純電動(dòng)汽車(chē)高壓直流熔斷器計(jì)算及選型方法及應(yīng)用實(shí)例

一、概述

現(xiàn)階段動(dòng)力電池能量密度越來(lái)越高，單體電芯容量越來(lái)越大，各高壓部件一旦出現(xiàn)短路現(xiàn)象而無(wú)相應(yīng)的保護(hù)措施，輕則部件損壞，重則引起火災(zāi)（尤其動(dòng)力電池），后果將不堪設(shè)想，所以各高壓部件回路的保護(hù)至關(guān)重要，本文將闡述純電動(dòng)汽車(chē)高壓直流熔斷器計(jì)算及選型方法，并實(shí)例說(shuō)明。電動(dòng)汽車(chē)電氣拓?fù)鋱D如圖一所示。

圖一電動(dòng)汽車(chē)電氣拓?fù)鋱D

二、熔斷器選型

2.1 熔斷器分類

1）按動(dòng)作特性主要分為：

普通熔斷器（gG/gL）、快速熔斷器部分范圍保護(hù)（aR）、快速熔斷器全范圍保護(hù)（gR）、Time-delay型及特殊熔斷器；

2）按照外形形狀主要分為：

a、英標(biāo)熔斷器

英式熔斷器殼體采用陶瓷材質(zhì)，圓柱管體，具有體積小、浪湧耐受性能強(qiáng)、性價(jià)比高、弧電壓小、功耗低等特點(diǎn)，一般小于100A的熔斷器推薦采用英式系列熔斷器。英標(biāo)BS88熔斷器樣式如圖二所示。

圖二英標(biāo)BS88熔斷器

b、美標(biāo)熔斷器

美式熔斷器系列的產(chǎn)品，兩端觸刀為一體式，熔體直接一次性焊接，可抗強(qiáng)沖擊及振動(dòng)，具備高阻燃、高絕緣性能，弧電壓小，功耗低，此系列為電動(dòng)汽車(chē)的優(yōu)選，一般大于100A的熔斷器推薦采用美標(biāo)系列以增加可靠性。美標(biāo)熔斷器樣式如圖三所示。

圖三美標(biāo)熔斷器

c、歐標(biāo)熔斷器

歐標(biāo)方形熔斷器殼體采用陶瓷材質(zhì)，該產(chǎn)品具有運(yùn)行溫度低、功率損耗小、焦耳積分值小等特點(diǎn)，適用于要求結(jié)構(gòu)緊湊、性能優(yōu)越、大功率應(yīng)用場(chǎng)合，尤其在手動(dòng)維修開(kāi)關(guān)（MSD）中大量使用。歐標(biāo)方形熔斷器樣式如圖四所示。

圖四歐標(biāo)方形熔斷器

d、法標(biāo)熔斷器

法標(biāo)熔斷器具有循環(huán)性能強(qiáng)、體積小、構(gòu)造獨(dú)特等特點(diǎn)，模塊化底座方便安裝，結(jié)構(gòu)緊湊，適用于占用空間小的PDU、BDU、小型交流驅(qū)動(dòng)器以及其它小功率應(yīng)用。法標(biāo)圓形熔斷器樣式如圖五所示。

圖五法標(biāo)圓形熔斷器

2.2 熔斷器額定電壓的選擇

熔斷器作為電路中的保護(hù)器件，在回路中出現(xiàn)故障時(shí)，熔斷器工作分為“熔”+“斷”兩個(gè)過(guò)程，“熔”的過(guò)程與電流有關(guān)系，“斷”的過(guò)程與電壓有關(guān)系。熔斷器的電壓可以表述為：此熔斷器可以分?jǐn)啻穗妷核a(chǎn)生的電弧。

電壓有交流電及直流電的區(qū)別，在純電動(dòng)汽車(chē)，為直流電壓，因回路中電感在熔斷器分?jǐn)嗨查g會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，同時(shí)要考慮回路中的電感對(duì)電壓滅弧的影響。熔斷器可承受的最大電壓值一定大于系統(tǒng)中的電壓值，同時(shí)對(duì)于交直流熔斷器在分?jǐn)嗌嫌忻黠@區(qū)別，交流電呈正弦波形交替?zhèn)鲗?dǎo)，每周波有一個(gè)過(guò)零點(diǎn)，此時(shí)電量值最低很容易熄滅電??；而直流電的任何波形都不存在過(guò)零點(diǎn)，在分?jǐn)嘀绷鞫搪饭收想娏鲿r(shí)，全靠熔斷片的迅速汽化和石英砂的擴(kuò)散吸附和冷卻作用強(qiáng)迫熄滅電弧，因此要比分?jǐn)嘟涣麟娀±щy得多。

對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)用熔斷器的電流選型，第一步是要考慮在正常工作時(shí)不能動(dòng)作，也就是熔斷器不能誤動(dòng)作，這一點(diǎn)是熔斷器電流的出發(fā)點(diǎn)，也是基本點(diǎn)。熔斷器熔斷主要是個(gè)熱積累的過(guò)程，根本上來(lái)說(shuō)持續(xù)電流是選型的依據(jù)。

熔斷器額定電流In=I額*K/(Kt*Ke*Kv*Kf*Ka*Kb)

式中：In—熔斷器額定電流；I額—負(fù)載額定電流；K—負(fù)載修正系數(shù)；Kt—溫度修正系數(shù)；Ke—連接器件熱傳導(dǎo)系數(shù)；Kv—風(fēng)冷修正系數(shù)；Kf—頻率修正系數(shù)；Ka—海拔修正系數(shù)；Kb—熔斷器殼體修正系數(shù)；

通過(guò)上述公式，可以計(jì)算得到一個(gè)初步的熔斷器額定電流值，初步選型完成后，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行工況數(shù)據(jù)對(duì)熔斷器額定電流值進(jìn)行參數(shù)修正，例如通過(guò)過(guò)載電流持續(xù)時(shí)間、電流大小、沖擊電流持續(xù)時(shí)間、電流大小等因素進(jìn)行參數(shù)修正。

三、實(shí)例分析

以某純電動(dòng)物流車(chē)為參考對(duì)象，分析其工業(yè)熔斷器選型方案，本實(shí)例均選用友容保險(xiǎn)。

表一 某電動(dòng)汽車(chē)電氣參數(shù)

K：負(fù)載修正系數(shù)，根據(jù)所在回路負(fù)載的不同，需增加一個(gè)放大系數(shù)K，對(duì)于阻性負(fù)載回路，K取1.5左右；對(duì)于容性負(fù)載回路，考慮到上電沖擊，K取2左右；電動(dòng)壓縮機(jī)啟動(dòng)瞬間峰值電流過(guò)大，K取7~8左右；對(duì)于驅(qū)動(dòng)電機(jī)回路，K取1.2~1.5左右；此處K值取值見(jiàn)表二：

表二 K值取值表

Kt：溫度修正系數(shù)，對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)，一般環(huán)境溫度最高可達(dá)60℃，參照?qǐng)D六溫度修正系數(shù)表，Kt=0.8；

圖六溫度修正系數(shù)曲線圖

Ke：連接器件熱傳導(dǎo)系數(shù)，按照每個(gè)回路的電流，按照1.3A/mm2為100%，參照?qǐng)D七連接器件熱傳導(dǎo)系數(shù)曲線圖，得出的Ke數(shù)據(jù)見(jiàn)表三。

圖七連接器件熱傳導(dǎo)系數(shù)曲線圖

表三 Ke值取值表

Kv：風(fēng)冷修正系數(shù)，熔斷器采用自燃對(duì)流冷卻，參照?qǐng)D八風(fēng)冷修正系數(shù)曲線圖，沒(méi)有采取額外散熱處理，取Kv=1；

Kf：頻率修正系數(shù)，直流電流頻率1000Hz以下，參照?qǐng)D九頻率修正系數(shù)曲線圖，取Kf=1；

圖八風(fēng)冷修正系數(shù)曲線圖

圖九頻率修正系數(shù)曲線圖

Ka：海拔修正系數(shù)，按照現(xiàn)在電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)行工況，取Ka=1；

Kb：熔斷器殼體修正系數(shù)，對(duì)于陶瓷殼體，取Kb=1，對(duì)于三聚氰胺殼體，取Kb=0.9；

結(jié)合以上修正系數(shù)，根據(jù)公式：

In=I額*K/(Kt*Ke*Kv*Kf*Ka*Kb)，陶瓷殼體熔斷器選型電流如下：

OBC回路：In=19.09*1/(0.8*0.76*1*1*1*1)=31.39A熔斷器選型為32A或35A；

DCDC回路：In=4.34*3/(0.8*0.97*1*1*1*1)=16.78A熔斷器選型為20A或25A；

電機(jī)回路：In=130.2*1.2/(0.8*0.85*1*1*1*1)=229.76A，考慮到電機(jī)峰值電流202.5A，熔斷器選型為250A~300A；

A/C回路：In=3.47*7/(0.8*1*1*1*1*1)=30.36A熔斷器選型為32A或35A；

PTC回路:In=4.34*1.5/(0.8*0.97*1*1*1*1)=8.39A熔斷器選型為10A或12A；

四、具體選型

以友容陶瓷高壓熔斷器為藍(lán)本，根據(jù)表四至表六進(jìn)行具體選型分析。

表四 EVHE系列熔斷器選型表

表五 EVPE系列熔斷器選型表

表六 PEF/PMF系列熔斷器選型表

綜上所述，以友容陶瓷高壓熔斷器為藍(lán)本，從選型表得知，友容EVHE系列電壓等級(jí)為500VDC，EVPE系列及PEF16系列電壓等級(jí)為660VDC，均符合要求，查詢電流規(guī)格后各回路熔斷器選型如下：

通過(guò)查詢EVHE系列、EVPE系列及PEF16系列時(shí)間-電流特性曲線圖，且均有20KA的分?jǐn)嗄芰?，故以上推薦的三種型號(hào)均滿足要求，可根據(jù)布置空間選擇最優(yōu)方案。

審核編輯：郭婷