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

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關(guān)鍵詞: 電池系統(tǒng)

    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

    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)幼鳎瑪嚅_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。現(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

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

    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。

    (審核編輯: 林靜)

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