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接触器粘连和电池的短路保护

电力电子 | 发布时间:2018-09-01 | 人气: | #评论# | 本文关键字:接触器,电池,短路保护
摘要:由于低压服务开关的取代,使得 接触器粘连,系统直接导通变成了也给比较极端的情况。因此接触器的失效在粘连部分的失效就是我们重点来控制的。 1)设计的考虑-电气寿命 从电气寿命上,

由于低压服务开关的取代,使得接触器粘连,系统直接导通变成了也给比较极端的情况。因此接触器的失效在粘连部分的失效就是我们重点来控制的。

1)设计的考虑-电气寿命

从电气寿命上,接触器的厂家一般会告诉你,电气寿命有些绝对的界限,否则会发生熔焊。所以我们需要根据整个电气系统的要求来匹配短时间加速的电流需求和长期电流需求。这里主要匹配

  • 短时加速需求

  • 较长时间持续高速需求

  • 常规的工作电流RMS值

  • 短路条件下分断能力

                             表1 接触器的电流需求

主接触器要求

Min

Max

Units

Notes

放电电流


450

A

20秒 正常情况

40秒 失效情况

放电电流


250

A

360 

持续放电电流


150

A

> 3600 

分断电流


1500

A

常规来看,我们是按照这个经验数值在一定温度下来核算整个的情况。

图1 最高使用环境温度下的电流耐受情况

而在整个设计里面,需要考虑瞬态大电流和设计不合理造成的问题,比如两种典型的失效模式:

  • 触点动熔焊指闭合或分断过程中,预击穿和回跳电弧短时间内释放巨大的热量,使接触面局部快速加热、软化、熔化、气化,然后迅速冷却、凝固导致触点材料连接一体,并在分断过程中阻碍触点脱离接触的现象

  • 触点静熔焊是指在固定接触连接或接触力足够大的闭合状态触头中,由于接触电阻发热使得导电斑点及其附近金属熔化发生焊接

在这种情况下,由于整个动力母线上存在的容性负载,设计不合理的保护策略会直接导致静熔焊。核心的我们在于设计一套预充策略来减少这些静态电流对触点的冲击情况。

图2 两种熔焊不同的机理

在考虑动熔焊处理的时候,是需要考虑整个系统对分断的时候的监测,来记录整个BDU系统在工作过程中保护的次数,来记录开关能力情况比对实际的开关能力、次数,建立一个接触器SOH的档案来。

图3 这个工作还是需要外部的配合,完整的信息归档

严格意义上接触器的熔断失效,最终演变成一旦发生不能切断,最严重的情况下可能会延烧到周围。关于内部气体穿透寿命 本继电器在内部使用气体封入型的密封触点(容器触点),但是内部气体随着容器触点内部温度(环境温度+通电引起的温度上升)的变 化而具有内部气体穿透寿命。使用环境温度请勿超过-40℃~80℃。

当失效发生的时候,接触器一侧的检查就非常重要,特别是在动作的时候进行判别,然后在发现之后报故障。如果同时粘连,可能涉及到整个静熔焊的过程,这个时候就需要熔丝的层级进行保护了。

电池系统短路设计2-熔丝设计考虑

接很早之前写的文章《电池系统短路保护层级考虑》,在前面提及短路保护法规和实验要求与设计概念以后,我们需要进行设计值和实验的确认。

1)熔丝的分层细化

分级熔断防护主要是把整个电池包的短路分为四层

  • 电池单体熔丝:在多电池并联的时候,防止电池内短路时,并联电池电流倒灌所有并联电池外短路。如前文所述,电池单体熔丝可以做到电池里面、电池Tab上面和电池极柱与母线连上

  • 电池模组熔丝:这一层主要是防止模组级别的短路,现在挺多公司予以省略了。

  • 电池系统熔丝:一般也称为Half Pack熔丝,防止电池系统外部短路的目的

  • 整车用电负载熔丝:由于外部的用电负荷比较多,在分解用电部件之后,主熔丝需要放在刀刃上,所以需要给配电部分配置单独的熔丝予以考虑 2)熔丝设计考虑-熔丝考虑

保护设备的时间-电流曲线需要考虑两部分,

  • 正常运行区域(绿色阴影部分):在该电路设计区域内,熔丝允许放电电流通过。正常运行区域必须位于保护器件的时间电流曲线左侧。

  • 电流异常区域(红色阴影部分),此时熔丝需要动作,断开电池与外部系统的连接,应位于保护设备时间-电流曲线的右侧。

  • 短路时间持续时间应大约为几十毫秒,确保电池尽快与故障隔离。

  • 熔丝设备打开的时间越长,电池在短路阶段释放的能量能量就越多,可能导致设备损坏,甚至引发相关导电部件发热。

短路电流随电池状态的不同而不同,在不同SOC和EOL状态下,在设计中需要考虑这个。

图 短路设计考虑

在实际的考虑中,需要把参数进行转化。最主要的工作就是在。

备注:原来电池包熔丝和MSD一体化,现在如果MSD取消,熔丝需要进行另外布置。

图 多层级保护描述

在这几个不同的熔断对时间的曲线里面,我们是通过设计不同的熔丝的规格,然后进行分析、测定。在特斯拉的案子里面,直接用这个部件来操作。

随着这个部件的应用,在电池系统出现问题的时候,本来就是断开的了。


责任编辑:接触器,电池,短路
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