配置。出于說明目的，顯示了與圖1所示的系統(tǒng)10和裝置20聯(lián)合使用的電源12和部件。然而應(yīng)可理解，顯示在圖3和4中的每一個可供選擇部件可同樣地應(yīng)用到如圖2所示的系統(tǒng)110和保護(hù)裝置120上。
圖3和4中的每一幅均示意性地包括具有代表性的正極接頭22、負(fù)極接頭24和負(fù)載接頭26。另外，每一配置均包括象征性地顯示為繼電器的切換器件50。每一配置還包括與上述切換器件50并聯(lián)操作的過電壓保護(hù)裝置60。此外，每一配置包括熔斷元件30和感應(yīng)器31。
所述配置還包括受熔斷元件保護(hù)的負(fù)載66和不受保護(hù)的或旁通的負(fù)載68。這些負(fù)載分別指代希望受熔斷件保護(hù)的、或者在交通工具事故或災(zāi)難性事件發(fā)生后保持有電的交通工具內(nèi)電氣部件。所述配置不同之處主要在于熔斷元件30以及接觸端子26的放置。然而，所述配置各自完全相同地操作，這說明本發(fā)明包括獲得所指出的裝置20的功能的任何配置。
圖3示意性地示出了如圖1所示的部件的配置。圖4將熔斷元件30、感應(yīng)器31和接頭26移動到負(fù)載66的負(fù)極側(cè)上，從而使得兩者均被定位在相對于正極接頭22的、負(fù)載66相對的側(cè)部上，并使得兩者均與負(fù)極接頭24處于直接電連通的狀態(tài)。
圖5-8示出了保護(hù)裝置20的另一實施例。在圖5中，保護(hù)裝置20示意性地連接到電源12的側(cè)部端子16b和18b上，比如機動車電池。如在圖5-8所示的示例性配置中所顯示，保護(hù)裝置20包括熔斷元件30和感應(yīng)器31。在該實施例中，熔斷元件30為挺直金屬件，具有在電連接上形成弱點的減小的橫截面積。當(dāng)發(fā)生過電流情況時，熔斷元件30永久斷開。
在該實施例中，將感應(yīng)器31制成螺旋狀金屬件。感應(yīng)器31可由與熔斷元件30相同的金屬件制成，或由不同的金屬件制成。任何合適的材料可用來制作感應(yīng)器31。另外，感應(yīng)器31可以為任何合適的形狀。例如，可使用方形或矩形感應(yīng)器。感應(yīng)器31可以構(gòu)造成電連接位于兩個不同平面上的兩個元件(如圖所示)，或者可以實質(zhì)上在一個單一的平面上構(gòu)造出感應(yīng)器31。在一實施方式中，感應(yīng)器31或感應(yīng)器31的一部分還起到熔斷元件30的作用。
如圖8所示，保護(hù)裝置20還包括切換器件50。在該實施例中，切換器件50為SCR器件。螺旋狀感應(yīng)器31減緩了施加到SCR上的電流的上升速率，從而使得SCR“熔融”在一起、以形成永久閉合連接。
應(yīng)可理解，對于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，針對文中所述的目前優(yōu)選的實施方式進(jìn)行各種變化和修改將是顯而易見的。在不偏離本發(fā)明的精神和范圍、以及在不減少其預(yù)期優(yōu)點的情況下，可進(jìn)行這樣的改變和修改。因此，這些改變和修改預(yù)期將由權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種電氣保護(hù)裝置，包括一電聯(lián)結(jié)到交通工具電池的第一端子以及電聯(lián)結(jié)到第一負(fù)載線上的第一接頭；一電聯(lián)結(jié)到交通工具電池的第二端子以及電聯(lián)結(jié)到第二負(fù)載線上的第二接頭，該第二接頭具有與第一接頭不同的電極性；一電聯(lián)結(jié)到第三負(fù)載線上的第三接頭；一電聯(lián)結(jié)到第一接頭和第三接頭上的熔斷件，其中，所述熔斷元件為第三負(fù)載線而不是為第一負(fù)載線提供過電流保護(hù)；一電聯(lián)結(jié)到第二接頭和第三接頭上的切換器件，其中，如果切換器件閉合，則熔斷元件斷開第一接頭和第三接頭之間的連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣保護(hù)裝置，其特征在于，所述第一接頭包括一正極電接頭，而所述第二接頭則包括一負(fù)極電接頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣保護(hù)裝置，其特征在于，所述第一接頭包括一負(fù)極電接頭，而所述第二接頭則包括一正極電接頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣保護(hù)裝置，其特征在于，所述切換器件通過一感應(yīng)器電聯(lián)結(jié)到第二接頭和第三接頭中的至少一個上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電氣保護(hù)裝置，其特征在于，所述感應(yīng)器和熔斷元件由一個單一的金屬件制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電氣保護(hù)裝置，其特征在于，將所述感應(yīng)器制成一螺旋狀金屬件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電氣保護(hù)裝置，其特征在于，所述感應(yīng)器和熔斷元件由一單一的金屬件制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣保護(hù)裝置，其特征在于，所述第一接頭和第二接頭具有第一形狀，而所述第三接頭則具有不同的第二形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣保護(hù)裝置，其特征在于，所述切換器件具有第一側(cè)和第二側(cè)，并且所述第一側(cè)機械偏向所述第二側(cè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣保護(hù)裝置，其特征在于，所述電氣保護(hù)裝置被配置成用于安裝在交通工具電池的內(nèi)部。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電氣保護(hù)裝置，其特征在于，所述電氣保護(hù)裝置包括位于熔斷元件上方的觀察窗口。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電氣保護(hù)裝置，其特征在于，所述熔斷元件涂敷上有一材料，該材料可以受熱而蒸發(fā)并且聚集在觀察窗口上。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣保護(hù)裝置，其特征在于，所述電氣保護(hù)裝置被配置成安裝在交通工具電池的外部。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣保護(hù)裝置，其特征在于，所述切換器件包括一裝置，該裝置選自于由以下裝置組成的一組裝置可控硅整流器(“SCR”)、螺線管、繼電器和金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(“MOSFET”)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣保護(hù)裝置，其特征在于，所述電氣保護(hù)裝置包括一電連接到第二接頭和第三接頭上的甩負(fù)載保護(hù)裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電氣保護(hù)裝置，其特征在于，所述甩負(fù)載保護(hù)裝置選自于由以下裝置組成的一組裝置瞬變電壓抑制(“TVS”)二極管、硅雪崩二極管(“SAD”)、多層變阻器(“MLV”)和金屬氧化物變阻器(“MOV”)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣保護(hù)裝置，其特征在于，所述切換器件一旦接收到來自信號源的信號即得到啟動。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣保護(hù)裝置，其特征在于，將所述熔斷元件的額定值設(shè)定在20安到2000安之間。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣保護(hù)裝置，其特征在于，所述熔斷元件電連接到甩負(fù)載保護(hù)裝置和切換器件上。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣保護(hù)裝置，其特征在于，所述熔斷元件電連接到第一接頭和切換器件上。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣保護(hù)裝置，其特征在于，所述熔斷元件通過一感應(yīng)器電連接第一接頭及切換器件上。
22.一種電源，包括一主體；從主體上伸出的正極和負(fù)極端子；及一電連接到正極和負(fù)極端子上的保護(hù)裝置，該裝置包括(i)一負(fù)載接頭；(ii)一位于負(fù)載接頭與正極和負(fù)極端子的其中一個之間的熔斷元件；(iii)一切換器件，其被安置成一旦接收來自信號源的信號即造成熔斷元件斷開；(iv)一位于熔斷元件和切換器件之間用于減緩施加到切換器件上的電流的上升速率的感應(yīng)器。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的電源，其特征在于，所述感應(yīng)器和熔斷元件由一單一的金屬件制成。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的電源，其特征在于，所述感應(yīng)器被制成一螺旋狀金屬件。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的電源，其特征在于，所述感應(yīng)器和熔斷元件由一單一的金屬件制成。
26.根據(jù)權(quán)利要求22所述的電氣保護(hù)裝置，其特征在于，所述切換器件具有第一側(cè)和第二側(cè)，并且所述第一側(cè)機械偏向所述第二側(cè)。
27.根據(jù)權(quán)利要求22所述的電源，其特征在于，所述電源包括與切換器件并聯(lián)安置的甩負(fù)載裝置。
28.根據(jù)權(quán)利要求22所述的電源，其特征在于，所述正極和負(fù)極端子被配置成連接到一旁路負(fù)載線上，所述旁路負(fù)載線的操作獨立于熔斷元件。
29.根據(jù)權(quán)利要求22所述的電源，其特征在于，所述正極和負(fù)極端子為第一端子，并且所述電源還包括其操作獨立于熔斷元件的第二正極和負(fù)極端子。
30.根據(jù)權(quán)利要求22所述的電源，其特征在于，所述保護(hù)裝置至少部分地位于主體的內(nèi)部。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的電源，其特征在于，所述熔斷元件為可替換型。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的電源，其特征在于，所述電源包括位于熔斷元件上方的觀察窗口。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的電源，其特征在于，所述熔斷元件上涂敷有一材料，該材料可以受熱而蒸發(fā)并且聚集在觀察窗口上。
34.根據(jù)權(quán)利要求22所述的電源，其特征在于，所述保護(hù)裝置位于主體的外部。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的電源，其特征在于，所述保護(hù)裝置為可替換型。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的電源，其特征在于，所述熔斷元件為可替換型。
37.一種汽車電氣系統(tǒng)，包括一電源；一電連接到電源上的保護(hù)裝置，所述裝置包括一熔斷元件和一切換器件，其中所述切換器件可操作以在接收到來自信號源的信號時會使所述熔斷元件斷開；至少一個電連接到電源及所述保護(hù)裝置并受到由熔斷元件所提供的過電保護(hù)的第一負(fù)載部件；至少一個電聯(lián)結(jié)到電源且其操作獨立于所述保護(hù)裝置的熔斷元件的第二負(fù)載部件。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個連接成用于減緩施加到切換器件上的電流的上升速率的感應(yīng)器。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的電源，其特征在于，所述感應(yīng)器和熔斷元件由一單一的金屬件制成。
40.根據(jù)權(quán)利要求38所述的電源，其特征在于，所述感應(yīng)器被制成螺旋狀金屬件。
41.根據(jù)權(quán)利要求37所述的電氣保護(hù)裝置，其特征在于，所述切換器件具有第一側(cè)和第二側(cè)，并且所述第一側(cè)機械偏向所述第二側(cè)。
42.根據(jù)權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個可操作以釋放掉第一負(fù)載部件的電壓的甩負(fù)載器件。
43.根據(jù)權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述信號源選自于由以下信號源組成的一組信號源氣囊、氣囊傳感器、氣囊控制器、熱傳感器、運動傳感器、沖擊傳感器、燃料傳感器、壓力傳感器、液體傳感器及其任意組合。
44.根據(jù)權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一負(fù)載部件包括電池纜線。
45.根據(jù)權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一負(fù)載部件選自于由以下部件所組成的一組部件噴油器、發(fā)動機風(fēng)扇、起動器、加熱器、壓縮機及其任意組合。
46.根據(jù)權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二負(fù)載部件選自于由以下部件所組成的一組部件電力鎖定裝置、閃光燈、電動車窗馬達(dá)、通信裝置及其任意組合。
47.一種交通工具電力供應(yīng)保護(hù)方法，包括接收一指示出緊急事件的信號；對接收信號作出響應(yīng)而閉合切換器；對閉合切換器作出響應(yīng)而斷開熔斷件；對斷開熔斷器作出響應(yīng)而停止第一負(fù)載部件的電流供應(yīng)；在斷開熔斷件后繼續(xù)為第二負(fù)載部件供應(yīng)電流。
48.根據(jù)權(quán)利要求47的方法，其特征在于，閉合切換器包括永久地閉合切換器。
49.根據(jù)權(quán)利要求47的方法，其特征在于，斷開熔斷件包括永久地斷開熔斷件。
50.根據(jù)權(quán)利要求47的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括甩負(fù)載保護(hù)的設(shè)置，所述甩負(fù)載保護(hù)用于釋放掉積蓄在第一負(fù)載部件及第二負(fù)載部件中的能量。
51.根據(jù)權(quán)利要求47的方法，其特征在于，閉合切換器包括機械偏置切換器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電氣保護(hù)裝置。該裝置能夠可拆除地接附到電源上或者安裝于電源的內(nèi)部，例如交通工具如汽車的電池，并且該裝置可以使用可替換的熔斷元件。該裝置包括一過電流保護(hù)元件，例如熔斷元件，以及提供以下電氣保護(hù)類型中的任何一個或多個(i)過電流保護(hù)；(ii)事故或災(zāi)難性事件的斷電保護(hù)；以及(iii)甩負(fù)載保護(hù)。該系統(tǒng)可以配置成保護(hù)某些特定交通工具電氣部件的過電流并允許其他部件獨立于過電流保護(hù)進(jìn)行操作。同時也示出和論述了利用該保護(hù)裝置的系統(tǒng)和方法。
文檔編號H02J7/00GK1910070SQ200480041017
公開日2007年2月7日 申請日期2004年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月26日
發(fā)明者威廉·P·布朗, 埃德溫·詹姆斯·哈里斯, 杰弗里·約翰·里博迪 申請人:力特保險絲有限公司