在新能源汽車中的高壓保護(hù)最后一道防火墻--熔斷器(熔斷器就是在所有其它保護(hù)都失效時(shí),最后的有效保護(hù)器件)。

熔斷器的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛,如前幾年火爆的光伏市場(chǎng)等,新能源汽車領(lǐng)域如直流充電樁、DC、水暖PTC 充電機(jī)、風(fēng)暖PTC、動(dòng)力電池、維修開關(guān)、高壓箱、電動(dòng)空調(diào)等涉及到高電壓需要保護(hù)的地方,下文主要聊聊在PUD里面的應(yīng)用。

先來看看高壓配電盒,簡(jiǎn)稱PDU(Power Distribution Unit),新能源車高壓系統(tǒng)解決方案中的高壓電源分配單元。通過母排及線束將高壓元器件電連接,為新能源汽車高壓系統(tǒng)提供充放電控制、高壓部件上電控制、電路過載短路保護(hù)、高壓采樣、低壓控制等功能等,保護(hù)和監(jiān)控高壓系統(tǒng)的運(yùn)行。PDU也能夠集成BMS主控、充電模塊、DC模塊、  PTC控制模塊等功能,與傳統(tǒng)PDU相比多了整車功能模塊,功能上更加集成化,結(jié)構(gòu)上更復(fù)雜,具有水冷或是風(fēng)冷等散熱結(jié)構(gòu)。PDU配置靈活,可以根據(jù)客戶要求進(jìn)行定制開發(fā),能夠滿足不同客戶不同車型需求。BDU(Battery Disconnect Unit )電池包斷路單元,專為電池包內(nèi)部設(shè)計(jì),也是高壓配電盒的一種。

熔斷器熔斷原理介紹:

熔斷器作用:正常情況下,熔斷器在電路中起連接電路作用;非正常(超負(fù)載)情況下,熔斷器做為電路中的安全保護(hù)元件,通過自身熔斷安全切斷并保護(hù)電路。熔斷器的作用是保護(hù)電氣設(shè)備,防止電氣設(shè)備因過載造成損壞。

熔斷器的熔斷是熔體被過電流釋放的熱能所熔化而造成的,而能夠熔斷熔斷器的能量就是熔斷器的熔化熱能值I*I*t(Q=I*I*t*R,R是定值),理論上說,只要熔斷器熔化所需要的能量大于瞬間脈沖電流所釋放的能量,熔斷器就不會(huì)被沖斷,也就是熔斷器可以抵抗這種脈沖的沖擊,一般慢熔斷型熔斷器都具備這種特性。

那么抵抗過一次瞬間脈沖的熔斷器有沒有發(fā)生什么變化呢?那就要看它受脈沖的傷害有多大了。如果該脈沖能量遠(yuǎn)小于熔斷器熔化熱能,熔斷器受到的沖擊很小,那么熔斷器就可以接受許許多多次沖擊而不被沖斷,反之如果脈沖能量接近熔斷器熔化熱能,熔斷器被沖擊一次受到的損傷很大,那么它就可能受不起第二次的沖擊了,也就是說:熔斷器在經(jīng)受每一次脈沖的沖擊后都會(huì)受到一定程度的損傷,即它的耐脈沖能力有所減弱或I*I*t有所降低,減弱或降低的程度跟脈沖的能量成正比。

我們要使熔斷器能夠承受多次瞬間脈沖的沖擊,必須要在熔斷器的I*I*t和脈沖能量間放足夠的余量,不同的電器產(chǎn)品由于使用壽命和開關(guān)頻率不同,需要承受脈沖的次數(shù)也不同,所以熔斷器的供應(yīng)商應(yīng)該提供相應(yīng)的參考數(shù)據(jù),即對(duì)應(yīng)不同脈沖次數(shù),需要選擇熔斷器的I*I*t對(duì)脈沖能量的不同倍數(shù),這里僅是粗略的估算,準(zhǔn)確的選擇必須要通過具體數(shù)據(jù)的計(jì)算來得到。 

熔斷器的三個(gè)關(guān)鍵參數(shù):

1. 額定電壓;2. 定電流;3. 極限分?jǐn)? 這是熔斷器在故障條件下能可靠的分?jǐn)嘧畲蠖搪冯娏?它是熔斷器的主要技術(shù)指標(biāo)之一(其實(shí)也是很多技術(shù)人員忽略的地方)。下圖的產(chǎn)品為電壓1000VDC, 200A, 分?jǐn)嗄芰R為50KA,三者的關(guān)系見下文。

熔斷器的初選:

1. 了解客戶初步需求:如額定電壓,額定電流,充放電峰值電流,峰值電流持續(xù)時(shí)間,抗震性能,工作環(huán)境要求,海拔高度,壽命要求等;原則上提供路測(cè)工況,不過,國(guó)內(nèi)的主機(jī)廠基本不提供。

2. 熔斷器工作電壓不小于PDU額定電壓。

3. 根據(jù)額定電流及峰值電流繼續(xù)縮小范圍,選擇比額定電流大,且小于峰值電流的繼電器,比如PUD工作額定電流200A,峰值電流400A,熔斷器額定電流正常應(yīng)該在300A或者350A之間選擇。

4. 因?yàn)槿蹟嗥魇菬崮軐?dǎo)致熔斷,熱能受熱傳導(dǎo)、風(fēng)冷、液冷、頻率因數(shù)、熔斷器安裝殼體環(huán)境因數(shù)影響,很難準(zhǔn)確預(yù)估使用壽命,熔斷器額定電流選擇一般按照經(jīng)驗(yàn)選擇: 熔斷器額定電流是PDU工作額定電流的2倍到2.5倍,但不超過PDU峰值電流。

5. 跟進(jìn)熔斷器的熔斷時(shí)間曲線表,校正PDU峰值電流持續(xù)時(shí)間是否小于熔斷器熔斷時(shí)間,如果小于,則初選型正確。

6. 原則上建議上線測(cè)試;高壓系統(tǒng)是個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng),其他材料的耐壓等級(jí)、電性的設(shè)計(jì)、銅排的過流設(shè)計(jì)、裝配工藝等等因素都需要綜合考慮,不再累述。

熔斷器品牌:

國(guó)外品牌:巴斯曼(BUSSMANN)、力特、法雷(FERRAZ)、太平洋精工、友熔(臺(tái)灣)等;國(guó)內(nèi)品牌:中熔和蘇熔(聽說這兩家都在一個(gè)產(chǎn)業(yè)園)、中貝、西聯(lián)等等。

由于巴斯曼(BUSSMANN)熔斷器配套在特斯拉上(在特斯拉多次失火而未發(fā)生電池爆炸,且人員能夠有時(shí)間逃生),比較早進(jìn)入中國(guó)并收購(gòu)西安的熔斷器廠,在中國(guó)市場(chǎng)表現(xiàn)搶眼。且西安成為一個(gè)熔斷器之鄉(xiāng),故西安的廠商值得關(guān)注,猶如玉器成于“蘇作”。

國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)熔斷器的幾個(gè)誤區(qū):

通過與不少技術(shù)人員交流,最為典型的就是發(fā)現(xiàn)不少技術(shù)人員把熔斷器當(dāng)成斷路保護(hù)期來使用;簡(jiǎn)單粗暴告訴大家一句話,那就是熔斷器就是在電流斷路時(shí)候起拉閘斷電的作用,其他時(shí)間就是過電流,這是其一;其二、國(guó)內(nèi)的技術(shù)與設(shè)計(jì)人員出于成本的考慮,并沒有把熔斷器當(dāng)做易損耗來設(shè)計(jì),這對(duì)在熔斷器的電流選擇上是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn);其三、追求高電壓而忽視極限分?jǐn)嗄芰Α?/span>

市場(chǎng)前瞻:

高電壓、快充肯定是電動(dòng)車的未來趨勢(shì),這對(duì)整個(gè)高壓系統(tǒng)保護(hù)的最后一道防線--熔斷器提出更高的要求。如,更高電壓平臺(tái)上更小的體積,同時(shí)要達(dá)到更強(qiáng)熔斷能力且反應(yīng)時(shí)間要更短,更要命的是價(jià)格能再便宜點(diǎn)不?隔壁老劉家的價(jià)格只是你的8成,做還是不做?還是由各位決定吧!

以上僅是針對(duì)在PDU中熔斷器的部分見解與認(rèn)知。熔斷器在直流充電樁、DC、水暖PTC 充電機(jī)、風(fēng)暖PTC、動(dòng)力電池、維修開關(guān)、電動(dòng)空調(diào)等場(chǎng)景應(yīng)用不盡相同,電流持續(xù)時(shí)間,抗震性能,工作環(huán)境要求,海拔高度,壽命要求等,需要設(shè)計(jì)選型根據(jù)不同的工況來綜合考慮,本文不作為您設(shè)計(jì)與選型最終參考。

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