(57)【要約】電気的保護装置が提供される。装置は、取り外し可能に取り付けられ得るか、または車両の、例えば自動車のバッテリのような電源装置の内部に取り付けられ得ると共に、交換可能なヒューズ素子を使用することができる。装置は、ヒューズ素子のような過電流保護素子を備えると共に、以下の種類の電気的保護、すなわち(i)過電流保護、(ii)事故または大惨事電力遮断保護、及び(iii)負荷ダンプ保護の内のいずれか１つ以上を提供する。システムは、過電流から特定の車両電気部品を保護すると共に、過電流保護から独立した状態で他のものが動作することを可能にするように構成可能である。保護装置を使用するシステム、及び方法が同様に説明されると共に、論じられる。
2007512185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両バッテリの第１の端子に電気的に接続されると共に、第１の負荷ラインに電気的に接続される第１の接点と、
前記車両バッテリの第２の端子に電気的に接続されると共に、第２の負荷ラインに電気的に接続される、前記第１の接点と異なる電気極性を有する第２の接点と、
第３の負荷ラインに電気的に接続される第３の接点と、
前記第１の接点及び前記第３の接点に電気的に接続されるヒューズ素子と、
前記第２の接点及び前記第３の接点に電気的に接続される開閉装置とを備え、
前記ヒューズ素子が、前記第１の負荷ラインではなく前記第３の負荷ラインに過電流保護を提供すると共に、
もし前記開閉装置が閉じられる場合、前記ヒューズ素子が、前記第１の接点と前記第３の接点との間の接続を開放する
ことを特徴とする電気的保護装置。
【請求項２】
前記第１の接点が電気的に正極の接点を構成すると共に、前記第２の接点が電気的に負極の接点を構成する
ことを特徴とする請求項１に記載の電気的保護装置。
【請求項３】
前記第１の接点が電気的に負極の接点を構成すると共に、前記第２の接点が電気的に正極の接点を構成する
ことを特徴とする請求項１に記載の電気的保護装置。
【請求項４】
前記開閉装置が、誘導素子を経由して、前記第２の接点及び前記第３の接点の内の少なくとも１つに電気的に接続される
ことを特徴とする請求項１に記載の電気的保護装置。
【請求項５】
前記誘導素子、及び前記ヒューズ素子が、単一の金属片から形成される
ことを特徴とする請求項４に記載の電気的保護装置。
【請求項６】
前記誘導素子が、らせん形の金属片として形成される
ことを特徴とする請求項４に記載の電気的保護装置。
【請求項７】
前記誘導素子、及び前記ヒューズ素子が、１つの金属片から形成される
ことを特徴とする請求項６に記載の電気的保護装置。
【請求項８】
前記第１の接点、及び前記第２の接点が、第１の形状を有していると共に、
前記第３の接点が、前記第１の形状と異なる第２の形状を有している
ことを特徴とする請求項１に記載の電気的保護装置。
【請求項９】
前記開閉装置が、第１の切り替え位置、及び第２の切り替え位置を有していると共に、
前記第１の切り替え位置が、前記第２の切り替え位置の方向に向かって機械的に付勢されている
ことを特徴とする請求項１に記載の電気的保護装置。
【請求項１０】
前記車両バッテリの内部に取り付けられるように配置される
ことを特徴とする請求項１に記載の電気的保護装置。
【請求項１１】
前記ヒューズ素子の上方に観察窓を備える
ことを特徴とする請求項１０に記載の電気的保護装置。
【請求項１２】
前記ヒューズ素子が、熱によって気化すると共に、観察窓にたまる材料でコーティングされる
ことを特徴とする請求項１１に記載の電気的保護装置。
【請求項１３】
前記車両バッテリの外部に取り付けられるように配置される
ことを特徴とする請求項１に記載の電気的保護装置。
【請求項１４】
前記開閉装置が、シリコン制御整流器（“ＳＣＲ”）、ソレノイド、リレー、及び金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（“ＭＯＳＦＥＴ”）で構成されるグループの中から選択された素子を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の電気的保護装置。
【請求項１５】
前記第２の接点、及び前記第３の接点に電気的に接続される負荷ダンプ保護装置を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の電気的保護装置。
【請求項１６】
前記負荷ダンプ保護装置が、過渡電圧抑制（“ＴＶＳ”）ダイオード、シリコンアバランシェダイオード（“ＳＡＤ”）、積層型バリスタ（“ＭＬＶ”）、及び酸化金属バリスタ（“ＭＯＶ”）で構成されるグループの中から選択される
ことを特徴とする請求項１５に記載の電気的保護装置。
【請求項１７】
前記開閉装置が、信号源から信号を受信すると作動する
ことを特徴とする請求項１に記載の電気的保護装置。
【請求項１８】
前記ヒューズ素子が、２０アンペアと２，０００アンペアとの間に定格を定められる
ことを特徴とする請求項１に記載の電気的保護装置。
【請求項１９】
前記ヒューズ素子が、前記負荷ダンプ保護装置、及び前記開閉装置に電気的に接続される
ことを特徴とする請求項１に記載の電気的保護装置。
【請求項２０】
前記ヒューズ素子が、前記第１の接点、及び前記開閉装置に電気的に接続される
ことを特徴とする請求項１に記載の電気的保護装置。
【請求項２１】
前記ヒューズ素子が、前記誘導素子を経由して、前記第１の接点、及び前記開閉装置に電気的に接続される
ことを特徴とする請求項１に記載の電気的保護装置。
【請求項２２】
筐体と、
前記筐体から伸びる正極側端子及び負極側端子と、
前記正極側端子及び前記負極側端子に電気的に接続される保護装置とを備え、
前記保護装置が、
(i)負荷用接点と、
(ii)前記負荷用端子と、前記正極側端子及び前記負極側端子の内の１つとの間に配置されたヒューズ素子と、
(iii)信号源から信号を受信することで前記ヒューズ素子を開放させるように配置された開閉装置と、
(iv)前記開閉装置に印加される電流上昇の速度を低下させるために、前記ヒューズ素子と前記開閉装置との間に配置された誘電素子とを備える
ことを特徴とする電源装置。
【請求項２３】
前記誘導素子、及び前記ヒューズ素子が、１つの金属片から形成される
ことを特徴とする請求項２２に記載の電源装置。
【請求項２４】
前記誘導素子が、らせん形の金属片として形成される
ことを特徴とする請求項２２に記載の電源装置。
【請求項２５】
前記誘導素子、及び前記ヒューズ素子が、１つの金属片から形成される
ことを特徴とする請求項２４に記載の電源装置。
【請求項２６】
前記開閉装置が、第１の切り替え位置、及び第２の切り替え位置を有していると共に、
前記第１の切り替え位置が、前記第２の切り替え位置の方向に向かって機械的に付勢されている
ことを特徴とする請求項２２に記載の電源装置。
【請求項２７】
前記開閉装置と並列に配置される負荷ダンプ装置を備える
ことを特徴とする請求項２２に記載の電源装置。
【請求項２８】
前記正極側端子及び前記負極側端子が、バイパス負荷ラインに接続されるように構成され、
前記バイパス負荷ラインが、前記ヒューズ素子から独立して機能する
ことを特徴とする請求項２２に記載の電源装置。
【請求項２９】
前記正極側端子及び前記負極側端子が、前記ヒューズ素子から独立して機能する第２の正極側端子及び第２の負極側端子を有する第１の正極側端子及び第１の負極側端子である
ことを特徴とする請求項２２に記載の電源装置。
【請求項３０】
前記保護装置が、前記筐体内部の一部分に少なくとも配置されている
ことを特徴とする請求項２２に記載の電源装置。
【請求項３１】
前記ヒューズ素子が、交換可能である
ことを特徴とする請求項３０に記載の電源装置。
【請求項３２】
前記ヒューズ素子の上方に観察窓を備える
ことを特徴とする請求項３０に記載の電源装置。
【請求項３３】
前記ヒューズ素子が、熱によって気化すると共に、観察窓にたまる材料でコーティングされる
ことを特徴とする請求項３２に記載の電源装置。
【請求項３４】
前記保護装置が、前記筐体の外部に配置される
ことを特徴とする請求項２２に記載の電源装置。
【請求項３５】
前記保護装置が、交換可能である
ことを特徴とする請求項３４に記載の電源装置。
【請求項３６】
前記ヒューズ素子が、交換可能である
ことを特徴とする請求項３４に記載の電源装置。
【請求項３７】
電源装置と、
前記電源装置に電気的に接続される保護装置とを備え、
前記保護装置が、
ヒューズ素子と、
信号源から信号を受信すると前記ヒューズ素子を開放するように動作可能な開閉装置と、
前記電源装置及び前記保護装置に電気的に接続されると共に、前記ヒューズ素子によって提供されたサージ保護を前提とする少なくとも１つの第１の負荷部品と、
前記電源装置に電気的に接続されると共に、前記保護装置の前記ヒューズ素子から独立して機能する少なくとも１つの第２の負荷部品とを備える
ことを特徴とする自動車用電気システム。
【請求項３８】
前記開閉装置に印加される電流上昇の速度を低下させるために接続される誘導素子を更に備える
ことを特徴とする請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
前記誘導素子、及び前記ヒューズ素子が、単一の金属片から形成される
ことを特徴とする請求項３８に記載のシステム。
【請求項４０】
前記誘導素子が、らせん形の金属片として形成される
ことを特徴とする請求項３８に記載のシステム。
【請求項４１】
前記開閉装置が、第１の切り替え位置、及び第２の切り替え位置を有していると共に、
前記第１の切り替え位置が、前記第２の切り替え位置に向かって機械的に付勢されている
ことを特徴とする請求項３８に記載のシステム。
【請求項４２】
前記第１の負荷部品から電圧を放電するように動作可能な負荷ダンプ装置を更に備える
ことを特徴とする請求項３７に記載のシステム。
【請求項４３】
前記信号源が、エアバッグ、エアバッグセンサ、エアバッグ制御器、熱センサ、運動センサ、衝撃センサ、燃料センサ、圧力センサ、液体センサ、及びそれらのあらゆる組み合わせから構成されるグループの中から選択される
ことを特徴とする請求項３７に記載のシステム。
【請求項４４】
前記第１の負荷部品が、バッテリケーブルを含む
ことを特徴とする請求項３７に記載のシステム。
【請求項４５】
前記第１の負荷部品が、燃料噴射装置、エンジンファン、スタータ、ヒータ、コンプレッサ、及びそれらのあらゆる組み合わせから構成されるグループの中から選択される
ことを特徴とする請求項３７に記載のシステム。
【請求項４６】
前記第２の負荷部品が、電動ロック装置、点滅ライト、電動窓モータ、通信装置、及びそれらのあらゆる組み合わせから構成されるグループの中から選択される
ことを特徴とする請求項３７に記載のシステム。
【請求項４７】
緊急な事象を表している信号を受信する処理と、
前記信号を受信する処理に応答してスイッチを閉じる処理と、
前記スイッチを閉じる処理に応答してヒューズを開放する処理と、
前記ヒューズを開放する処理に応答して第１の負荷部品に対する電流の供給を停止する処理と、
前記ヒューズを開放する処理の後も第２の負荷部品に対する電流の供給を継続する処理と
を含むことを特徴とする車両用電力供給保護方法。
【請求項４８】
前記スイッチを閉じる処理が、永久的に前記スイッチを閉じる処理を含む
ことを特徴とする請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記ヒューズを開放する処理が、永久的に前記ヒューズを開放する処理を含む
ことを特徴とする請求項４７に記載の方法。
【請求項５０】
前記第１の負荷部品、及び前記第２の負荷部品に蓄積されるエネルギーを放電するための負荷ダンプ保護を提供する処理を更に含む
ことを特徴とする請求項４７に記載の方法。
【請求項５１】
前記スイッチを閉じる処理が、前記スイッチを機械的に付勢する処理を含む
ことを特徴とする請求項４７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示されたシステムは、電気装置等々に関すると共に、特に電気装置の保護に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両、トラック、レクリエーション車両（recreational vehicles：ＲＶ車両）、オートバイ、セミトレーラトラクタ（truck tractors）、トレーラーハウス（motor homes）、３輪車両（three-wheeled vehicles）、スノーモービル、モータボート、航空機、及び他のもののような車両は、それぞれ電気装置を含んでいる。一般的に、これらの電気装置は、車両内に搭載されたバッテリによって電力を供給される。バッテリは、一般的に、化学形態でエネルギーを蓄積し、それは、必要とされる場合に電気として放出される。電力は、クランクを回してエンジンを始動するために、車両の点火システムによって使用されると共に、ライト、及び他のアクセサリに電力を供給することができる。更に、オルタネータベルトが機能しなくなった場合、バッテリは、同様に、車両の全体の電気システムに、短時間の間電力を供給する必要があるであろう。自動車バッテリは、一般的に、１２ボルト直流バッテリであると共に、かなり広い電圧範囲の電力を供給する。
【０００３】
自動車バッテリは、多くの場合、指定されたカットオフ電圧（これは、製造業者の仕様であると共に、７．２ボルトから１０．５ボルトまで変動し得る。）以下に低下することなく、華氏ゼロ度で３０秒の間、電流の量を供給するためのバッテリの能力であるコールドクランキング電流（cold cranking amps）に関して定格を定められる。自動車バッテリに関するコールドクランキング電流は、約５００アンペアから約１，５００アンペアまで変動し得る。更に、オートバイ、原動機付き自転車(moped)、及び他の小さな乗物のための更に小さなバッテリは、２５アンペアと同じくらい低いアンペア数を提供し得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ますます複雑な電気システムが自動車に実装されるので、自動車バッテリを保護するのと同様に、それらのシステムの中のそれらの装置を保護する必要性が増加することになる。同様に、更に高い電圧負荷のための３６ボルトバッテリを動かすであろう４２ボルト自動車用発電機を開発するために行われる重要な研究がある。バッテリの電圧が増加すると、同様に潜在的な損害も増加する。従って、短絡または過電流状態が発生するとき、車両の電気システムを保護する装置を提供することが望ましい。
【０００５】
自動車バッテリのような車両バッテリと関連付けられた別の問題は負荷ダンプ（load dump）である。自動車におけるメインバッテリラインは、負荷ダンプを含む多くの潜在的に有害な過渡電流の発生源である。発電機または交流発電機からバッテリまでの接続が切断されるとき、１つの形式の負荷ダンプが発生する。その時間中に、発電機は電力を供給し続けると共に、バッテリが発電機に接続されないので、その電力は、電圧を上昇させる電圧調整器に達する。機械的発電機は、一般的に、過電圧状態を抑制するのに数百ミリセカンドを必要とするが、しかし、その時間の間、電圧は２００ボルトと同じくらい高く上昇し得る。バッテリケーブルがバッテリから突然外されるとき、別の形式の負荷ダンプが発生する。そのような状況は、車両の電気システムの中の慣性エネルギーによって、バッテリに接続された電子部品の過度のストレスを引き起こし得る。従って、負荷ダンプによって引き起こされた過電圧による危険から、バッテリに接続された車両装置を保護する必要性が存在する。
【０００６】
同様に、自動車が歴史的に機械的装置に電子技術を加えるので、事故、または火災のような他の種類の破滅的な車両事象に関する潜在的な危険が増加する。そのような事象の際には、多くの電気部品への電力供給を中止することが望ましい。例えば、多くの自動車用燃料システムは、現在電子的に制御される。燃料の流れを止めると共に、損傷及び損害を最小限にするために、事故または大惨事の際に、燃料システムへの電力供給を中止することが望ましい。更に、事故は、多くの場合、電線の導体が露出される原因となり得ると共に、露出している電線は、その場合に車両シャーシと接触し、短絡の原因となり得る。短絡は、言い換えると、電気的な絶縁材を熱くして溶解し、潜在的に火災の原因となる。従って、特定の電気的な車両部品に対する電力供給を停止する装置の必要性が存在する。一方、事故または大惨事の際に、自動車の点滅ライト、ドアロック、セルラー電話等のような車両の他の部品及び機能に対しては、電力供給を維持することが好ましい。従って、その装置は、その必要性にも同様に適応するべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
車両用電気的保護装置が提供される。その装置は、車両のバッテリのような電源装置に、取り外し可能に取り付けられ得る。一実施例において、保護装置は、車両のバッテリの外部に、取り外し可能に取り付けられる。別の実施例において、保護装置は、一体化してバッテリの内部に保持される。いずれにせよ、保護装置は、常設のヒューズ素子、もしくは交換可能なヒューズ素子を備え得る。すなわち、様々な実施例において、ヒューズ、保護装置、または保護装置を使用する電源装置は、ヒューズ素子が開放すると交換される。ここに示されたように、もう一つの方法として、過電流保護装置はリセット可能である。
【０００８】
この開示の目的のために、“車両”という用語は、自動車、オートバイ、セミトレーラトラクタ、トレーラーハウス、レクリエーション車両、３輪車両、原動機付き自転車、モータボート、航空機、及びそれらのあらゆる組み合わせを含むが、しかしそれらに限定されない。同様に、“電源装置”という用語は、バッテリ、燃料電池、太陽エネルギー装置、及び発電機を含むが、しかしそれらに限定されない。更に、“ヒューズ”及び“ヒューズ素子”という用語が開示の至る所で使用される一方、本発明は、金属のヒューズ素子に明確に限定されないと共に、その代わりに、リセット可能な過電流装置を含む他の種類の過電流保護装置を含む。そのようなリセット可能な過電流装置の内の１つは、正温度係数（“ＰＴＣ”）装置である。
【０００９】
保護装置は、電源装置の正極側端子及び負極側端子に接続される。装置は、正極側端子と電気的に接続される正極側接点と、負極側端子と電気的に接続される負極側接点と、正極側接点と負極側接点との間に配置される負荷用接点とを備える。一実施例において、ヒューズ素子は、正極側接点と負極側接点との間に電気的に接続される。ヒューズ素子は、２０アンペアから２０００アンペアまでのような、あらゆる適当なアンペア数に関して定格を定められる。
【００１０】
開閉装置が提供されると共に、開閉装置は、選択的に、負極側端子を負荷用接点と電気的に接続するように動作可能である。車両の負極側の負荷ラインは、電源装置の負極側端子と電気的に接続されている。車両の中心的な正極側の負荷ライン（すなわち、望ましい形でヒューズで保護された装置に接続された負荷ライン）は、電源装置の正極側端子の代わりに、ヒューズ付の負荷用端子に接続されている。この構成によって、(i)電力の引き込みが定格アンペア数を越えるときか、もしくは(ii)ヒューズ素子が開放するまで負荷用端子／正極側端子と負極側端子との間を短絡させるように開閉装置が閉じるときに、ヒューズ素子を開放することが可能になる。
【００１１】
開閉装置は、自動車事故、または他の大災害を表している事象の際に作動する。例えば、開閉装置は、エアバッグが展開する際に作動する。エアバッグの展開が発生するとき、エアバッグ、エアバッグセンサ、またはエアバッグ制御器から、開閉装置に対して、信号が送信される。開閉装置は、多くの異なる種類のスイッチの内の１つであり得る。“開閉装置”という用語は、シリコン制御整流器（“ＳＣＲ”）、回転アームソレノイド（rotating arm solenoid）、平行移動アームソレノイド（translating arm solenoid）、リレー、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（“ＭＯＳＦＥＴ”）、及びそれらのあらゆる組み合わせを含むが、しかしそれらに限定されない。
【００１２】
開閉装置は、好ましくは、設計されたようにそのスイッチが閉じるように、スイッチに印加される電流上昇の速度を低下させるための誘導素子と接続されている。誘導素子は、らせん形の金属片として形成され得る。その誘導素子は、ヒューズ素子と同じ金属片から、もしくは個別の金属片から形成され得る。
【００１３】
ヒューズで保護された負荷ラインに接続される電気的負荷部品の各々は、このように過電流から保護されると共に、事故または大惨事の際には電源が切断される。車両の中の特定の電気部品は、大惨事または事故の際に操作可能であることが必要である、と思われるかもしれない（例えば、ライト）。従って、一実施例において、それらのヒューズで保護されない負荷に通じる第２の正極側の負荷ラインが、ヒューズ素子を回避して、正極側端子に接続されている。
【００１４】
負荷ダンプに対抗するために、素子を開放するには十分ではない負荷ダンプ電流のいくらかが保護装置を流れることを可能にする、過電圧装置または中間抵抗の状態の装置が、負極側端子と負荷用端子との間に、電圧制限器として電気的に接続されている。過電圧装置は、本質的に２つの機能を供給する。(i)例えば１５〜６０ボルトかそれ以上の所望の電圧に電圧をクランプすると共に、(ii)装置を流れる電流の量を制限する。もし負荷ダンプのシナリオからの電圧ノイズが発生する場合、例えば、発電機がバッテリから外された状態になるか、もしくはリード線が電源装置から外された状態になる場合、過電圧装置は、正極側の負荷ラインに沿って発生するあらゆる電圧ノイズをクランプすると共に、電圧ノイズが、保護装置全体を横断して、電源装置の負極側端子に、そして最終的にはグランドもしくは車両のシャーシに散らされることを可能にする。一実施例において、保護装置は、従って、負荷ダンプ保護装置として２倍になる。
【００１５】
上記で説明された目的のために、一実施例において、電気的保護装置が提供されると共に、電気的保護装置は、電源装置の正極側端子に接続されるように構成された正極側接点と、電源装置の負極側端子に接続されるように構成された負極側接点と、第２の負荷ラインと接続されるように構成された負荷用接点と、正極側接点と負極側接点の内の１つに電気的に接続されたヒューズ素子と、負極側接点と負荷用接点の内の１つに電気的に接続された開閉装置とを備え、正極側接点と負極側接点の内の１つが、第１の負荷ラインと電気的な通信状態に配置されるように構成されることを特徴とする。
【００１６】
保護装置は、電源装置の内部もしくは電源装置の外部に取り付けられ得る。ヒューズ素子は、交換可能であり得る。開閉装置は、シリコン制御整流器（“ＳＣＲ”）、ソレノイド、リレー、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（“ＭＯＳＦＥＴ”）、及び／または、他の適当な開閉装置であり得る。好ましくは、保護装置は、負極側接点及び負荷用接点に電気的に接続された負荷ダンプ保護装置を含む。その負荷ダンプ装置は、負荷部品から電圧を放電する。負荷ダンプ保護装置は、過渡電圧抑制（transient voltage suppression：ＴＶＳ）ダイオード、シリコンアバランシェダイオード（ＳＡＤ）、積層型バリスタ（ＭＬＶ）、酸化金属バリスタ（ＭＯＶ）、及び／または他の適当な負荷ダンプ装置であり得る。
【００１７】
好ましくは、開閉装置は、信号源によって動かされる。信号源は、エアバッグ、エアバッグセンサ、エアバッグ制御器、熱センサ、運動センサ、衝撃センサ、燃料センサ、圧力センサ、液体センサ、及び／または、あらゆる適当な信号源から構成され得る。保護された負荷部品の一例は、バッテリケーブル、燃料噴射装置、エンジンファン、スタータ、ヒータ、コンプレッサ、及び／または、非常事態の場合にはオフにされるべき他の部品を含む。保護されない負荷部品の一例は、電動ロック装置（例えば、ドア）、点滅ライト、電動窓モータ、通信装置（例えば、セルラー電話）、及び／または、非常事態の場合には利用可能状態で残存するべき他の部品を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
ここで、図を参照すると、しかも特に図１を参照すると、車両用電気システムに利用される電気的保護装置の一実施例が、システム１０で説明される。システム１０は、バッテリのような、筐体１４を有する電源装置１２を備えている。正極側端子１６ａ、及び負極側端子１８ａの各々は、筐体１４から伸びている。説明された実施例において、端子１６ａ、及び端子１８ａは、垂直に上方へ伸びるが、しかしながら、それらの端子は、筐体１４からあらゆる適当な方向に伸びることができる。電気的保護装置２０は、リード線１６ａ、及びリード線１８ａに取り付けられる。保護装置２０は、電源装置１２の正極側端子１６ａと電気的に通信状態にある正極側接点２２を備える。同様に、保護装置２０は、負極側端子１８ａと電気的に接触して回路を形成する負極側接点２４を備える。保護装置２０は、説明された実施例において、接点２２と接点２４との間に配置される負荷用接点２６を備える。
【００１９】
負荷用接点２６は、負荷用端子２８を備えるか、もしくは負荷用端子２８を規定する。一実施例において、負荷用端子２８は、端子１６ａ及び端子１８ａの形状とは異なる、独特な形状または大きさを有することができる。以下で更に詳細に論じられるように、その異なる形状は、負荷ラインの間違った接続を防止するのに役立つ。
【００２０】
ヒューズ素子３０は、接点２２と接点２６との間に提供される。一実施例において、ヒューズ素子３０は、接点２２から接点２６までの領域より少ない断面積を有すると共に、端子１６ａと端子１８ａとの間の電気的接続における弱い部分を作成する、曲げられた金属片もしくはストレートの金属片であり、過電流状態の電気的接続はヒューズ素子３０を開放する原因となる。接点２２、接点２４、及び接点２６は、同じ材料または異なる材料であり得るか、もしくはヒューズ素子３０のように金属の接点であり得る。それらの接点または素子のいずれか１つ以上は、銅、銅合金、亜鉛、または銀、金、錫、はんだ、及びそれらのあらゆる組み合わせ、または合金のような他の適当な金属であり得る。更に、それらの接点または素子のいずれか１つ以上は、例えば、銀メッキされた銅、銀メッキされた亜鉛、錫メッキされた銅、錫メッキされた亜鉛、または積層メッキのように、メッキされることが可能である。ヒューズ素子３０は、同様に、２つの異種金属から形成され得る。過電流の際、更に高い電気抵抗を有する合金を作成するように、１つの金属は別のものに拡散することになり、それによって、ヒューズ素子３０を開放するのに必要とされる温度を下げる。更に低い温度の金属３２は、所望の定格電流、もしくは定義された定格電流を有するヒューズ素子を実現する際に更なる調整を提供する。
【００２１】
上述されたその可能な意味のそれぞれに“車両”という用語を与えることによって、ヒューズ素子３０は、あらゆる適当な車両用電源装置定格電流に関して定格を定められる。定格電流範囲は、約２０アンペアから約２，０００アンペアまでであるが、しかし、更に高いアンペア数、もしくは更に低いアンペア数に設定されることもあり得る。一般的な自動車アプリケーションは、約５０アンペアから約５００アンペアまでの電流の上側限界を有しているであろう。
【００２２】
代替実施例における保護装置２０は、点線で示される電気電極３２を備え、電気電極３２は、同様に点線で示されるように、交換可能なヒューズ３４に電気的に接続される。電極３２、及び交換可能なヒューズ３４は、ヒューズ素子３０の代わりに、もしくはヒューズ素子３０と併せて使用され得る。実際に、本発明の管財人に割り当てられると共に、全体の内容が参照によって組み込まれた、“Multi-Element Fuse Array”と表題をつけられた米国特許出願番号10/090,896号は、同様の種類の装置を説明する。すなわち、ヒューズ素子３０が最初に提供されることが可能であり、交換ヒューズは全く必要でないか、もしくは使用されない。ヒューズ素子３０が開放した後で、交換ヒューズ３４が、接点２２と接点２６との間の接続を再生するために、電極３２に挿入される。もう一つの方法として、ヒューズ素子３０が提供されないと共に、その代りにヒューズ３４が前記の接点を生成するために最初に使用される。更にもう一つの方法として、電極３２、及びヒューズ３４が使用されないと共に、ヒューズ素子３０が開放した後で装置２０は交換される。
【００２３】
代替実施例において、保護装置２０は、プリント回路基板（“ＰＣＢ”）上で形成される。そのような場合において、ヒューズ素子３０は、接点２２と接点２６との間の基板に沿った１つ以上のＰＣＢトレースを含み、ＰＣＢトレース自身は、ＰＣＢ上で提供された銅、または他の金属である。
【００２４】
説明されたように、電源装置１２、及び保護装置２０は、複数の負荷ラインに対して、取り外し可能であると共に電気的に接続される。特に、正極側の負荷ライン３６は、正極側端子１６ａに接続されている。正極側の負荷ライン３８は、負荷用端子２８に接続されている。負極側の負荷ライン４０は、負極側端子１８ａに接続されている。一実施例において、それらの物理的接続は、同様に、物理的に適切に保護装置２０を固定する。もう一つの方法として、保護装置２０は、独立した取り付け機構（図示せず）によって、適切に支えられる。
【００２５】
負荷ライン４０は、負極側端子１８ａから車両のシャーシ、またはグランドまで伸びる負極側の負荷ラインである。いくつかの場合において、負荷ライン４０は、シャーシの代わりに、比較的高い量の電流を引き込むスタータのような高電流部品まで伸びる。ヒューズで保護された負荷ライン３８は、負荷用端子２８から、車両の中の、ヒューズ素子３０によって保護されることを意図された電気部品まで伸びる。バイパス負荷ライン３６は、正極側端子１６ａから、車両の中の、ヒューズ素子３０によって保護されることを意図されていない電気部品まで伸びる。ヒューズ素子３０によって保護されることを意図されていない電気部品が端子２８に接続される可能性を回避することを少なくとも助けるように、そしてその逆もまた同様であるように、負荷ライン３６及び負荷ライン３８の端子先端（terminal head）は、異なる形状に形成された端子１６ａ及び端子２８に適合するように、異なる形状に形成される。
【００２６】
開閉装置５０は、選択的に接点２４と接点２６との間の電気的接続を形成するように提供される。説明された実施例において、開閉装置５０は、プラグタイプのリード線であり得るリード線５２、及びリード線５４を備える。一実施例において、開閉装置５０は、車両衝突、または大惨事の際に、リード線５２、及びリード線５４を経由して、車両部品から信号を受信する。例えば、その信号は、爆発したエアバッグ、エアバッグセンサ、エアバッグ制御器、熱センサ、運動センサ、衝撃センサ、力（force）センサ、燃料センサ、圧力センサ、液体センサ、及びそれらのあらゆる組み合わせから、開閉装置５０に対して流れることができる。すなわち、単独の状態か、もしくは組み合わされた状態の複数の異なる種類の検出器は、事故もしくは他の種類の有害な状況が発生したかどうかと共に、それ以降開閉装置５０に対して信号が送信されているかどうかを検出することができる。
【００２７】
開閉装置５０は、外部の信号源から信号を受信すると、電気的に接触して回路を形成するあらゆる適当な装置であり得る。例えば、開閉装置５０は、シリコン制御整流器（“ＳＣＲ”）、（半導体の、もしくは機械的な）リレー、またはＭＯＳＦＥＴであり得る。説明された実施例において、開閉装置５０は、接点２６に電気的に接続される合わせ部材５６と接触して回路を形成するスイングアームタイプのソレノイドである。開閉装置５０は、図１において、通常は開状態で示されている。１つ以上の遠隔の事故を感知する信号源から信号を受信すると、開閉装置５０は、アーム５８を回転させると共に、合わせ部材５６と接触させて、回路を形成する。図２は、プランジャ１５８が平行移動し、合わせ部材１５６と接触して回路を形成する、代替のプランジャタイプの開閉装置１５０を示す。
【００２８】
一実施例において、開閉装置５０は、シリコン制御整流器（“ＳＣＲ”）である。内蔵のゲート（integral gate）が内蔵のカソード（integral cathode）より低い電圧である限り、ＳＣＲは、通常導通しない状態を維持する。もしゲート電圧がカソード電圧より大きくなる場合（例えば、信号源から信号を受信すると）、ＳＣＲは導通状態になり（そして結局短絡状態になり得る）、それによってアノードからカソードに電流を流すことが可能になる。言い換えると、これは、電流が電気的保護装置２０を流れることを可能にし、それはヒューズ素子３０を開放する原因となる。ＳＣＲは、(i)ＳＣＲが一度作動すれば、導通状態で電流を流し続けると共に、(ii)ＳＣＲが、導通モードで故障する傾向がある（すなわち、故障して開放するのと対照的に、故障して短絡する）ので、本願に良く適している。
【００２９】
しかしながら、活性化信号を受信すると（例えば、電流の応用）閉状態になるように意図されたＳＣＲ、及び他の開閉装置５０は、過剰電流、及び／または過剰電圧によって故障して開状態になる可能性がある。例えば、ＳＣＲは、もしＳＣＲが大きな電流ノイズを経験する場合、機械的に故障する可能性がある。好ましくは、誘導素子３１は、これが起こることを防止するために、開閉装置５０と直列に接続される。誘導素子３１は、設計されたようにスイッチが閉じるように、開閉装置５０に印加された電流上昇の速度を遅くする。一実施例において、開閉装置が閉じられるとき、開閉装置５０の２つの切り替え位置を電気的に接触するように維持するために、開閉装置５０の２つの切り替え位置の内の少なくとも１つは、開閉装置５０のもう一方の切り替え位置の方向に向かって機械的に付勢されている。
【００３０】
一実施例において、開閉装置５０は、ＭＯＳＦＥＴである。ＭＯＳＦＥＴは、ソースとドレインとの間にかなりの電流が流れることを可能にするように、逆方向バイアスダイオードが壊れる電圧である破壊電圧を使用する。システム１０において、ＭＯＳＦＥＴは、端子１６ａと端子１８ａとの間に直接電流が流れることを可能にするために、信号源によって供給された特別な電圧で壊れ、ヒューズ素子３０を開放する原因となる。
【００３１】
上述されたように、事故、または大惨事の際に、車両の電気システムへの電力供給を中止することが望ましい。例えば、そのような事象の際に保護される必要があるかもしれない車両部品は、バッテリケーブル、燃料噴射装置、エンジンファン、スタータ、ヒータ、コンプレッサ、及び、他の部品、とりわけ高電流を引き込む部品を含むが、しかしそれに限定されない。一方、事故、または大惨事の後でも電力を供給され続ける必要があるかもしれない部品は、電動ロック装置（例えば、ドア）、ヘッドライト、室内灯、非常灯、自動開閉窓モータ、通信システム（例えば、セルラー電話、Ｏｎ−Ｓｔａｒ（商標）等）、及び潜在的な他のものを含むが、しかしそれに限定されない。保護装置２０は、そのようなヒューズ／バイパス構成を可能にする。
【００３２】
端子１６ａ、及び端子１８ａとして示されたように、いくつかのバッテリは、トップマウント（上面取り付け）の端子を提供する。端子１６ｂ、及び端子１８ｂとして点線で示されたように、他のバッテリは、サイドマウント（側面取り付け）の端末を供給する。いずれかの種類の端子が、ここに示される保護装置２０によって使用され得る。
【００３３】
説明されると共に、論じられたように、第１の場合において、あまりにも多くの電流がヒューズで保護された負荷ライン３８から要求されつつあるとき、ヒューズ素子３０は開放する。その方法において、ヒューズ素子３０は、ライン３８と接続された部品に、過電流保護を提供する。ヒューズ素子３０は、同様に、電源装置を過度にストレスを受けることから保護する。第２の場合において、同様に、車両事故、または大惨事の際に、開閉装置５０が、そのような事象を示す信号を受信すると共に、端子１６ａと端子１８ａとの間の直接的な接続を形成するために閉じるとき、ヒューズ素子３０は開放する。代替実施例において、装置２０は、過電流保護のみ、または、災害もしくは大惨事の保護のみを備えることを提供されるということが認識されるべきである。
【００３４】
更にもう一つの方法として、上述の種類の保護のあらゆる組み合わせは、保護装置２０によって提供される第３の種類の保護、すなわちロードダンプ保護と組み合わせられ得る。上述されたように、車両負荷ダンプは、車両の発電機とバッテリとの機能不全の接続、またはリード線、例えばそれぞれの端子、すなわち端子１６ａ、端子２８、及び端子１８ａからのリード線３６、リード線３８、またはリード線４０の内の１本の切断のような、車両内の多数の電気的な接続の故障によって引き起こされ得る。負荷ダンプは、予想以上の高い電圧ノイズ、または過渡電流を、車両の電気システム内に発生させ得る。
【００３５】
負荷ダンプに対抗するために、過電圧保護装置６０は、接点２４、及び接点２６に電気的に接続される。過電圧保護装置６０は、負荷ダンプが原因の電圧ノイズをクランプして、中間量の電流、例えばヒューズ素子の定格未満の量の電流が、電気的保護装置２０を通して負極側端子１８ａ、負極側の負荷ライン４０、そして最終的には、車両のシャーシ、または他の種類の車両または非車両のグランドまで流れることを可能にする。過電圧保護装置６０は、それらの各々が、特別なクランプ電圧を備えることを示すと共に、特別なクランプ電圧を備えるように選択される過渡電圧抑制（“ＴＶＳ”）ダイオード、シリコンアバランシェダイオード（“ＳＡＤ”）、積層型バリスタ（“ＭＬＶ”）、及び酸化金属バリスタ（“ＭＯＶ”）であり得るが、しかしそれに限定されない。
【００３６】
過電圧保護装置６０は、例えば、それぞれ自動車バッテリ及び電気システムのための１２ボルトまたは１４ボルトより上で、潜在的に車両の中の部品に害を引き起こすこともあり得る電圧より下である、(i)電源装置、または(ii)電気システムの正常な動作範囲上に電圧を有するように、大きさが決定されるか、もしくは選択される。過電圧保護装置６０のためのクランプ電圧の１つの適当な範囲は、約１５ボルトから約６０ボルトまでである。本発明は、特に３６ボルトバッテリ、及び４２ボルト自動車用発電システムを開発するために行われる現在の研究を考慮した、そのような範囲に明確に制限されない。更に、非車両タイプの発電システムは、更に低い、もしくは更に高い、そして潜在的には著しく高いクランプ電圧を必要とするであろう。
【００３７】
通常運転において、例えば、負荷ダンプ状態が存在しないとき、過電圧保護装置６０は、高い抵抗力を有している。過電圧保護装置６０の正常時の抵抗は、保護装置２０を横断してほとんど電流が流れないほどのものである。過渡電圧、もしくは電圧ノイズが発生するとき、過電圧保護装置６０は、制御された中間の抵抗値に切り替わると共に、電圧ノイズを適当な電圧にクランプし、それは電圧ノイズからのエネルギーが保護装置２０を横断して車両シャーシ、あるいはそうでなければグランドに消散することを可能にする。
【００３８】
上述されたように、電気的保護装置２０は、もし希望された場合には負荷ダンプ保護だけを提供する場合を含んで、ここに示された異なる種類の電気的保護のあらゆる組み合わせを含むことができる。保護装置２０は、しかしながら、負荷ダンプ保護と同様に、過電流保護と、大惨事または事故保護を提供する能力がある。
【００３９】
図１は、保護装置２０を完全に交換すること、またはブレードヒューズ（blade fuse）のような、開放された交換可能なヒューズ３４を交換することを含んで、ヒューズ素子３０が開放した後で、保護装置２０を交換するか、もしくはリセットすることに関して多くの実施例を説明する。図２は、代替装置１２０が代替電源装置１１２の内部に統合される、代替システム１１０を説明する。代替装置１２０は、接点２２、接点２４、及び接点２６のような、上述された多数の同じ部品を備え、それらには同じ番号をつけた。それらの接点は、電源装置１１２の筐体１１４の内部に実装されるので、点線で示される。実線で示された部品の各々は、電源装置１１２の上面に存在する。
【００４０】
上述されたように、ヒューズ素子３０は、接点２２と接点２６との間に電気的に接続される。代替開閉装置１５０は、合わせ部材１５６と電気的に接触して回路を形成するように配置される。合わせ部材１５６は、その場合に、誘導素子３１を経由して、接点２６に接続する。開閉装置１５０と並列に置かれているのは、上述されたように負荷ダンプ保護を提供する過電圧保護装置６０である。電源装置は、同様に、上述されたように、端子１６ａ、及び端子１８ａを備えると共に、図１に関連して示された、もう一方の側面に伸びている端子１６ｂ、及び端子１８ｂを備えることができる。
【００４１】
端子１６ａ、及び端子１８ａは、それぞれ、内部のリード線１１６、及びリード線１１８を経由して、装置接点２２、及び装置接点２４に電気的に接続される。負荷用端子２８は、同様に、電源装置１１２の上面に提供されると共に、リード線１２８を介して、接点２６と電気的な接続を形成する。前と同様に、負荷用端子２８は、不適切な電気的接続を防止するために、正極側端子１６ａと異なる形状を有することができる。上述された同じ負荷ライン３６〜４０は、図２のシステム１１０と一緒に使用され得る。保護装置１２０は、同様に、最初のヒューズ素子３０が開放される場合、交換ヒューズ３４を受け止める（受け入れる）電気電極１３２を備える。もう一つの方法として、ヒューズ素子３０は提供されないと共に、その代りにヒューズ、またはブレードヒューズ３４が最初に使用される。更にもう一つの方法として、電極１３２、及びヒューズ３４は使用されず、ヒューズ素子３０が開放された後で電源装置１１２は廃棄される。
【００４２】
ヒューズ素子３０が開放したことを、車両の運転者、または技術者が発見し得るように、適切な観察窓１２２が提供される。同様に、ヒューズ素子３０が開放したことを示す更なる視覚的証拠を提供するために、熱によって気化すると共に、観察窓１２２にたまる適当な材料でヒューズ素子をコーティングすることができる。
【００４３】
同様の方法において、プラグコネクタのようなコネクタ１６０が提供されると共に、コネクタ１６０は、開閉装置１５０の信号リード線１５２、及び信号リード線１５４と電気的接触状態に置かれる。運転者は、開閉装置１５０の動作を可能にするために、組み合わせの相手になっている信号線コネクタ（図示せず）をコネクタ１６０に単に接続する。装置１２０は、装置２０に関して上述されのと同じように機能するか、装置２０に関して上述されたような、同一の機能を果たす代替手段の全てを含む。
【００４４】
図３及び図４を参照すると、本発明の保護装置に関する様々な電気的構成が説明される。説明の目的のために、電源装置１２と、図１においてシステム１０及び装置２０と一緒に使用される部品が示される。しかしながら、図３及び図４に示される代替手段の各々が、等しく図２のシステム１１０、及び保護装置１２０に適用できるということが認識されるべきである。
【００４５】
図３及び図４の各々は、概略的に、代表的な正極側接点２２、負極側接点２４、及び負荷用接点２６を備える。更に、構成の各々は、リレーとして比喩的に示される開閉装置５０を備える。各構成は、同様に、上述される開閉装置５０と並列に動作する過電圧保護装置６０を備える。更に、構成の各々は、ヒューズ素子３０、及び誘電素子３１を備える。
【００４６】
構成は、同様に、ヒューズ素子で保護された負荷６６、及び保護されていない負荷６８、もしくはバイパス負荷６８を備える。それらの負荷は、望ましい形でヒューズで保護された車両内の電気部品、もしくは、車両事故、または大惨事の際に、電力を供給される状態に維持される車両内の電気部品のことをそれぞれ指している。それらの構成は、主としてヒューズ素子３０、及び接点端子２６の配置に関して異なる。構成は、それぞれまさに同じ動作をするが、しかしながら、それらは、装置２０の規定された機能を達成するあらゆる構成を本発明が含むことを説明する。
【００４７】
図３は、図１において示された部品の配置を概略的に説明する。図４は、ヒューズ素子３０、誘導素子３１、及び接点２６を、両方が負荷６６に関して正極側接点２２とは反対側に配置されるように、そして、両方が負極側接点２４と直接的な電気的通信状態にあるように、負荷６６の負極側に動かす。
【００４８】
図５から図８は、保護装置２０の別の例を説明する。図５において、保護装置２０は、自動車バッテリのような電源装置１２の側面端子１６ｂ、及び側面端子１８ｂと機械的に接続される。図５から図８の一例の構成において示されたように、保護装置２０は、ヒューズ素子３０、及び誘導素子３１を備える。この例において、ヒューズ素子３０は、電気的接続において弱い部分を作成する減少した断面積を有するストレート金属片である。過電流状態が発生するとき、ヒューズ素子３０は、永久的に開放する。
【００４９】
この例において、誘導素子３１は、らせん形の金属片として形成される。誘導素子３１は、ヒューズ素子３０と同じ金属片から、もしくは個別の金属片から形成され得る。あらゆる適当な材料が、誘導素子３１を形成するために使用され得る。更に、誘導素子３１は、あらゆる適当な形状であり得る。例えば、四角形、もしくは矩形に成形された誘電素子が使用され得る。誘電素子３１は、（示されたように）２つの個別の平面内の２片を電気的に接続するように構成され得るか、または誘電素子３１は、１つの平面において実質的に構成され得る。一実施例において、誘電素子３１、または誘電素子３１の一部分は、同様に、ヒューズ素子３０として機能する。
【００５０】
図８において示されたように、保護装置２０は、同様に、開閉装置５０を備える。この例において、開閉装置５０は、ＳＣＲデバイスである。らせん形の誘電素子３１は、永久的に閉じられた接続を形成するためにＳＣＲが一緒に“溶解する”ように、ＳＣＲに印加された電流上昇の速度を遅くする。
【００５１】
ここに示された現在の好ましい実施例に対する様々な変更及び修正が当業者にとって明白であるということが理解されるべきである。そのような変更及び修正は、本発明の精神及び範囲からはずれずに、そしてその意図された利点を減少せずに実行され得る。従って、そのような変更及び修正が、添付された特許請求の範囲によってカバーされるということが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】一例の車両の電気的保護装置を使用する自動車用電気システムの一実施例を説明する透視図である。
【図２】一体化して取り付けられた車両の電気的保護装置を使用する自動車用電気システムの別の実施例を説明する透視図である。
【図３】ヒューズ素子、及びヒューズで保護された接点端子がバッテリの正極側に配置される、一例の車両の電気的保護装置を説明する電気的図面である。
【図４】ヒューズ素子、及びヒューズで保護された接点端子がバッテリの負極側に配置される、一例の車両の電気的保護装置を説明する電気的図面である。
【図５】一例の車両の電気的保護装置を使用する自動車用電気システムの別の実施例を説明する透視図である。
【図６】図５の一例の車両の電気的保護装置を説明する透視図である。
【図７】らせん形の誘電素子とヒューズの組立部品を示す、図５の一例の車両の電気的保護装置の透視図である。
【図８】らせん形の誘電素子と開閉装置を示す、図５の一例の車両の電気的保護装置の正面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０    車両用電気システム
１２    電源装置
１４    筐体
１６ａ、１６ｂ    正極側端子（リード線）
１８ａ、１８ｂ    負極側端子（リード線）
２０    電気的保護装置
２２    正極側接点
２４    負極側接点
２６    負荷用接点
２８    負荷用端子
３０    ヒューズ素子
３１    誘導素子
３２    電気電極
３４    交換可能なヒューズ
３６、３８    正極側の負荷ライン
４０    負極側の負荷ライン
５０    開閉装置
５２、５４    リード線
５６    合わせ部材
５８    アーム
６０    過電圧保護装置
６６    負荷
６８    バイパス負荷（無防備の負荷）
１１０    代替システム
１１２    代替電源装置
１１４    筐体
１２０    代替保護装置
１２２    観察窓
１３２    電気電極
１５０    プランジャタイプの開閉装置
１５２、１５４    信号リード線
１５６    合わせ部材
１５８    プランジャ
１６０    コネクタ
【図１】
2007512185.tif 000003
【図２】
2007512185.tif 000004
【図３】
2007512185.tif 000005
【図４】
2007512185.tif 000006
【図５】
2007512185.tif 000007
【図６】
2007512185.tif 000008
【図７】
2007512185.tif 000009
【図８】
2007512185.tif 000010
【国際調査報告】
2007512185.tif 000011
2007512185.tif 000012
2007512185.tif 000013
2007512185.tif 000014
2007512185.tif 000015
2007512185.tif 000016