动力电池存在过流、短路的可能。过流会使电池温度过高,缩短电池使用寿命;温度上升到某些特定的程度时,电池还会产生放热副反应,造成热扩散。
短路电流一般是正常负载电流的10倍以上,形成的热效应强度非常高,对回路内的元器件,甚至人员都造成很大伤害。所以动力电池需要熔断器进行保护。
熔断器的保护作用主要是靠熔体。熔体大都是条状带有狭径,通过“M”点效应得到不同的时间-电流曲线。当电流过大时,狭径处熔断。
熔断时石英砂会起到灭弧的作用,吸收能量,变成“熔岩”,然后使线路同负载绝缘,消除了电击的危险。
熔断器是为保护电池,所以选型必须要根据电池输入参数计算和评估。如下是随便截取的一个电池输入参数,以此为例说明熔断器选型。可能每个公司考虑都不一样,仅供参考。
另外,熔断器也需要保护继电器,选型之后稍微对比下,继电器过流能力比熔断器强就行。这一般没什么问题。
电池标称电压408.8V,峰值电压486.1V,故熔断器标称电压在500V及以上等级。
Kt是温度系数,可通过公式Kt=√((a-θa)/(a-θ0 ))计算。式中,a为制造参数,130;θa为最高工作时候的温度,虽然此处上限是55℃,但环境和温度更高,取60℃;为标准测试温度,取30℃。故Kt=0.84。
根据输入,载流为181/36=5A/mm²。但36平的线其实有点小,发热会大点,因此有些人会选45平的母排,所以载流会到4A/mm²,然后根据Ke曲线大概就是30%,Ke值对应的差不多就是0.7。
Kv是风冷修正系数。Kv也可以称为强制散热系数,此处无风冷,取1。如果电池有风冷,鼓风机对着熔断器吹,Kv能够准确的通过如下曲线图取大点。不过一般风冷电池,Kv也是1。
Kf是频率修正系数。电池是直流,Kf取1。如果是过交流电,可以参照如下Kf曲线图,根据频率选取其他值。
Ks是开关修正系数。客户每天基本都会多次用车,电池也会多次上下电。根据下表,Ks可以取0.8或者0.85。此处我们取0.8。
根据输入,峰值电流为 605A@30s。这种峰值电流在车辆急加速时会出现,所以每天会多次出现。根据下表,可以再一次进行选择超过2s的过载系数0.6,则可以算出熔断器过载电流≥605/0.6=1008A@30s。
根据输入,最大短路电流为4.2kA,这可以直接用电池电压除以内阻估算。如果是对熔断器提要求,应该输入最大短路电流和最小短路电流,以及分别对应的时间。但这个输入比较难。
其实开始算出熔断器标称电压和额定电流后,已能初步选型了。能够准确的通过选定的熔断器型号,对照它在最大最小短路电流的特性分析曲线,估算分段能力。一般熔断器能在2ms左右分断就可以了。
根据输入,设计寿命为10年20万公里。但现在对电池电气件实际常规使用的寿命研究并不多,没办法准确衡量,只能大概估算。
熔断器使用时,小电流对寿命产生影响不大,主要是大电流使用。依据输入的峰值电流605A@30s,如果一天4次急加速,则10年为14600次。能咨询熔断器厂家,估算是不是满足这样的一种情况的寿命要求。
一般满足这种严苛的要求比较难,除非更换更大电流的熔断器,但熔断器需要和继电器匹配,太大不足以满足保护回路的目的。
熔断器和继电器匹配就是同等电流下,熔断器要比继电器先熔断。当然,也要先比母排、线束、接插件先熔断,只不过线束和连接件过载能力都比较强。
如下图,有A、B、C三款熔断器都满足整车参数需求,但C有一段曲线在继电器上方,所以不满足规定的要求。A、B都可以,但综合熔断器过载情况,尽量选一个电流比较大的,故最优选择B。
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