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新能源車--車載熔斷器選型

1.額定電壓Un:熔斷器的額定電壓不得低于系統的工作電壓(目前有的汽車整個電氣系統的最高電壓已經達到了1000VDC)。電動汽車和快速充電站必須使用直流熔斷器。

2.額定電流In:根據系統的最大連續負載電流計算出正確的額定電流。在EV環境中必須要考慮一些具體的因素[影響熔斷器額定電流的因素有被保護電路的最大通流、環境溫度、是否密封、導線(或銅排)的截面積、冷卻方式、循環負載、海拔因素、與其他保護器件(如接觸器、繼電器、斷路器等)的配合]。

3.尺寸:確定適合應用的尺寸和安裝方法(輕量化一直是汽車追求的目標,盡量采用尺寸小、自重輕的熔斷器;盡量采用螺栓安裝方式、容易緊固的熔斷器)。

4.線纜耐過載能力:確定是否需要額外的電纜保護。推薦輔路保護一定要與電纜保護相匹配。

5.分斷力(IR):可根據電路的實際需要選擇,在電路短路的時間常數內(一般以L/R=5ms評估),熔斷器能夠分斷最大短路電流及最小短路電流即可。

新能源車輛熔斷器的額定電流計算:

1)被保護電路的正常滿載電流(定義為Ia): EV/HEV熔斷器在電力轉換電路中的位置不同,通過熔斷器的負載電流不同,該值大多數情況下設計工程師可提供;無法獲得正常滿載電流的應用,需要計算穩態電流來確定;

2)環境溫度(定義為Kt):EV/HEV的熔斷器工作環境溫度會達到60~85℃,過高的環境溫度會影響到熔斷器的通流,需要使用溫度降額系數對熔斷器的通流進行修正;

溫度修正曲線如下:

 

3)是否密封(定義為Ks):EV/HEV的熔斷器通常都會安裝在狹小密閉環境內,這會導致熔斷器在工作時的熱量不易散失,溫度升高。建議采用Ks=0.8進行降額修正;

風速修正系數曲線如下:

4)導線(或銅排)的截面積(定義為Kb):EV/HEV追求輕量化的設計,可能采用與熔斷器的連接導線(或銅排)的截面積會超過1.0~1.6A/mm2(參考IEC60269-4),修正系數如下:

 

5)冷卻方式(定義為Kv):設計者可能會考慮采用風扇對裝在狹小密封空間內的EV/HEV熔斷器進行輔助散熱,冷卻修正系數如下:

 

6)循環負載(定義為Kg):不同的駕駛習慣和功率需求導致EV/HEV熔斷器承受的負載呈非線性變化,這種瞬間的負載會導致熔斷器的“狹徑”部位受損或產生金屬疲勞,進而導致熔斷器壽命的提前終結。根據超過20年的跟蹤觀測,將熔斷器的額定電流提高1.3~1.6倍(傳統車用熔斷器的過載測試點:1.35In~1.6In,10s~3600s),可實現熔斷器承受循環負載與設計壽命的匹配。故選取Kg=1.3;

7)海拔因素(定義為Kh):EV/HEV熔斷器在高海拔地區使用,由于空氣密度降低導致散熱慢,可按照2000米以上,每升高1000米降低5%的標準進行降額;

綜上所述,

 

根據計算結果,按照IEC標準,大取大原則,選取靠上限的標準額定電流熔斷器(假設計算結果為607A,則選取630A的熔斷器)。

Ifuse的理論驗證:在EV/HEV熔斷器的實際工作中,短時的過載是否會對熔斷器造成損傷,導致壽命提前結束?需要將最大的過載電流Io與持續時間It,與選中的熔斷器的I-T曲線進行比較,以Io不超過Ifuse的50%為宜。

與其他保護器件(如接觸器、繼電器、斷路器等)的協調一致性配合:EV/HEV主要是熔斷器的最小分斷(2In~8In)-最大分斷電流之間進行保護,在故障電流小于熔斷器額定值2倍以下的區間,則是接觸器、繼電器、斷路器等的保護范圍。熔斷器的熔斷過程分為固-液-氣-離子狀態的轉化,無法做到全范圍內和接觸器、繼電器、斷路器等的保護協調一致性。



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