Brevet FR3089051A1 — publié le 20200529

Description Titre de l'invention : Fusible, circuit de véhicule pour véhicule électrique et véhicule électrique Domaine technique [0001] Le présent modèle d'utilité concerne le domaine technique des véhicules électriques et, en particulier, un fusible, un circuit de véhicule pour un véhicule électrique et un véhicule électrique. [0002] Contexte [0003] Afin d'assurer une protection contre les courts-circuits ou les surcharges, il est ac- tuellement nécessaire de connecter un fusible à un circuit de véhicule d'un véhicule électrique. Des fusibles industriels classiques (par exemple un fusible de protection d'un appareil ou un dispositif à semi-conducteur) sont actuellement utilisés par les constructeurs automobiles pour protéger les véhicules électriques. Ces fusibles classiques sont habituellement adaptés à une installation dans un milieu de fonctionnement qui est spacieux, qui permet la dissipation thermique, sans changements et qui présente une charge de courant et de tension stable avec peu de chocs, voire sans chocs. Les fusibles classiques ne répondent donc pas aux exigences d'installation dans les véhicules électriques car le milieu de fonctionnement implique un espace d'installation interne limité, que le fusible est soumis à des chocs répétés et des vibrations à haute température et sous une forte humidité et des fluctuations de la charge de courant. 100041 L'industrie a mené des études concernant les fusibles pour véhicules électriques. Parmi les aspects étudiés, l'amélioration de la capacité d'extinction d'arc des fusibles est un problème à résoudre de manière urgente. 100051 Résumé 100061 Le présent modèle d'utilité vise à fournir un fusible ayant une capacité d'extinction d'arc améliorée. 100071 Le présent modèle d'utilité vise en outre à fournir un circuit de véhicule pour un véhicule électrique mettant en oeuvre le fusible ci-dessus. 100081 Le présent modèle d'utilité vise en outre à fournir un véhicule électrique mettant en oeuvre le circuit de véhicule ci-dessus. 100091 Selon un aspect du présent modèle d'utilité, un fusible est fourni, le fusible ayant une direction longitudinale et une direction transversale et le fusible comprenant : un manchon, comportant une cavité sous forme de trou traversant s'étendant dans la direction longitudinale et destinée à recevoir du sable de quartz ; un corps de fusible, logé dans la cavité sous forme de trou traversant et comportant une pluralité 2 d'ouvertures espacées les unes des autres dans la direction transversale ; et deux lames de contact, positionnées au niveau des deux extrémités de la cavité sous forme de trou traversant et soudées chacune au corps de fusible par une plaque conductrice, dans lequel une couche de substance d'extinction d'arc est prévue sur le corps de fusible et un bord latéral de la couche de substance d'extinction d'arc est en contact avec les bords de deux ouvertures adjacentes quelconques parmi la pluralité d'ouvertures de sorte que la couche de substance d'extinction d'arc soit située à proximité d'un espace transversal minimal entre les bords des deux ouvertures. [0010] De préférence, une longueur transversale de la couche de substance d'extinction d'arc est égale à une longueur transversale du corps de fusible. [0011] De préférence, la pluralité d'ouvertures présentent, dans la direction longitudinale, un côté relativement proche d'un centre longitudinal du fusible et l'autre côté relativement éloigné du centre longitudinal du fusible et la couche de substance d'extinction d'arc est placée sur l'autre côté de la pluralité d'ouvertures. [0012] De préférence, la couche de substance d'extinction d'arc est formée par revêtement du corps de fusible avec une substance d'extinction d'arc et la substance d'extinction d'arc comprend au moins un adhésif organique. [0013] De préférence, la pluralité d'ouvertures comprennent un trou circulaire et/ou une fente en forme d'arc et un bord de la couche de substance d'extinction d'arc est tangent à, ou en intersection avec, un bord du trou circulaire et/ou de la fente en forme d'arc. [0014] De préférence, le fusible comprend deux plaques conductrices ; les deux plaques conductrices correspondent respectivement aux deux extrémités opposées du corps de fusible dans la direction longitudinale, sont placées dans la cavité sous forme de trou traversant du manchon et sont reliées au corps de fusible ; chacune des deux lames de contact passe à travers une plaque conductrice correspondante et est reliée au corps de fusible ; et une cavité interne définie par le manchon et les deux plaques conductrices est remplie avec le sable de quartz. [0015] De préférence, deux extrémités opposées longitudinales du manchon sont en outre pourvues de deux plaques de couverture ; les deux plaques de couverture sont fixées sur le manchon sur les côtés des deux plaques conductrices et orientées dans une direction s'éloignant de la cavité sous forme de trou traversant ; et chacune des deux lames de contact traverse une plaque de couverture correspondante et une plaque conductrice correspondante et est reliée au corps de fusible. [0016] Selon un autre aspect du présent modèle d'utilité, un circuit de véhicule pour un véhicule électrique est fourni et comprend un fusible connecté au circuit de véhicule, le fusible étant le fusible ci-dessus. [0017] Selon encore un autre aspect du présent modèle d'utilité, un véhicule électrique est fourni et comprend un circuit de véhicule, le circuit de véhicule étant le circuit de 3 véhicule pour véhicule électrique ci-dessus. [0018] Une partie des autres caractéristiques et avantages du présent modèle d'utilité sera évidente pour l'homme du métier après la lecture de la présente demande et le reste sera décrit dans la description détaillée qui suit en référence aux dessins annexés. Brève description des dessins [0019] Des modes de réalisation du présent. modèle d'utilité sont décrits en détail ci-après en référence aux dessins annexés, dans lesquels [0020] [fie.11 est une vue schématique d'un fusible selon un mode de réalisation du présent modèle d'utilité ; et [0021] [fig.21 est une vue schématique d'un corps de fusible selon un mode de réalisation du présent modèle d'utilité. [0022] Description des numéros dc référence : 1. Lame de contact 2. Plaque conductrice 3. Plaque de couverture 4. Joint d'étanchéité 5. Sable de quartz (contenant une certaine proportion d'agent de durcissement) 6. Corps de fusible 7. Manchon 8. Plaque conductrice 9. Lame de contact 10. Plaque de couverture 11. Joint d'étanchéité 12. Couche dc substance d'extinction d'arc 100. Fusible X. Direction longitudinale Y. Direction transversale h. Espace transversal minimal Description détaillée 100231 Une représentation schématique du dispositif selon le présent modèle d'utilité est décrite en détail en référence aux dessins annexés. Bien que les dessins annexés soient fournis dans le but de présenter certaines applications du présent modèle d'utilité, les dessins annexés n'ont pas besoin d'être tracés conformément à la taille des applications spécifiques. Certaines caractéristiques peuvent être agrandies, retirées ou partiellement représentées en coupe transversale pour mieux illustrer et expliquer l'exposé du présent modèle d'utilité. La position d'une partie des composants représentés sur les dessins annexés peut être ajustée en fonction des exigences réelles sans affecter l'effet technique. Dans la description, l'expression « dans les dessins annexés » ou les expressions similaires ne se rapportent pas nécessairement à la totalité des dessins joints ou des exemples. [0024] Certains ternies directionnels utilisés dans la suite pour décrire les dessins annexés, tels que « dans », « hors », « supérieur » et « inférieur » et d'autres termes directionnels, sont à interpréter selon leurs significations normales et désignent ces directions lorsqu'on regarde les dessins annexés de façon normale. Sauf indication contraire, les ternies directionnels dans la description correspondent essentiellement aux directions classiques comprises par l'homme du métier. [0025] Les ternies « premier », « un/le premier », « deuxième » et « un/le deuxième » et les termes similaires utilisés dans le présent modèle d'utilité n'indiquent pas un ordre, ni un nombre, ni une importance dans le présent modèle d'utilité et sont utilisés uniquement pour distinguer un composant d'autres composants. [0026] La figure 1 représente un exemple de mode de réalisation d'un fusible du présent modèle d'utilité. Le fusible de cet exemple est applicable, par exemple, à un circuit ayant une tension nominale de 1000 V et un courant nominal non supérieur à 550 A (par exemple un circuit de véhicule d'un véhicule électrique particulier) et sert à la protection contre les courts-circuits d'un bloc-batterie, d'un interrupteur d'entretien et d'autres circuits de charge et de décharge et à la protection contre les surcharges pour certains cas dans lesquels une surintensité n'est pas permise. [0027] Comme illustré sur la figure 1, le fusible est désigné par la référence numérique 100 ; une direction X indique une direction longitudinale (ou une direction dans le sens de la longueur) du fusible et une direction Y indique une direction transversale (ou direction dans le sens de la largeur) du fusible. Dans le mode de réalisation illustré, le fusible 100 inclut un manchon 7 comportant une cavité sous forme de trou traversant s'étendant dans la direction longitudinale X, un corps fusible 6 logé dans la cavité sous forme de trou traversant, deux lames de contact 1 et 9 reliées aux deux extrémités opposées du corps de fusible 6 dans la direction longitudinale X, deux plaques conductrices 2 et 8 recouvrant les deux extrémités opposées de la cavité sous forme de trou traversant, (lu sable de quartz 5 avec lequel une cavité interne définie par les deux plaques conductrices 2 et 8 et le manchon 7 est remplie et deux plaques de couverture 3 et 10 fixées sur des parties d'extrémité du manchon 7 sur des côtés extérieurs des deux plaques conductrices 2 et 8. [0028] Les deux plaques de couverture 3 et 10 peuvent être fixées au manchon 7 par des vis (par exemple, des vis autotaraudeuses). Pour améliorer un effet d'étanchéité, un joint d'étanchéité 4 peut être prévu entre une surface d'extrémité du manchon 7 et la plaque de couverture 3 correspondante et un joint d'étanchéité 11 peut être prévu entre la surface d'extrémité du manchon 7 et la plaque de couverture 10 correspondante. Le manchon 7 peut être choisi parmi un tube en porcelaine, un tube en verre époxy et un tube composite. Le tube en porcelaine est particulièrement adapté à un fusible connecté à un circuit avec une tension nominale de 1000 V et un courant nominal non supérieur à 550 A. Aussi bien les plaques de couverture 3 et 10 que les vis peuvent être fabriquées en acier inoxydable et peuvent répondre aux exigences de résistance à l'érosion causée par une vapeur saline et l'humidité à haute température. [0029] Dans les modes de réalisation illustrés sur les figures 1 et 2, le corps de fusible 6 est une feuille allongée ayant une section transversale variable. Le corps de fusible 6 peut être fabriqué à partir d'un matériau choisi parmi le cuivre, un composite de cuivre et d'argent et l'argent pur. Il est souhaitable de choisir l'argent pur pour préparer le corps de fusible 6 en raison de sa faible résistance électrique, de son point de fusion bas et de ses propriétés de résistance à l'oxydation. Six groupes d'ouvertures espacés les uns des autres dans la direction longitudinale X sont formés sur le corps de fusible 6. Chaque groupe d'ouvertures comporte dix ouvertures 61 espacées les unes des autres dans la direction transversale Y. « Espacées les unes des autres dans la direction transversale Y » inclut ici le cas dans lequel une ligne reliant les centres de toutes les ouvertures dans chaque groupe d'ouvertures est parallèle à la direction transversale Y et le cas dans lequel la ligne reliant les centres de toutes les ouvertures est légèrement inclinée selon un angle (par exemple, ± 10°) par rapport à la direction transversale Y. Comme illustré sur la figure 1 et sur la figure 2, parmi les dix ouvertures 61 de chaque groupe d'ouvertures transversal, deux ouvertures 61 les plus extérieures sont des fentes en forme d'arc et les huit autres ouvertures 61 sont des trous circulaires. Bien entendu, le nombre de groupes d'ouvertures et le nombre d'ouvertures incluses dans chaque groupe d'ouvertures peuvent être augmentés ou réduits en fonction des exigences de la situation (par exemple une tension prédéfinie et un courant prédéfini). Le bord de chaque ouverture 61 est en forme d'arc. Un espace transversal minimal h existe entre les bords de deux ouvertures 61 adjacentes l'une à l'autre dans la direction transversale. L'espace transversal minimal h peut également être appelé « passage étroit » et sa taille est inférieure à 1 millimètre, par exemple 0,16 millimètre ou 0,2 millimètre. Le corps de fusible 6 est revêtu d'un adhésif organique, de manière à former une couche de substance d'extinction d'arc 12 et la couche de substance d'extinction d'arc 12 doit être située le plus près possible du passage étroit. Dans le mode de réalisation illustré, l'ouverture 61 est un trou circulaire ou une fente en forme d'arc et un bord latéral de la couche de substance d'extinction d'arc 12 à proximité de l'ouverture 61 est tangent au bord de l'ouverture 61, de façon à ce que la couche de substance d'extinction d'arc 12 soit située le plus près possible du passage étroit. De plus, le bord latéral de la couche de substance d'extinction d'arc 12 peut également couper le bord de l'ouverture 61, de sorte que la couche de substance d'extinction d'arc 12 soit située le plus près possible 6 du passage étroit. Peu importe que la couche de substance d'extinction d'arc 12 soit tangente à ou coupe le bord de l'ouverture 61, dans les deux cas c'est une indication que le bord latéral de la couche de substance d'extinction d'arc 12 est en contact avec le bord de l'ouverture 61. [0030] Le trou circulaire ou la fente en forme d'arc n'est qu'un exemple de l'ouverture 61. Louverture 61 peut également se présenter sous une autre forme, par exemple une ellipse, un triangle, un losange, unc étoile ou une autre forme particulière et la forme de chaque ouverture dans chaque groupe d'ouvertures peut être différente. [0031] Le positionnement de la couche de substance d'extinction d'arc le plus près possible du passage étroit peut améliorer unc capacité de rupture du fusible et le principe est le suivant : lorsque le fusible rompt un courant de défaut de court-circuit, la première position où la fusion et un arc se produisent est le passage étroit. Si l'arc ne peut pas être éteint rapidement, alors l'arc jaillit du fusible ou un logement du fusible éclate. L'adhésif organique présent dans la couche de substance d'extinction d'arc peut se décomposer en raison de la température élevée de l'arc, de manière à générer du gaz et le gaz peut forcer les particules chargées à entrer dans le sable de quartz afin qu'elles subissent un refroidissement et une déionisation. Le gaz généré par décomposition augmente la pression de la cavité interne du logement, ce qui permet de &ioniser encore les particules chargées. Le procédé de déionisation des particules chargées est le procédé d'extinction d'arc. [0032] L'adhésif organique doit être appliqué à une position aussi proche que possible du passage étroit. Si l'adhésif organique est éloigné du passage étroit, alors la combustion de l'arc va durer pendant une période de temps plus longue et il se peut qu'un arc jaillisse du fusible ou que ce dernier éclate avant que l'adhésif organique se décompose et agisse. Cependant, il est à noter que l'adhésif organique ne peut pas être appliqué au niveau du passage étroit et que le revêtement au moyen de l'adhésif organique doit éviter le passage étroit ; si l'adhésif organique est appliqué au niveau du passage étroit, alors une température élevée, provoquée lorsque le fusible fonctionne normalement ou en légère surcharge, peut amener l'adhésif organique à être consumé de façon anticipée, ce qui détériore l'effet d'extinction d'arc ; en outre, l'adhésif organique empêcherait le passage étroit d'être en contact avec le sable de quartz et entraverait la circulation normale dans le passage étroit et la conduction thermique du sable de quartz, ce qui provoquerait une augmentation de la température du fusible. [0033] Dans le mode de réalisation illustré, l'adhésif organique est appliqué en tant que substance d'extinction d'arc sur une position aussi proche que possible du passage étroit afin d'améliorer la capacité de rupture du fusible. Cependant, l'homme du métier concevra que : une substance d'extinction d'arc applicable n'est pas limitée à l'adhésif organique ; tous les autres matériaux d'isolation susceptibles de générer du gaz par dé- 7 composition du fait de la température élevée de l'arc peuvent être appliqués en tant que substance d'extinction d'arc au corps de fusible de façon à former la couche de substance d'extinction d'arc ; et les autres substances d'extinction d'arc peuvent également être utilisées en mélange avec l'adhésif organique. L'ensemble des matériaux (par exemple, l'adhésif organique) et des procédés (par exemple, revêtement du corps dc fusible avec l'adhésif organique) intervenant dans le présent modèle d'utilité sont conventionnels et le présent modèle d'utilité n'implique pas d'améliorations des matériaux et procédés. [0034] Dans le mode dc réalisation illustré, la couche de substance d'extinction d'arc est placée sur un côté de chaque groupe d'ouvertures relativement éloigné, dans la direction longitudinale X, d'un centre longitudinal du fusible 100, dc sorte que le gaz généré par la décomposition de l'adhésif organique puisse « pousser » l'arc jusqu'à une partie médiane longitudinale du fusible 100, de manière à empêcher l'arc d'être « poussé » vers les plaques de couverture 3 et 10 et les lames de contact 1 et 9 et à éviter le cas dans lequel le sable de quartz subit un claquage provoqué par l'arc du fait que la quantité de sable de quartz aux deux extrémités longitudinales du fusible 100 est inférieure à la quantité de sable de quartz dans la partie médiane longitudinale. Toutefois, cela ne signifie pas que la couche de substance d'extinction d'arc puisse uniquement être placée du côté du groupe d'ouvertures représenté sur les dessins. Dans d'autres cas, la couche de substance d'extinction d'arc peut également être placée de l'autre côté du groupe d'ouvertures ou des couches de substance d'extinction d'arc sont placées sur les cieux côtés longitudinaux opposés du groupe d'ouvertures. Toutefois, il est à noter que la quantité d'adhésif organique n'est, de préférence, pas trop importante. Si la quantité est trop importante, alors la décomposition de l'adhésif organique génère trop de gaz, de sorte que la pression de la cavité interne du fusible est tellement élevée qu'elle provoque la fissure du fusible. [0035] Dans le mode de réalisation illustré, la couche de substance d'extinction d'arc 12 est en forme de bande et la longueur de celle-ci dans la direction transversale Y est approximativement égale à la longueur du corps de fusible 6 dans la direction transversale Y. Cependant, l'homme du métier peut également concevoir que : la longueur de la couche de substance d'extinction d'arc 12 dans la direction transversale Y peut être inférieure à la longueur du corps de fusible 6 dans la direction transversale Y tant que la couche de substance d'extinction d'arc est placée à proximité d'un passage étroit entre chaque paire d'ouvertures adjacentes dans chaque groupe d'ouvertures. [0036] Les deux plaques conductrices 2 et 8 sont respectivement disposées aux deux ex- trémités opposées du corps de fusible 6 dans la direction longitudinale X et sont raccordées (par exemple par brasage) au corps de fusible 6 pour former un tout. Les plaques conductrices 2 et 8 peuvent également être reliées fixement aux plaques de 8 couverture 3 et 10 des extrémités correspondantes par des vis. [0037] Au cours d'un processus d'assemblage, chacune des vis ci-dessus peut être revêtue d'un adhésif (par exemple un adhésif frein-filet) pour répondre aux exigences relatives aux vibrations et à la résistance aux chocs. [0038] Les deux lames de contact 1 et 9 sont respectivement installées fixement sur les deux plaques de couverture 3 et 8 au moyen de vis. La lame de contact 1 passe à travers un trou traversant sous forme de cavité dans la plaque de couverture 3, est rivetée à la plaque conductrice 2 et est reliée à une extrémité longitudinale du corps de fusible 6 et la lame de contact 9 passe à travers un trou traversant sous forme de cavité dans la plaque de couverture 10, est rivetée à la plaque conductrice 8 et est reliée à l'autre extrémité longitudinale du corps de fusible 6. Les deux lames de contact 1 et 9 peuvent être reliées au corps de fusible 6, par exemple, par brasage (par exemple, brasage point par point). Bien que la figure 1 montre la lame de contact 1 comme une lame de contact en forme de crochet et la lame de contact 9 comme une lame de contact en forme de fourche, l'homme du métier peut comprendre que la forme spécifique de la lame de contact peut être ajustée en fonction des exigences de la situation (par exemple, des exigences d'installation). Par exemple, les deux lames de contact 1 et 9 peuvent être des lames de contact en forme de crochet ou les deux lames de contact 1 et 9 peuvent être des lames de contact en forme de fourche. [0039] En prenant le fusible 100 de la figure 1 comme exemple, un procédé d'assemblage de celui-ci comprend : 1. riveter la lame de contact 1 à la plaque conductrice 2 ; 2. riveter la lame de contact 9 à la plaque conductrice 8 ; 3. utiliser un accessoire pour souder une extrémité du corps de fusible 6 revêtue de la couche de substance d'extinction d'arc 12 à un composant assemblé riveté formé par la lame de contact 1 et la plaque conductrice 2 ; 4. utiliser un accessoire pour souder l'autre extrémité du corps de fusible 6 revêtue de la couche de substance d'extinction d'arc 12 à un composant assemblé riveté formé par la lame de contact 9 et la plaque conductrice 8 ; 5. placer le manchon 7 sur un composant d'un seul tenant soudé formé par les étapes 1 à 4 ci-dessus, les diamètres des plaques conductrices 2 et 8 étant inférieurs à un diamètre interne de la cavité sous forme de trou traversant du manchon 7 ; 6. utiliser un accessoire pour emmancher d'une part le joint d'étanchéité 4 et la plaque de couverture 3 et d'autre part le joint d'étanchéité 11 et la plaque de couverture 10 respectivement sur les deux côtés du manchon 7, utiliser des vis pour fixer les plaques de couverture 3 et 10 aux deux extrémités du manchon 7 et utiliser des vis pour fixer les deux plaques conductrices 2 et 8 aux plaques de couverture 3 et 10, de telle sorte que le fusible forme un tout ; 9 7. utiliser un bouchon plein pour obturer des orifices de remplissage réservés sur la plaque de couverture 3 et la plaque conductrice 2 et remplir la cavité interne de sable de quartz 5 par des orifices de remplissage réservés sur la plaque de couverture 10 et la plaque conductrice 8 et il convient, à ce stade, de noter que la cavité interne ne peut pas être remplie de sable de quartz 5 avant que la couche de substance d'extinction d'arc 12 ne se soit solidifiée ; 8. utiliser un autre bouchon comportant un évent pour obturer les orifices de remplissage réservés sur la plaque de couverture 10 et la plaque conductrice 8 ; et 9. placer le fusible entier dans un four de solidification afin de solidifier le sable de quartz dans la totalité du fusible au moyen d'une température élevée, une humidité élevée et une pression négative. [0040] Le fusible ci-dessus utilise une structure entièrement étanche et un corps de fusible ayant un matériau d'extinction d'arc organique et peut répondre totalement aux exigences suivantes d'un véhicule électrique : l'espace interne est limité ; un environnement d'utilisation est rude ; une montée en température est faible ; et un important courant de défaut doit être rompu. Le fusible peut protéger efficacement un circuit de véhicule et d'autres composants. [0041] TI est à noter que bien que la description soit présentée selon chaque mode de réa- lisation, chaque mode de réalisation ne comporte pas nécessairement unc seule solution technique indépendante. La description n'est présentée de cette manière qu'à des fins de clarté et l'homme du métier devrait considérer la description dans son ensemble et les solutions techniques dans les modes de réalisation peuvent également être combinées de manière appropriée pour former d'autres applications concevables par l'homme du métier. [0042] Ce qui est décrit ci-dessus ne constitue que des exemples d'applications spécifiques du présent modèle d'utilité, mais n'est pas destiné à limiter la portée du présent modèle d'utilité. Toute variation, modification ou combinaison équivalente faite par l'homme du métier sans s'écarter de la conception et du principe du présent modèle d'utilité s'inscrit dans le cadre de protection du présent modèle d'utilité. [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6]