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新能源车--车载熔断器选型

发布时间:2023-12-04 11:12:48点击率:

1.额定电压Un:熔断器的额定电压不得低于系统的工作电压(目前有的汽车整个电气系统的电压已经达到了1000VDC)。电动汽车和快速充电站必须使用直流熔断器。

2.额定电流In:根据系统的大连续负载电流计算出正确的额定电流。在EV环境中必须要考虑一些具体的因素[影响熔断器额定电流的因素有被保护电路的大通流、环境温度、是否密封、导线(或铜排)的截面积、冷却方式、循环负载、海拔因素、与其他保护器件(如接触器、继电器、断路器等)的配合]

3.尺寸:确定适合应用的尺寸和安装方法(轻量化一直是汽车追求的目标,尽量采用尺寸小、自重轻的熔断器;尽量采用螺栓安装方式、容易紧固的熔断器)。

4.线缆耐过载能力:确定是否需要额外的电缆保护。推荐辅路保护一定要与电缆保护相匹配。

5.分断力(IR):可根据电路的实际需要选择,在电路短路的时间常数内(一般以L/R=5ms评估),熔断器能够分断大短路电流及小短路电流即可。

新能源车辆熔断器的额定电流计算:

1)被保护电路的正常满载电流(定义为Ia): EV/HEV熔断器在电力转换电路中的位置不同,通过熔断器的负载电流不同,该值大多数情况下设计工程师可提供;无法获得正常满载电流的应用,需要计算稳态电流来确定;

2)环境温度(定义为Kt):EV/HEV的熔断器工作环境温度会达到60~85℃,过高的环境温度会影响到熔断器的通流,需要使用温度降额系数对熔断器的通流进行修正;

温度修正曲线如下:

 

3)是否密封(定义为Ks):EV/HEV的熔断器通常都会安装在狭小密闭环境内,这会导致熔断器在工作时的热量不易散失,温度升高。建议采用Ks=0.8进行降额修正;

风速修正系数曲线如下:

4)导线(或铜排)的截面积(定义为Kb):EV/HEV追求轻量化的设计,可能采用与熔断器的连接导线(或铜排)的截面积会超过1.0~1.6A/mm2(参考IEC60269-4),修正系数如下:

 

5)冷却方式(定义为Kv):设计者可能会考虑采用风扇对装在狭小密封空间内的EV/HEV熔断器进行辅助散热,冷却修正系数如下:

 

6)循环负载(定义为Kg):不同的驾驶习惯和功率需求导致EV/HEV熔断器承受的负载呈非线性变化,这种瞬间的负载会导致熔断器的“狭径”部位受损或产生金属疲劳,进而导致熔断器寿命的提前终结。根据超过20年的跟踪观测,将熔断器的额定电流提高1.3~1.6倍(传统车用熔断器的过载测试点:1.35In~1.6In,10s~3600s),可实现熔断器承受循环负载与设计寿命的匹配。故选取Kg=1.3;

7)海拔因素(定义为Kh):EV/HEV熔断器在高海拔地区使用,由于空气密度降低导致散热慢,可按照2000米以上,每升高1000米降低5%的标准进行降额;

综上所述,

 

根据计算结果,按照IEC标准,大取大原则,选取靠上限的标准额定电流熔断器(假设计算结果为607A,则选取630A的熔断器)。

Ifuse的理论验证:在EV/HEV熔断器的实际工作中,短时的过载是否会对熔断器造成损伤,导致寿命提前结束?需要将大的过载电流Io与持续时间It,与选中的熔断器的I-T曲线进行比较,以Io不超过Ifuse的50%为宜。

与其他保护器件(如接触器、继电器、断路器等)的协调一致性配合:EV/HEV主要是熔断器的小分断(2In~8In)-大分断电流之间进行保护,在故障电流小于熔断器额定值2倍以下的区间,则是接触器、继电器、断路器等的保护范围。熔断器的熔断过程分为固-液-气-离子状态的转化,无法做到全范围内和接触器、继电器、断路器等的保护协调一致性。

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