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车用直流高压熔断器如何选型

点击数: 发布时间:2021-01-25 09:05:08

  车用直流高压熔断器,是动力电池系统过流保护必配的重要电器,因为要适应电动汽车的纯直流专属用途,第一应具备直流快速保护特性,以完成重过载和短路电流的迅速熔断;第二应具备体积紧凑、抗振耐用、通用互换的结构特征;第三尤为重要但也常被忽略的是:熔断器管壳材质应具备抗高温、不助燃也不自燃的安全防火特性。车用高压熔断器长期工作在封闭狭小的安装空间内,无法得到有效地冷却降温,特别是与电池组共处一个持续高温的闭合环境中时,材质选型不当将会引发管壳的热熔与燃烧事故。正所谓“成也萧何,败也萧何”,为周全之计,对车用高压熔断器的合理选型一定要高度重视并慎思慎行。

 电动汽车为什么要用高压熔断器做锂电池系统的过流总保护,一是基于国家标准GB/T18384.1的明确规定,更是因为锂电池系统发生重过载和短路故障时,必须有一道坚固可靠的“闸门”截断并消除这些破坏力极强的短路能量,有效制止高压过流事故的扩大和蔓延。因为车载空间狭小有限,无法安装庞大而昂贵的直流断路器,只能选用体积不大、相对低廉并可紧凑安装的直流快速熔断器,作为限制和开断异常电气事故的主保护器,这已是国内外电动汽车业界公认的一种安全标准配置。

 直流快速熔断器在管壳内焊装纯银熔体,填充密实固化的高纯石英砂。正常工作时熔断器自身的微欧级电阻可以忽略不计。当电池系统出现数千安培的重过载和短路电流时,银熔体与石英砂会在几个毫秒内协同完成“熔化-灭弧-断流”全过程,将高压浪涌电流和高能热量在管体内全部消耗吸收。在这个熔断过程中,管壳要承受内部高压电弧产生的200-300MPa扩张压力,以及超过1000℃异常高温的扩散热辐射,如不具备足够的抗高温机械强度指标,管体就会破损炸裂、喷出电弧进而高温碳化、自燃起火。

 进入2014年以后,随着电动汽车产量的大幅增长,上路运行的车辆越来越多,动力电池储能容量越来越大,用有机材料制作熔断器管壳先天不足的致命弱点,在一些意外事故中逐步暴露出来。用户反映有机复合管熔断器发生的多起管壳燃烧事件,大多在500V以上电动大巴的充电过程发生,特别是当锂电池使用寿命已超过质保期、或安装熔断器使用有机材料底座、或导电连接螺钉出现了松动、或管壳过于靠近箱体铁板等细微因素,都易引发意外的电击燃弧事故。此前因事发现场采集的信息不够全面,有些整车制造和电池企业不愿披露过多事故细节,因此,锂电池过充失控引发的泄漏、短路及熔断器安装使用不当问题,一直未被纳入事故诱因做深入的分析考虑。高压熔断器有机复合管壳为何会热熔自燃?而内部熔体与石英砂却基本完好?这股强势短路浪涌究竟从何而来?不仅让供需双方陷入了长时间的迷惑不解和争论之中,也使公众对新能源电动汽车的乘用安全产生质疑与不安。

 随着对熔断器有机管壳热熔自燃现象的深入研究,发现有机复合材料高温软化变形温度均低于200℃,在电池箱或高压箱封闭高温状态下长期工作,尤其当熔断器被安装在通风散热极差的狭窄角落里时,其材质会发生明显的衰退性热老化,机械强度与绝缘强度均呈梯度下降。而锂电池充电时的过充失控现象,尤以电动大巴在500V以上高压充电时较为常见,过充导致电池泄漏或电容击穿产生的短路浪涌,会逆向冲击继电器和熔断器,使箱体内异常高温迅速攀升,加剧了有机管体的软化变质,当环境温度超过有机材质的热熔点时,管壳就会迅速全面碳化,原先的绝缘层变成了导电层,高压浪涌沿管壁形成外部电弧通道,猛烈灼烤有机胶体使之热熔自燃,高压箱体内的电气线缆同步引燃,直至引发整车的起火燃烧。事故过程据目击者描述仅需几秒时间,但其破坏能量却相当惊人。

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