淺析動(dòng)力電池熔斷器的基礎(chǔ)知識及選型

熔斷器的作用

動(dòng)力電池存在過流、短路的可能。過流會使電池溫度過高，縮短電池壽命；溫度上升到一定程度時(shí)，電池還會產(chǎn)生放熱副反應(yīng)，造成熱擴(kuò)散。

短路電流一般是正常負(fù)載電流的10倍以上，形成的熱效應(yīng)強(qiáng)度非常高，對回路內(nèi)的元器件，甚至人員都造成很大傷害。所以動(dòng)力電池需要熔斷器進(jìn)行保護(hù)。

熔斷器就是保險(xiǎn)，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1. 高分?jǐn)嗄芰Γ?/li>
2. 功耗較低；
3. 動(dòng)作快，限流能力強(qiáng)；
4. 可靠性高，環(huán)境因素影響較小；
5. 無飛弧，更安全；
6. 生命周期內(nèi)，成本低，電路升級方便。

熔斷器的原理

熔斷器主要結(jié)構(gòu)：連接片、熔管、填充介質(zhì)(石英砂）、熔體。

熔斷器結(jié)構(gòu)示意

熔斷器的保護(hù)作用主要是靠熔體。熔體大都是條狀帶有狹徑，通過“M”點(diǎn)效應(yīng)得到不同的時(shí)間-電流曲線。當(dāng)電流過大時(shí)，狹徑處熔斷。

熔斷時(shí)石英砂會起到滅弧的作用，吸收能量，變成“熔巖”，然后使線路同負(fù)載絕緣，消除了電擊的危險(xiǎn)。

熔體示意

熔斷器的選型

熔斷器是為了保護(hù)電池，所以選型必須要根據(jù)電池輸入參數(shù)計(jì)算和評估。如下是隨便截取的一個(gè)電池輸入?yún)?shù)，以此為例說明熔斷器選型?？赡苊總€(gè)公司考慮都不一樣，僅供參考。

另外，熔斷器也需要保護(hù)繼電器，選型之后稍微對比下，繼電器過流能力比熔斷器強(qiáng)就行。這一般沒什么問題。

電池輸入?yún)?shù)

熔斷器電壓：

電池額定電壓408.8V，峰值電壓486.1V，故熔斷器額定電壓在500V及以上等級。

熔斷器電流：

熔斷器額定電流In>Ie/（KtKeKaKvKf*Ks）。

Ie是電池額定電流，此處是181A。

Kt是溫度系數(shù) ，可通過公式Kt=√((a-θa)/(a-θ0 ))計(jì)算。式中，a為制造參數(shù)，130；θa為最高工作溫度，雖然此處上限是55℃，但環(huán)境溫度更高，取60℃；為標(biāo)準(zhǔn)測試溫度，取30℃。故Kt=0.84。

Kt也可以直接查熔斷器的Kt曲線圖估算，一般都在0.8左右。

Kt曲線圖

Ke是母排修正系數(shù) 。Ke一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)直接定為0.7，也可以估算。

根據(jù)輸入，載流為181/36=5A/mm2。但36平的線其實(shí)有點(diǎn)小，發(fā)熱會大點(diǎn)，因此有些人會選45平的母排，所以載流會到4A/mm2，然后根據(jù)Ke曲線圖估算。如下圖，1.3A/mm2是100%，那4~5A/mm2除以1.3大概就是30%，Ke值對應(yīng)的差不多就是0.7。

Ke曲線圖

Ka是海拔修正系數(shù) 。海拔小于2000m，Ka=1；海拔大于2000m，Ka=1–(h-2000)/100*0.5/100。此處Ka取1即可。

Kv是風(fēng)冷修正系數(shù) 。Kv也可以稱為強(qiáng)制散熱系數(shù)，此處無風(fēng)冷，取1。如果電池有風(fēng)冷，鼓風(fēng)機(jī)對著熔斷器吹，Kv可以根據(jù)如下曲線圖取大點(diǎn)。不過一般風(fēng)冷電池，Kv也是1。

Kv曲線圖

Kf是頻率修正系數(shù) 。電池是直流，Kf取1。如果是過交流電，可以參照如下Kf曲線圖，根據(jù)頻率選取其他值。

Kf曲線圖

Ks是開關(guān)修正系數(shù) ?？蛻裘刻旎径紩啻斡密?，電池也會多次上下電。根據(jù)下表，Ks可以取0.8或者0.85。此處我們?nèi)?.8。

Ks取值表

綜上，計(jì)算熔斷器額定電流In＞384A。

熔斷器過載：

根據(jù)輸入，峰值電流為 605A@30s。這種峰值電流在車輛急加速時(shí)會出現(xiàn)，所以每天會多次出現(xiàn)。根據(jù)下表，可以選擇超過2s的過載系數(shù)0.6，則可以算出熔斷器過載電流≥605/0.6=1008A@30s。

熔斷器過載系數(shù)取值表

熔斷器分?jǐn)啵?/p>

根據(jù)輸入，最大短路電流為4.2kA，這可以直接用電池電壓除以內(nèi)阻估算。如果是對熔斷器提要求，應(yīng)該輸入最大短路電流和最小短路電流，以及分別對應(yīng)的時(shí)間。但這個(gè)輸入比較難。

其實(shí)開始算出熔斷器額定電壓和額定電流后，已經(jīng)可以初步選型了。可以根據(jù)選定的熔斷器型號，對照它在最大最小短路電流的特性分析曲線，估算分段能力。一般熔斷器能在2ms左右分?jǐn)嗑涂梢粤恕?/p>

熔斷器壽命：

根據(jù)輸入，設(shè)計(jì)壽命為10年20萬公里。但現(xiàn)在對電池電氣件實(shí)際使用壽命研究并不多，沒辦法準(zhǔn)確衡量，只能大概估算。

熔斷器使用時(shí)，小電流對壽命影響不大，主要是大電流使用。根據(jù)輸入的峰值電流605A@30s，如果一天4次急加速，則10年為14600次?？梢宰稍?nèi)蹟嗥鲝S家，估算是否滿足這種情況的壽命要求。

一般滿足這種嚴(yán)苛的要求比較難，除非更換更大電流的熔斷器，但熔斷器需要和繼電器匹配，太大無法滿足保護(hù)回路的目的。

熔斷器和繼電器的匹配

熔斷器和繼電器匹配就是同等電流下，熔斷器要比繼電器先熔斷。當(dāng)然，也要先比母排、線束、接插件先熔斷，只不過線束和連接件過載能力都比較強(qiáng)。

如下圖，有A、B、C三款熔斷器都滿足整車參數(shù)需求，但C有一段曲線在繼電器上方，所以不滿足要求。A、B都可以，但綜合熔斷器過載情況，盡量選一個(gè)電流較大的，故最好選擇B。

熔斷器與繼電器匹配曲線