談?wù)勲姵豍ACK模組的短路保護(hù)

電池包(Pack)的短路安全性，越來越受到消費(fèi)者的重視。除了pack層極的短路保護(hù)之外，模組層級(jí)也需要考慮短路保護(hù)設(shè)計(jì)，GBT31485對(duì)模組的短路也有要求。這里我們分享一些模組短路保護(hù)的思路，拋磚引玉。

模組的短路包含模組的高壓連接外短路與采樣線短路兩種常見情況。

1. 模組的高壓連接外短路

模組的短路危害方式可分為兩種，一種是短時(shí)間的短路，一種是長(zhǎng)時(shí)間的短路。

(1)模組的短時(shí)間的外短路，即外部在短時(shí)間短路時(shí)，模組的所有電芯都都處于短路回路中，根據(jù)模組的電壓、DCR與短路電阻(如測(cè)試設(shè)備電阻等)計(jì)算，短路電流常達(dá)到3000~5000A。在很短的時(shí)間內(nèi)，模組內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生大量的熱，如果設(shè)計(jì)上不做保護(hù)，電芯很容易出現(xiàn)防暴閥打開，甚至起火的安全風(fēng)險(xiǎn)。

針對(duì)這種情況，可以在每個(gè)Cell的內(nèi)部設(shè)計(jì)一個(gè)Fuse(國(guó)外有針對(duì)每個(gè)電芯焊接一個(gè)Fuse的設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)也有針對(duì)每個(gè)電芯配一個(gè)貼片F(xiàn)use的設(shè)計(jì)，具體形式可以有很多種)，在短路瞬間，斷開電流回路,起到短路保護(hù)的作用。(也有采用PTC進(jìn)行保護(hù)的方案，溫度升高時(shí)電芯電阻陡增，從而限制大的短路電流。)

(2)模組長(zhǎng)時(shí)間的短路，上面我們已經(jīng)提到，通過電芯的fuse，當(dāng)模組短路時(shí)，可以斷開回路，是否意味著pack系統(tǒng)因?yàn)殡娏骰芈返臄嚅_就安全呢?實(shí)際上并不是這樣的。這一點(diǎn)容易被忽視掉。

我們先講電芯fuse斷開的情況，根據(jù)下圖所示，模組短路時(shí)，電流回路已經(jīng)斷開，即Fuse2由通路轉(zhuǎn)為開路(短路時(shí)，一般會(huì)有其中一串先斷開，很少有多串同時(shí)斷開的情況)，由于外短路的連接，Cell2的外部形成一個(gè)UCell1+Ucell2+UcellX的電壓，這個(gè)反向電壓可能會(huì)對(duì)電芯內(nèi)部進(jìn)行電解，同時(shí)累積熱量，當(dāng)熱量達(dá)到一定長(zhǎng)度后，電解產(chǎn)生的氣體將沖破防暴閥，容易出現(xiàn)起火現(xiàn)象。

說明：以上的Fuse1是指Cell內(nèi)部的保險(xiǎn)部件，在電芯短路時(shí)會(huì)斷開電芯與外界的連接。 Fuse1Cell1Fuse2Cell2Fuse3Cell3+_U反=UCell1+Ucell2+UcellX外部短路部件 短路后，新的電壓回路

這里需要注意，模組的電壓一般都比較低，反向電壓對(duì)電芯的破壞較小，而在pack系統(tǒng)中，該反向電壓會(huì)很大，危害會(huì)更突出。

另外一種是電芯外部增加fuse的設(shè)計(jì)方案，比如在模組的busbar上設(shè)計(jì)薄弱的過流界面。模組短路時(shí)，busbar會(huì)熔斷，從而起到短路斷開功能。這樣設(shè)計(jì)有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)：短路斷開時(shí)，電芯不會(huì)有反向電壓。同樣的，在pack系統(tǒng)中，該反向電壓會(huì)比較高，busbar熔斷常伴隨著拉弧等安全問題。

為了降低短路危害，需要在pack主回路中增加fuse。一般的MSD常帶有fuse功能，關(guān)于fuse熔斷曲線的要求，我們以前的文章已經(jīng)介紹過，這里不再贅述。

2. 模組的采樣線短路

模組的采樣線原則上也屬于高壓線束，其短路形式可以分為兩種情況，一種是采樣線的直接短路，另外一種是采樣線進(jìn)水短路。

采樣線直接短路常出現(xiàn)在線束被擠壓的情況下。比如模組的搬運(yùn)過程中可能不小心擠壓到線束，或者由于pack設(shè)計(jì)的不合理，在振動(dòng)、沖擊、碰撞等情況下，線束可能破損引起短路。

關(guān)于這類的問題，一般的解決方案是在每跟采樣線增加一個(gè)小的Fuse，當(dāng)采樣線出現(xiàn)短路，這個(gè)Fuse就會(huì)斷開短路相關(guān)的電芯，避免線束燃燒，實(shí)現(xiàn)保護(hù)模組的目的。

Fuse1 Cell1 Fuse3 Cell2 Fuse3 Cell3 Fuse2 Fuse4 CSC采樣電路

采樣線的另外一種常見短路形式是進(jìn)水短路。這種類型的短路電流受短路介質(zhì)、接觸情況影響，短路電流一般很小。該短路的破壞形式也比較復(fù)雜，一方面是大阻抗小電流放熱，一方面有水電解引起的線束燃燒風(fēng)險(xiǎn)。通過采樣線束增加fuse的方法不能完全解決該問題。基于此，pack設(shè)計(jì)上需要講究，避免水進(jìn)入到采樣線束連接接頭，如有可能，可考慮采樣防水連接器。