廣告
電動汽車高壓直流熔斷器選型研究
2020-05-18 23:57:57· 來源：《電動汽車高壓直流熔斷器選型研究》 作者：江西五十鈴汽車有限公司
0引言電動汽車的電壓等級多在200V以上，有的車型達到1000V以上，如果在高壓電路系統(tǒng)中發(fā)生過載或短路，將在短時間內快速釋放大量能量，如果系統(tǒng)沒有可靠保護，將
0 引言
電動汽車的電壓等級多在200V以上，有的車型達到1000V以上，如果在高壓電路系統(tǒng)中發(fā)生過載或短路，將在短時間內快速釋放大量能量，如果系統(tǒng)沒有可靠保護，將對電路系統(tǒng)或器件造成熱損傷，絕緣破壞，甚至發(fā)生起火、爆炸和人身傷亡事故。因此要求在電動汽車的高壓電路系統(tǒng)中，必須為每個回路單獨設置熔斷器，以保證在過電流發(fā)生時快速切斷電路，熄滅電弧，保護系統(tǒng)和整車的安全。本文將介紹高壓熔斷器在電動汽車中的應用分布和選型計算方法，并通過設計實例進行說明。
1 高壓直流熔斷器在電動汽車中的保護功能分布
從圖1中可以看到，高壓直流熔斷器在純電動汽車中的主要分布在兩大系統(tǒng)中：
1）電池包中的回路保護，包含MSD總負熔斷器等；
2）電源分配單元（PDU）中對整車各系統(tǒng)的保護，主要包含：
A.主回路的保護：電機控制器（MCU）；
B.輔助回路的保護：空調壓縮機（A/C），暖風系統(tǒng)（PTC），DCDC等；C.充電回路的保護：快充系統(tǒng)和慢充系統(tǒng)。
2 高壓直流熔斷器選型
熔斷器選型的基本要求是在電氣設備正常運行時，熔斷器不應熔斷，正常通流；在出現(xiàn)短路時，應立即熔斷；在發(fā)生整車的沖擊電流時（如電機起動過程），熔斷器不應熔斷；在電氣設備持續(xù)過載時，應延時熔斷。即安全的導通，安全的熔斷。對熔斷器的選型主要包括類型的選擇和特性參數(shù)的選擇。
2.1熔斷器分類
按照不同的標準，熔斷器有不同的分類。車用高壓直流熔斷器主要分為g類和a類熔斷器。g類提供全范圍保護，可分斷熔體融化至熔斷器額定分斷能力之間的任何電流，適合作為過載和短路的保護；a類提供部分范圍保護，能分斷最小分斷電流至額定分斷電流之間的過電流，適合作為短路保護，對于低倍的長時間過電流，若低于最小分斷電流，不能可靠分斷。
2.2熔斷器特性參數(shù)
2.2.1額定電流
額定電流是指在標準規(guī)定的測試條件下，按照確定的測試方式進行驗證，視同可以長期通過而熔斷器不會損傷的電流值。熔斷器的額定電流按照負載情況匹配計算后選擇。
2.2.2額定電壓
額定電壓是指經(jīng)過驗證，一定條件下可安全分斷的標稱電壓值。選型時熔斷器的額定電壓需要大于高壓系統(tǒng)的峰值電壓。
2.2.3分斷能力
分斷能力是熔斷器在額定電壓及工作條件下，可瞬間承受的最大過載電流，熔斷器會熔斷但是不能發(fā)生爆炸情況。選擇的熔斷器的分斷能力必須大于系統(tǒng)的預期最大短路電流。
2.3熔斷器選型匹配計算
熔斷器選型的基本原則是對于回路中的負載電流和預期的沖擊電流能夠全壽命正常通流，對回路系統(tǒng)中預期的過電流可靠保護，同時與上下級間的其他器件配合動作，滿足設計預期的分斷時間。由于熔斷器的選型與所保護回路的負載信息密切相關，需要收集高壓設備的相關電氣信息，可按照表1進行收集。
2.3.1電壓的選擇
熔斷器的額定電壓需要大于高壓系統(tǒng)的峰值電壓。
2.3.2電流的選擇
熔斷器的額定電流選擇參考以下公式：
Is———電路系統(tǒng)持續(xù)工作電流；K———為持續(xù)工作電流降容系數(shù)；In———熔斷器額定電流。
降容系數(shù)：
Kt———溫度校正系數(shù)；Km———連接器件熱傳導系數(shù)；Kb———海拔校正系數(shù)；Kn———綜合降容系數(shù)。
1）Kt溫度校正系數(shù)：環(huán)境溫度的變化會導致熔斷器提前或延緩動作時間，所以設計選型時必須考慮環(huán)境溫度因素。從圖2所示的某型號熔斷器的溫度系數(shù)曲線圖中，可以得到熔斷器在不同的環(huán)境溫度中對應的溫度校正系數(shù)Kt。
2）Km連接器件熱傳導系數(shù)：熔斷器采用銅排連接，表2為GB/T13539[2]約定的標準連接銅導線截面積，實際應用導線截面積與標準導線截面積的比值依照表3所示的連接器件的熱傳導因數(shù)校正曲線圖中可以得到對應的連接熱傳導系數(shù)Km。
3）Kb海拔校正系數(shù)：海拔達到2000m以上后，空氣稀薄，散熱條件惡劣，海拔每升高100m，熔斷器的溫升上升0.1～0.5k。車載熔斷器使用在在封閉環(huán)境中，箱體內部溫度在高海拔時仍然可以達到40℃以上，需要對額定電流降容。以2000m為基礎，海拔每升高1000m，額定電流降容2%～5%，海拔校正系數(shù)Kb=0.98～0.95/1000m.
4）Kn綜合降容系數(shù)：除以上校正外，熔斷器安裝在封閉箱體中，受安裝方式，間隔距離等影響，空氣流動差，并考慮導線長期工作的老化影響，綜合降容系數(shù)可選擇0.7～0.8倍。
計算出額定電流后，根據(jù)回路負載，對額定電流增加適當?shù)姆糯笙禂?shù)，電機回路放大系數(shù)一般為1.2～1.5倍，充電系統(tǒng)放大系數(shù)可設置為1，對熔斷器的型號可進行初步選擇。
2.4熔斷器選型校核
初步選擇一個熔斷器型號后，需要進行兩部分的校核驗證，分別是對回路的峰值電流進行校核驗證和與回路中的繼電器進行匹配驗證。
2.4.1峰值電流校核
根據(jù)該熔斷器的時間-電流曲線，對應回路的峰值電流和持續(xù)時間，校核是否滿足系統(tǒng)要求。圖3為某系列熔斷器的時間-電流曲線，峰值電流必須在曲線下方時才能保證系統(tǒng)安全運行，通常認為系統(tǒng)峰值電流與熔斷器在該持續(xù)時間下的耐受電流的比值Imax/It在30%～40%時熔斷器可保護系統(tǒng)安全可靠運行。
2.4.2與繼電器的匹配校核
通過對比繼電器與熔斷器的電流耐受曲線，如圖4所示，當發(fā)生低倍過載時，繼電器動作斷開，保護回路不受損害，同時具有可恢復性。當發(fā)生高倍過載或短路時，熔斷器動作斷開，避免回路中繼電器不發(fā)生粘連或爆炸。
3 設計實例
以某純電動汽車的高壓系統(tǒng)為例，對MCU回路的熔斷器進行選型和校核。
3.1匹配計算選型
首先收集MCU的負載參數(shù)信息，如表4所示，其中繼電器參數(shù)為初步選型宏發(fā)公司的型號，若不滿足匹配要求可再次調整。
MCU回路電流受車輛工況影響大，電流波動沖擊頻繁，必須選用g類全范圍保護熔斷器，針對峰值電壓為605V，初步選用中熔公司g類，700V系列熔斷器。對額定電流的計算如下：
其中，本方案中，高壓箱內部的工作環(huán)境溫度約為65℃，根據(jù)圖5中700V系列熔斷器的溫度曲線，Kt=0.84.
高壓箱中與熔斷器連接銅排選擇35mm2，實際額定電流105A，按照向上選取原則，對應表2中的標準截面積為50mm2，兩者比值對應表3中Km=0.98。該純電動汽車設計整車海拔目標為4000m，對應2000m以上海拔校正系數(shù)Kb=0.98-0.95/1000m，最終選取Kb=0.9。綜合降容系數(shù)可選擇Kn=0.8。綜上In=Is/Kt*Km*Kb*Kn=105/0.84*0.98*0.9*0.8=178A?？紤]電機的沖擊電流210A，若車輛頻繁啟動沖擊，熔斷器的耐受情況，對MCU回路增加1.5倍放大系數(shù)，根據(jù)中熔公司700VEV系列選型表，基本選定熔斷器型號為EV322-5NM300A。
3.2選型校核驗證
從表4中可以看到，MCU峰值電流為Imax=210A，持續(xù)時間60s。對照EV322-5NM300A時間電流曲線圖6，可以找到60s弧前時間時，對應最大耐受電流It=700A，Imax/It=30%,可以安全耐受峰值電流。同時在EV322-5NM300A的規(guī)格書中可看到該型號熔斷器最大分斷能力為50kA，遠大于系統(tǒng)7kA短路電流。
查找繼電器HFE18V-300/750-12-HC5的時間電流曲線如圖7，對比圖6的熔斷器時間電流曲線，可以看到，發(fā)生短路時實測電流約3000A，熔斷器的熔斷時間為0.09s，小于繼電器的動作時間0.6s，可有效保護繼電器不發(fā)生粘連或爆炸。
4 結論
熔斷器的選型與負載特性和應用環(huán)境密切相關，需要盡可能詳細的收集負載參數(shù)，評估車輛的運行環(huán)境和熔斷器安裝環(huán)境，才能盡可能具體的對選型進行校正和校核。本文采用的選型方法已應用在多個車型中，目前未發(fā)現(xiàn)選型造成的失效，高壓系統(tǒng)的運行得到了可靠保護。
廣告 編輯推薦
最新資訊
-
“汽車爬坡試驗方法”將有國家標準
2026-03-03 12:44
-
十年耐久監(jiān)管時代：電池系統(tǒng)開發(fā)策略將如何
2026-03-03 12:44
-
聯(lián)合國法規(guī)R59對機動車備用消聲系統(tǒng)的工程
2026-03-03 12:08
-
聯(lián)合國法規(guī)R58對后下部防護裝置的工程化約
2026-03-03 12:07
-
聯(lián)合國法規(guī)R57對摩托車前照燈配光性能的工
2026-03-03 12:07
