電池短路影響大，純電動(dòng)車短路保護(hù)設(shè)計(jì)有哪些

單體測(cè)試：按照GBT31485的要求為，短路電阻5毫歐，時(shí)間10分鐘。實(shí)際需要根據(jù)的最小單元連接情況來(lái)增加對(duì)此情況的模擬。

和老大商量近期的工作重點(diǎn)，短期內(nèi)能做出點(diǎn)成績(jī)來(lái)的，主要是集中在電氣系統(tǒng)上面。所以從高壓線束、的硬件電路、配電盒還有一些保護(hù)策略性的內(nèi)容開始，我把簡(jiǎn)單的內(nèi)容梳理下，然后進(jìn)一步應(yīng)用到工作里面。如下圖所示，電氣系統(tǒng)里面的影響是挺大的，而且很多內(nèi)容也是電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，電氣部分需要設(shè)計(jì)承受的。

圖1 電池系統(tǒng)電氣層級(jí)一些問(wèn)題

如之前的表格里面所說(shuō)的，短路/過(guò)流嚴(yán)格意義上是指各個(gè)層級(jí)(單體、模組、半包和電池整包)超過(guò)額定的放電設(shè)計(jì)出現(xiàn)過(guò)多的情況。

表1 功能失效問(wèn)題

圖2 各個(gè)層級(jí)的短路要求

電池系統(tǒng)短路測(cè)試： 按照GBT31476.3，短路電阻20毫歐，短路10分鐘。

MSD分?jǐn)喟氚鼫y(cè)試：此項(xiàng)內(nèi)容，主要考慮一個(gè)極端情況，在MSD內(nèi)系統(tǒng)熔絲不起作用的條件下看整個(gè)設(shè)計(jì)的情況。

模組的短路測(cè)試：按照GBT31485的要求為，短路電阻5毫歐，時(shí)間10分鐘。

單體短路測(cè)試：按照GBT31485的要求為，短路電阻5毫歐，時(shí)間10分鐘。實(shí)際需要根據(jù)電池的最小單元連接情況來(lái)增加對(duì)此情況的模擬。

表2 現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)和未來(lái)GB此項(xiàng)功能試驗(yàn)內(nèi)容分配

不同層級(jí)有不同的做法：

1)BMS根據(jù)電流檢測(cè)的情況，來(lái)切斷接觸器，在這種短路帶載的情況下，選用的接觸器要至少能切斷1次

2)MSD里面的熔絲，需要仔細(xì)考慮這種情況

以上層級(jí)在Pack層級(jí)大家做的比較多

模塊層級(jí)，前面也談過(guò)了，主要考慮這種設(shè)計(jì)，或者采用J-bar來(lái)打孔來(lái)做，這里重點(diǎn)需要在模組層級(jí)考慮這個(gè)內(nèi)容。

實(shí)際的半包的短路效果很直接的

電芯層面設(shè)計(jì)Fuse：每個(gè)Cell的內(nèi)部設(shè)計(jì)一個(gè)Fuse，在短路瞬間，斷開電流回路,起到短路保護(hù)的作用。

1、軟包電池利用每個(gè)電芯焊接一個(gè)Fuse的設(shè)計(jì)，或者考慮Tab在這種條件下的狀態(tài)，這個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程是挺有趣的設(shè)計(jì)，考慮載流和過(guò)流的情況

2、硬殼電池在每個(gè)電芯配一個(gè)Fuse的設(shè)計(jì)

在前面提及短路保護(hù)法規(guī)和實(shí)驗(yàn)要求與設(shè)計(jì)概念以后，我們需要進(jìn)行設(shè)計(jì)值和實(shí)驗(yàn)的確認(rèn)。

1)熔絲的分層細(xì)化

分級(jí)熔斷防護(hù)主要是把整個(gè)電池包的短路分為四層

電池單體熔絲：在多電池并聯(lián)的時(shí)候，防止電池內(nèi)短路時(shí)，并聯(lián)電池電流倒灌所有并聯(lián)電池外短路 。如前文所述，電池單體熔絲可以做到電池里面、電池Tab上面和電池極柱與母線連上

電池模組熔絲：這一層主要是防止模組級(jí)別的短路，現(xiàn)在挺多公司予以省略了。

電池系統(tǒng)熔絲：一般也稱為Half Pack熔絲，防止電池系統(tǒng)外部短路的目的

整車用電負(fù)載熔絲：由于外部的用電負(fù)荷比較多，在分解用電部件之后，主熔絲需要放在刀刃上，所以需要給配電部分配置單獨(dú)的熔絲予以考慮

圖1 單體熔絲與模組熔絲

圖2 模組熔絲和電池系統(tǒng)熔絲

2)熔絲設(shè)計(jì)考慮-熔絲考慮

保護(hù)設(shè)備的時(shí)間-電流曲線需要考慮兩部分，

正常運(yùn)行區(qū)域(綠色陰影部分)：在該電路設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)，熔絲允許放電電流通過(guò)。正常運(yùn)行區(qū)域必須位于保護(hù)器件的時(shí)間電流曲線左側(cè)。

電流異常區(qū)域(紅色陰影部分)，此時(shí)熔絲需要?jiǎng)幼?，斷開電池與外部系統(tǒng)的連接，應(yīng)位于保護(hù)設(shè)備時(shí)間-電流曲線的右側(cè)。

短路時(shí)間持續(xù)時(shí)間應(yīng)大約為幾十毫秒，確保電池盡快與故障隔離。

熔絲設(shè)備打開的時(shí)間越長(zhǎng)，電池在短路階段釋放的能量能量就越多，可能導(dǎo)致設(shè)備損壞，甚至引發(fā)相關(guān)導(dǎo)電部件發(fā)熱。

短路電流隨電池狀態(tài)的不同而不同，在不同SOC和EOL狀態(tài)下，在設(shè)計(jì)中需要考慮這個(gè)。

圖3 短路設(shè)計(jì)考慮

在實(shí)際的考慮中，需要把參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化。圖4其實(shí)還少了一個(gè)專用車載熔絲，這個(gè)熔絲熔斷會(huì)和接觸器和整包熔絲之間，最主要的工作就是在這幾個(gè)不同的熔斷對(duì)時(shí)間的曲線里面，我們是通過(guò)設(shè)計(jì)不同的熔絲的規(guī)格，然后進(jìn)行分析、測(cè)定。

圖4 多層級(jí)保護(hù)描述

在這幾個(gè)不同的熔斷對(duì)時(shí)間的曲線里面，我們是通過(guò)設(shè)計(jì)不同的熔絲的規(guī)格，然后進(jìn)行分析、測(cè)定。

圖5 多層級(jí)時(shí)間熔斷分解

這里我們一般是兩種做法，在熔絲領(lǐng)域選熔絲和設(shè)計(jì)熔絲;在BMS里面考慮電流的過(guò)流檢測(cè)和短路保護(hù)的策略?，F(xiàn)有熔絲的情況是把相關(guān)的技術(shù)規(guī)格，盡量選出來(lái)。

備注：這里主要講的是不同熔絲的分級(jí)策略，單根熔絲的熔斷機(jī)理和耐久性考慮，我們單獨(dú)后面討論。如下圖所示，其實(shí)是需要考慮在不同脈沖電流下和環(huán)境溫度下，熔絲的發(fā)熱和實(shí)際的運(yùn)行情況。

圖6 主熔絲里層熔斷的

自主設(shè)計(jì)的時(shí)候，就需要考慮多種因素。這塊我們后面單獨(dú)展開。

3)利用考慮

由于現(xiàn)在的電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)，是需要考慮梯次利用的，所以我們也需要在設(shè)計(jì)層考慮熔絲的位置和需求。如下圖儲(chǔ)能系統(tǒng)里面，并聯(lián)其實(shí)在里面還是非常重要的參數(shù)。所以這里內(nèi)生的設(shè)計(jì)還是非常重要的。

圖7 模組將來(lái)作為儲(chǔ)能使用的時(shí)候，模組熔絲的存在有著更多的是用空間

基于壽命后期的考慮，由于材料特性的差異，重新校核這個(gè)熔絲的情況還是非常重要的。所以從整個(gè)生命周期的設(shè)計(jì)考慮到后期，這個(gè)參數(shù)需要調(diào)平。

表1 電流不同狀態(tài)分解表

小結(jié)：熔絲設(shè)計(jì)需要做大量的實(shí)驗(yàn)，還需要和整車的實(shí)際工作情況做匹配。如果做不好，要么保護(hù)不起作用，要么經(jīng)常性熔斷。