謝小鋒

（福建新龍馬汽車股份有限公司，福建 龍巖 364000）

純電動汽車用高壓直流熔斷器選型計算

謝小鋒

（福建新龍馬汽車股份有限公司，福建 龍巖 364000）

文章介紹了純電動汽車用高壓直流熔斷器使用條件及修正系數(shù)，并以空調(diào)壓縮機為例說明高壓直流熔斷器的選型計算。

純電動汽車；高壓直流熔斷器；選型

CLC NO.: U472 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)19-84-03

前言

純電動汽車高壓電纜很短，發(fā)生短路故障時會短時間內(nèi)形成強大的浪涌沖擊電流。為保證高壓用電器及車上人員的安全，會在高壓回路上設(shè)置一些直流熔斷器。高壓熔斷器一般裝在動力電池箱或PDU內(nèi)，主要應(yīng)用于空調(diào)壓縮機、DCDC、充電機、PTC等高壓回路。一般具有以下特性：一快熔，以完成過載和短路故障的快速熔斷；二熔斷器耐高溫，且阻燃性較好。

1 高壓熔斷器的使用類別與分斷范圍

使用類別是用于區(qū)別熔斷器的特性參數(shù)的組合。分斷范圍代號標(biāo)明了熔斷器適合提供保護的過電流范圍。根據(jù)線路要求、使用場合、安裝條件來選擇熔斷器的類型。常用熔斷器的使用類別和分斷范圍如表1。純電動汽車常用aR及gR類型的高壓熔斷器。

表1 熔斷器使用類別與分斷范圍

2 高壓熔斷器主要特性參數(shù)

2.1 額定電壓

熔斷器的額定電壓選擇：系統(tǒng)最高電壓應(yīng)不高于熔斷器的可以安全分斷的最高電壓。

2.2 額定電流

熔斷器可持續(xù)承載的電流，純電動汽車所用熔斷器通常采用安培RMS值。在非正常工作條件下應(yīng)用的熔斷器，長期持續(xù)的工作電流可能需要進一步驗證或由額定電流修正確定。條件允許的情況下，進行具體條件下的試驗測定。對于一些常見的條件變化，可以參考熔斷器廠商給出的修正系數(shù)。

2.3 熔斷特性

熔斷特性曲線說明預(yù)期電流（單位：安培RMS）與有效熔斷時間（單位：秒）之間的函數(shù)關(guān)系。熔斷器用于針對大故障電流的短路保護。熔斷器應(yīng)避免運行或熔斷于熔斷曲線中的斷續(xù)/虛線段。通過曲線，可以了解弧前電流RMS值與實際熔斷時間之間的函數(shù)關(guān)系。

圖1 熔斷器熔斷特性曲線

2.4 I2t

當(dāng)熔斷器受到大電流時，弧前I2t趨于一個最小值。熔斷I2t隨著施加的電壓，故障等級，功率因數(shù)和短路啟動點的上升波動而變化。為了有效保護線路，熔斷器總I2t必須小于線路I2t。

2.5 環(huán)境溫度

環(huán)境溫度在非正常溫度下，需對環(huán)境溫度進行折算。如圖2，20℃時，Kt=1。

圖2 某品牌熔斷器溫度修正系數(shù)曲線

2.6 熱連接

熔斷器連接的銅排或?qū)Ь€大于1.3A/mm2時，則應(yīng)按熔斷器熱連接系數(shù)曲線降低保險絲的電流。

where Lq1(?) is the likelihood function used in the EM to estimate the parameters of GMM ofobservableq1,andis the set of parameters of observable q1in the GMM.

圖3 某品牌熔斷器熱連接系數(shù)曲線

2.7 海拔

較高海拔主要帶來絕緣劣化，散熱條件劣化，氣壓力變化。海拔超過2000m，需對海拔進行折算。

式中：Ka-高海拔修正系數(shù)；

h —海拔，m；

3 高壓熔斷器選型

3.1 基本選型

純電動汽車一般采用陶體熔斷器，并裝在動力電池或PDU內(nèi)。在高壓直流回路中，熔斷器額定電流：

式中：In—熔斷器額定電流，A；

IRMS—最大允許持續(xù)有效負載電流，A；

Kt—環(huán)境溫度修正系數(shù)；

Ke-熱連接修正系數(shù)；

Ka-高海拔修正系數(shù)；

3.2 過載校核

熔斷器在嚴重過載（實際電流超過允許的最大負載電流）時可能發(fā)生誤作動。實際運用中，應(yīng)設(shè)定熔斷器在相應(yīng)時間及頻次范圍內(nèi)負載I2t與熔斷器熔斷I2t的比值，如表2。

表2 負載I2t與熔斷器熔斷I2t的比值

3.3 接觸器校核

純電動汽車高壓回路中若有接觸器，則需考慮接觸器粘連時間。接觸器粘連前，熔斷器須熔斷。

4 設(shè)計實例

以某純電動物流車空調(diào)壓縮機為例，說明熔斷器的選取方法。空調(diào)壓縮機熔斷器裝在動力電池內(nèi)?？照{(diào)壓縮機的峰值電流為14.67A。由于回路中無預(yù)充電阻，需考慮啟動瞬間電流。實測空調(diào)開啟瞬間電流能達到750A，瞬間不大于0.4ms。

4.1 額定電流計算

圖4 ET系列熔斷器時間-電流曲線

動力電流工作溫度為-20~60℃，由圖2可得Kt=0.8。

熔斷器銅排電流密度為3A/mm2，由圖3可得Ke=0.8。

設(shè)計海拔高度為3500m，由式1可得Ka=0.925。

熔斷器電流In=14.67/(0.8×0.8×0.925)A=24.78A?？紤]啟動瞬間電流，初步選定63A的熔斷器，如圖4。

4.2 過載校核

空調(diào)壓縮機啟動時I2t與熔斷器I2t的比值為7502×0.4×10-3/1200=18.75%<25%，符合要求。

4.3 接觸器校核

實測短路電流約為1932A，由圖4可得，熔斷器熔斷時間遠小于接觸器粘連時間25S，符合要求。

5 結(jié)論

經(jīng)上述方法選型的熔斷器在實車耐久試驗及實際應(yīng)用中，高壓回路安全穩(wěn)定。從熔斷器的使用條件、負載特性等方面進行分析，若熔斷器用導(dǎo)線連接，則導(dǎo)線發(fā)煙前須熔斷熔斷器。

[1] GB/T13539.1-2008,低壓熔斷器 第1部分:基本要求[S].

[2] Saffiya Osman.High Voltage DC Fuse Proction for Hybrid Electric Vehicles[J/OL].Eaton.2015.

[3] High Speed Fuse Application Guide[J/OL].Eaton.2014.

Selection of High Voltage DC Fuses for BEV

Xie Xiaofeng
( Fujian Newlongma Automotive Co.,LTD, Fujian Longyan 364000 )

This paper introduces the conditions and correction coefficients of high voltage DC fuses for BEV, and illustrates the selection of high voltage DC fuses with AC compressors as an example.

BEV; high voltage DC fuse; selection

U472 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)19-84-03

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.19.029

謝小鋒（1987-），本科，工程師，就職于福建新龍馬汽車股份有限公司。研究方向：新能源汽車高低壓線束及三電系統(tǒng)。