PDU核心電氣件介紹--熔斷器

在新能源汽車中的高壓保護最后一道防火墻--熔斷器(熔斷器就是在所有其它保護都失效時,最后的有效保護器件)。

熔斷器的應用領域非常廣泛,如前幾年火爆的光伏市場等,新能源汽車領域如直流充電樁、DC、水暖PTC 充電機、風暖PTC、動力電池、維修開關、高壓箱、電動空調等涉及到高電壓需要保護的地方,下文主要聊聊在PUD里面的應用。

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先來看看高壓配電盒,簡稱PDU(Power Distribution Unit),新能源車高壓系統解決方案中的高壓電源分配單元。通過母排及線束將高壓元器件電連接,為新能源汽車高壓系統提供充放電控制、高壓部件上電控制、電路過載短路保護、高壓采樣、低壓控制等功能等,保護和監控高壓系統的運行。PDU也能夠集成BMS主控、充電模塊、DC模塊、 PTC控制模塊等功能,與傳統PDU相比多了整車功能模塊,功能上更加集成化,結構上更復雜,具有水冷或是風冷等散熱結構。PDU配置靈活,可以根據客戶要求進行定制開發,能夠滿足不同客戶不同車型需求。BDU(Battery Disconnect Unit )電池包斷路單元,專為電池包內部設計,也是高壓配電盒的一種。

熔斷器熔斷原理介紹:

熔斷器作用:正常情況下,熔斷器在電路中起連接電路作用;非正常(超負載)情況下,熔斷器做為電路中的安全保護元件,通過自身熔斷安全切斷并保護電路。熔斷器的作用是保護電氣設備,防止電氣設備因過載造成損壞。

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熔斷器的熔斷是熔體被過電流釋放的熱能所熔化而造成的,而能夠熔斷熔斷器的能量就是熔斷器的熔化熱能值I*I*t(Q=I*I*t*R,R是定值),理論上說,只要熔斷器熔化所需要的能量大于瞬間脈沖電流所釋放的能量,熔斷器就不會被沖斷,也就是熔斷器可以抵抗這種脈沖的沖擊,一般慢熔斷型熔斷器都具備這種特性。

那么抵抗過一次瞬間脈沖的熔斷器有沒有發生什么變化呢?那就要看它受脈沖的傷害有多大了。如果該脈沖能量遠小于熔斷器熔化熱能,熔斷器受到的沖擊很小,那么熔斷器就可以接受許許多多次沖擊而不被沖斷,反之如果脈沖能量接近熔斷器熔化熱能,熔斷器被沖擊一次受到的損傷很大,那么它就可能受不起第二次的沖擊了,也就是說:熔斷器在經受每一次脈沖的沖擊后都會受到一定程度的損傷,即它的耐脈沖能力有所減弱或I*I*t有所降低,減弱或降低的程度跟脈沖的能量成正比。

我們要使熔斷器能夠承受多次瞬間脈沖的沖擊,必須要在熔斷器的I*I*t和脈沖能量間放足夠的余量,不同的電器產品由于使用壽命和開關頻率不同,需要承受脈沖的次數也不同,所以熔斷器的供應商應該提供相應的參考數據,即對應不同脈沖次數,需要選擇熔斷器的I*I*t對脈沖能量的不同倍數,這里僅是粗略的估算,準確的選擇必須要通過具體數據的計算來得到。

熔斷器的三個關鍵參數:

1. 額定電壓;2. 定電流;3. 極限分斷: 這是熔斷器在故障條件下能可靠的分斷最大短路電流,它是熔斷器的主要技術指標之一(其實也是很多技術人員忽略的地方)。下圖的產品為電壓1000VDC, 200A, 分斷能力IR為50KA,三者的關系見下文。

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熔斷器的初選:

1. 了解客戶初步需求:如額定電壓,額定電流,充放電峰值電流,峰值電流持續時間,抗震性能,工作環境要求,海拔高度,壽命要求等;原則上提供路測工況,不過,國內的主機廠基本不提供。

2. 熔斷器工作電壓不小于PDU額定電壓。

3. 根據額定電流及峰值電流繼續縮小范圍,選擇比額定電流大,且小于峰值電流的繼電器,比如PUD工作額定電流200A,峰值電流400A,熔斷器額定電流正常應該在300A或者350A之間選擇。

4. 因為熔斷器是熱能導致熔斷,熱能受熱傳導、風冷、液冷、頻率因數、熔斷器安裝殼體環境因數影響,很難準確預估使用壽命,熔斷器額定電流選擇一般按照經驗選擇: 熔斷器額定電流是PDU工作額定電流的2倍到2.5倍,但不超過PDU峰值電流。

5. 跟進熔斷器的熔斷時間曲線表,校正PDU峰值電流持續時間是否小于熔斷器熔斷時間,如果小于,則初選型正確。

6. 原則上建議上線測試;高壓系統是個非常復雜的系統,其他材料的耐壓等級、電性的設計、銅排的過流設計、裝配工藝等等因素都需要綜合考慮,不再累述。

熔斷器品牌:

國外品牌:巴斯曼(BUSSMANN)、力特、法雷(FERRAZ)、太平洋精工、友熔(臺灣)等;國內品牌:中熔和蘇熔(聽說這兩家都在一個產業園)、中貝、西聯等等。

由于巴斯曼(BUSSMANN)熔斷器配套在特斯拉上(在特斯拉多次失火而未發生電池爆炸,且人員能夠有時間逃生),比較早進入中國并收購西安的熔斷器廠,在中國市場表現搶眼。且西安成為一個熔斷器之鄉,故西安的廠商值得關注,猶如玉器成于“蘇作”。

國內市場對熔斷器的幾個誤區:

通過與不少技術人員交流,最為典型的就是發現不少技術人員把熔斷器當成斷路保護期來使用;簡單粗暴告訴大家一句話,那就是熔斷器就是在電流斷路時候起拉閘斷電的作用,其他時間就是過電流,這是其一;其二、國內的技術與設計人員出于成本的考慮,并沒有把熔斷器當做易損耗來設計,這對在熔斷器的電流選擇上是一個巨大的挑戰;其三、追求高電壓而忽視極限分斷能力。

市場前瞻:

高電壓、快充肯定是電動車的未來趨勢,這對整個高壓系統保護的最后一道防線--熔斷器提出更高的要求。如,更高電壓平臺上更小的體積,同時要達到更強熔斷能力且反應時間要更短,更要命的是價格能再便宜點不?隔壁老劉家的價格只是你的8成,做還是不做?還是由各位決定吧!

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