接觸器粘連和電池的短路保護

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補充前面的文章吧，由于低壓服務(wù)開關(guān)的取代，使得接觸器粘連，系統(tǒng)直接導通變成了也給比較極端的情況。因此接觸器的失效在粘連部分的失效就是我們重點來控制的。

1）設(shè)計的考慮 - 電氣壽命

從電氣壽命上，接觸器的廠家一般會告訴你，電氣壽命有些絕對的界限，否則會發(fā)生熔焊。所以我們需要根據(jù)整個電氣系統(tǒng)的要求來匹配短時間加速的電流需求和長期電流需求。這里主要匹配

短時加速需求

較長時間持續(xù)高速需求

常規(guī)的工作電流 RMS 值

短路條件下分斷能力

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?表 1 接觸器的電流需求

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常規(guī)來看，我們是按照這個經(jīng)驗數(shù)值在一定溫度下來核算整個的情況。

圖 1 最高使用環(huán)境溫度下的電流耐受情況

而在整個設(shè)計里面，需要考慮瞬態(tài)大電流和設(shè)計不合理造成的問題，比如兩種典型的失效模式：

觸點動熔焊指閉合或分斷過程中，預擊穿和回跳電弧短時間內(nèi)釋放巨大的熱量，使接觸面局部快速加熱、軟化、熔化、氣化，然后迅速冷卻、凝固導致觸點材料連接一體，并在分斷過程中阻礙觸點脫離接觸的現(xiàn)象

觸點靜熔焊是指在固定接觸連接或接觸力足夠大的閉合狀態(tài)觸頭中，由于接觸電阻發(fā)熱使得導電斑點及其附近金屬熔化發(fā)生焊接

在這種情況下，由于整個動力母線上存在的容性負載，設(shè)計不合理的保護策略會直接導致靜熔焊。核心的我們在于設(shè)計一套預充策略來減少這些靜態(tài)電流對觸點的沖擊情況。

圖 2 兩種熔焊不同的機理

在考慮動熔焊處理的時候，是需要考慮整個系統(tǒng)對分斷的時候的監(jiān)測，來記錄整個 BDU 系統(tǒng)在工作過程中保護的次數(shù)，來記錄開關(guān)能力情況比對實際的開關(guān)能力、次數(shù)，建立一個接觸器 SOH 的檔案來。

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圖 3 這個工作還是需要外部的配合，完整的信息歸檔

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嚴格意義上接觸器的熔斷失效，最終演變成一旦發(fā)生不能切斷，最嚴重的情況下可能會延燒到周圍。關(guān)于內(nèi)部氣體穿透壽命 本繼電器在內(nèi)部使用氣體封入型的密封觸點(容器觸點)，但是內(nèi)部氣體隨著容器觸點內(nèi)部溫度(環(huán)境溫度＋通電引起的溫度上升)的變 化而具有內(nèi)部氣體穿透壽命。使用環(huán)境溫度請勿超過－40℃～80℃。

當失效發(fā)生的時候，接觸器一側(cè)的檢查就非常重要，特別是在動作的時候進行判別，然后在發(fā)現(xiàn)之后報故障。如果同時粘連，可能涉及到整個靜熔焊的過程，這個時候就需要熔絲的層級進行保護了。

電池系統(tǒng)短路設(shè)計 2- 熔絲設(shè)計考慮

接很早之前寫的文章《電池系統(tǒng)短路保護層級考慮》，在前面提及短路保護法規(guī)和實驗要求與設(shè)計概念以后，我們需要進行設(shè)計值和實驗的確認。

1）熔絲的分層細化

分級熔斷防護主要是把整個電池包的短路分為四層

電池單體熔絲：在多電池并聯(lián)的時候，防止電池內(nèi)短路時，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

整車用電負載熔絲：由于外部的用電負荷比較多，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的熔絲予以考慮

2）熔絲設(shè)計考慮 - 熔絲考慮

保護設(shè)備的時間 - 電流曲線需要考慮兩部分，

正常運行區(qū)域（綠色陰影部分）：在該電路設(shè)計區(qū)域內(nèi)，熔絲允許放電電流通過。正常運行區(qū)域必須位于保護器件的時間電流曲線左側(cè)。

電流異常區(qū)域（紅色陰影部分），此時熔絲需要動作，斷開電池與外部系統(tǒng)的連接，應(yīng)位于保護設(shè)備時間 - 電流曲線的右側(cè)。

短路時間持續(xù)時間應(yīng)大約為幾十毫秒，確保電池盡快與故障隔離。

熔絲設(shè)備打開的時間越長，電池在短路階段釋放的能量能量就越多，可能導致設(shè)備損壞，甚至引發(fā)相關(guān)導電部件發(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)計中需要考慮這個。

圖 短路設(shè)計考慮

在實際的考慮中，需要把參數(shù)進行轉(zhuǎn)化。最主要的工作就是在。

備注：原來電池包熔絲和 MSD 一體化，現(xiàn)在如果 MSD 取消，熔絲需要進行另外布置。

圖 多層級保護描述

在這幾個不同的熔斷對時間的曲線里面，我們是通過設(shè)計不同的熔絲的規(guī)格，然后進行分析、測定。在特斯拉的案子里面，直接用這個部件來操作。

隨著這個部件的應(yīng)用，在電池系統(tǒng)出現(xiàn)問題的時候，本來就是斷開的了。

小結(jié)：很多東西都在改變，我們總是有更好的措施去改善安全性