如何提高電氣壽命？接觸器粘連和電池短路保護(hù)設(shè)計(jì)的詳細(xì)概述

由于低壓服務(wù)開(kāi)關(guān)的取代，使得接觸器粘連，系統(tǒng)直接導(dǎo)通變成了也給比較極端的情況。因此接觸器的失效在粘連部分的失效就是我們重點(diǎn)來(lái)控制的。

1）設(shè)計(jì)的考慮-電氣壽命

從電氣壽命上，接觸器的廠家一般會(huì)告訴你，電氣壽命有些絕對(duì)的界限，否則會(huì)發(fā)生熔焊。所以我們需要根據(jù)整個(gè)電氣系統(tǒng)的要求來(lái)匹配短時(shí)間加速的電流需求和長(zhǎng)期電流需求。這里主要匹配

短時(shí)加速需求

較長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)高速需求

常規(guī)的工作電流RMS值

短路條件下分?jǐn)嗄芰?/p>

表1 接觸器的電流需求

常規(guī)來(lái)看，我們是按照這個(gè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)值在一定溫度下來(lái)核算整個(gè)的情況。

圖1 最高使用環(huán)境溫度下的電流耐受情況

而在整個(gè)設(shè)計(jì)里面，需要考慮瞬態(tài)大電流和設(shè)計(jì)不合理造成的問(wèn)題，比如兩種典型的失效模式：

觸點(diǎn)動(dòng)熔焊指閉合或分?jǐn)噙^(guò)程中，預(yù)擊穿和回跳電弧短時(shí)間內(nèi)釋放巨大的熱量，使接觸面局部快速加熱、軟化、熔化、氣化，然后迅速冷卻、凝固導(dǎo)致觸點(diǎn)材料連接一體，并在分?jǐn)噙^(guò)程中阻礙觸點(diǎn)脫離接觸的現(xiàn)象

觸點(diǎn)靜熔焊是指在固定接觸連接或接觸力足夠大的閉合狀態(tài)觸頭中，由于接觸電阻發(fā)熱使得導(dǎo)電斑點(diǎn)及其附近金屬熔化發(fā)生焊接

在這種情況下，由于整個(gè)動(dòng)力母線上存在的容性負(fù)載，設(shè)計(jì)不合理的保護(hù)策略會(huì)直接導(dǎo)致靜熔焊。核心的我們?cè)谟谠O(shè)計(jì)一套預(yù)充策略來(lái)減少這些靜態(tài)電流對(duì)觸點(diǎn)的沖擊情況。

圖2 兩種熔焊不同的機(jī)理

在考慮動(dòng)熔焊處理的時(shí)候，是需要考慮整個(gè)系統(tǒng)對(duì)分?jǐn)嗟臅r(shí)候的監(jiān)測(cè)，來(lái)記錄整個(gè)BDU系統(tǒng)在工作過(guò)程中保護(hù)的次數(shù)，來(lái)記錄開(kāi)關(guān)能力情況比對(duì)實(shí)際的開(kāi)關(guān)能力、次數(shù)，建立一個(gè)接觸器SOH的檔案來(lái)。

圖3 這個(gè)工作還是需要外部的配合，完整的信息歸檔

嚴(yán)格意義上接觸器的熔斷失效，最終演變成一旦發(fā)生不能切斷，最嚴(yán)重的情況下可能會(huì)延燒到周圍。關(guān)于內(nèi)部氣體穿透壽命 本繼電器在內(nèi)部使用氣體封入型的密封觸點(diǎn)(容器觸點(diǎn))，但是內(nèi)部氣體隨著容器觸點(diǎn)內(nèi)部溫度(環(huán)境溫度＋通電引起的溫度上升)的變 化而具有內(nèi)部氣體穿透壽命。使用環(huán)境溫度請(qǐng)勿超過(guò)－40℃～80℃。

當(dāng)失效發(fā)生的時(shí)候，接觸器一側(cè)的檢查就非常重要，特別是在動(dòng)作的時(shí)候進(jìn)行判別，然后在發(fā)現(xiàn)之后報(bào)故障。如果同時(shí)粘連，可能涉及到整個(gè)靜熔焊的過(guò)程，這個(gè)時(shí)候就需要熔絲的層級(jí)進(jìn)行保護(hù)了。

電池系統(tǒng)短路設(shè)計(jì)2-熔絲設(shè)計(jì)考慮

接很早之前寫的文章《電池系統(tǒng)短路保護(hù)層級(jí)考慮》，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

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(kāi)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(kāi)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 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。最主要的工作就是在。

備注：原來(lái)電池包熔絲和MSD一體化，現(xiàn)在如果MSD取消，熔絲需要進(jìn)行另外布置。

圖 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。在特斯拉的案子里面，直接用這個(gè)部件來(lái)操作。

隨著這個(gè)部件的應(yīng)用，在電池系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候，本來(lái)就是斷開(kāi)的了。

小結(jié)：很多東西都在改變，我們總是有更好的措施去改善安全性