朱立德，周思林，張 鵬，張明明

（浙江吉潤汽車有限公司，浙江 寧波 315800）

1 新能源汽車趨勢

1）井噴的市場需求 中國新能源汽車市場的快速發(fā)展，帶動(dòng)了新能源汽車上下游產(chǎn)業(yè)鏈的相關(guān)企業(yè)都呈現(xiàn)出高速增長的態(tài)勢。作為新能源汽車三大核心部件之一的動(dòng)力電池，因其較高的技術(shù)復(fù)雜性和較高的成本占比，既推動(dòng)了新能源行業(yè)的高速發(fā)展，但在一定程度上，也成為了大規(guī)模普及新能源汽車產(chǎn)業(yè)的一個(gè)制約因素。

2）不斷延伸的產(chǎn)業(yè)鏈布局 面對如此巨大的市場需求，帶動(dòng)了動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈的上下游企業(yè)都處于供不應(yīng)求的狀態(tài)。一些企業(yè)開始進(jìn)行前瞻性的布局，涉足產(chǎn)業(yè)鏈的上下游。整車企業(yè)在往三電技術(shù)方向發(fā)展，同時(shí)，一些電池企業(yè)也試圖進(jìn)入新能源汽車終端市場。

2 動(dòng)力電池安全性

目前，動(dòng)力電池的現(xiàn)有技術(shù)還難以滿足純電動(dòng)汽車大規(guī)模普及的要求。由于電池的能量密度還不夠高，導(dǎo)致了續(xù)航里程不高，難以滿足用戶對長途行車的要求。

某知名車企純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程為253 km，百公里電耗15 kWh，這些性能與電動(dòng)汽車的前景息息相關(guān)，還有待提升。在2018年要做到續(xù)航里程400 km，百公里電耗13 kWh；2020年續(xù)航里程為500 km，百公里電耗為11 kWh。當(dāng)動(dòng)力電池能夠達(dá)到這種水平的時(shí)候，純電動(dòng)汽車全面取代傳統(tǒng)燃油車的時(shí)機(jī)已經(jīng)來臨。

此外，動(dòng)力電池存在的安全性等問題，也使得它的發(fā)展變得小心謹(jǐn)慎。單體電池是非?；顫姷妮d體，經(jīng)常會(huì)發(fā)生熱失控。因此，動(dòng)力電池常常成為造成安全事故的主要原因。

目前各大電池廠家都在積極地進(jìn)行安全防護(hù)設(shè)計(jì)，其中本文所介紹的MSD維修開關(guān)為安全防護(hù)中很重要的一環(huán)，接下來將著重講解。

3 MSD維修開關(guān)

MSD（Manual Service Disconnect，手動(dòng)維護(hù)開關(guān)）是保證電動(dòng)汽車高壓電氣安全的關(guān)鍵部件，是關(guān)鍵時(shí)刻實(shí)現(xiàn)高壓系統(tǒng)電氣隔離的執(zhí)行部件，合理地設(shè)計(jì)和操作MSD對于電動(dòng)汽車的電氣安全至關(guān)重要。

3.1 MSD簡述

1）MSD的主要功能 為了保護(hù)在高壓環(huán)境下維修電動(dòng)汽車的技術(shù)人員安全或應(yīng)變突發(fā)的事件，可以快速分離高壓電路的連接，使維修等工作處于較為安全的狀態(tài)，如外部短路情況保護(hù)，維修時(shí)需要斷開高壓。

2）MSD的基本原理 將MSD設(shè)計(jì)在Pack主回路中，內(nèi)置高壓熔斷絲及高壓互鎖功能。在外部短路時(shí)，熔斷絲切斷高壓回路；需要手動(dòng)斷開高壓時(shí)，高壓互鎖先斷開，然后再斷開高壓回路。圖1為MSD維修開關(guān)實(shí)物圖。

3.2 MSD需要具備的功能

在實(shí)際的應(yīng)用中，MSD的設(shè)計(jì)要求還應(yīng)該包括使用溫度范圍、帶載切斷能力、耐化學(xué)腐蝕、機(jī)械強(qiáng)度可靠性等功能要求，見表1。

3.3 MSD的選型示例

某項(xiàng)目電池包的輸出功率要求電流約130 A，技術(shù)參數(shù)如下。

1）Pack的Umax=420 V，MSD的額定電壓需要≥450 V。

2）考慮負(fù)載持續(xù)電流。MSD可選350 A的Fuse（350 A＞2×130 A）。

圖1 MSD維修開關(guān)實(shí)物圖

表1 MSD需要具備的功能

3）反應(yīng)時(shí)間考慮。由于Umax為420 V ，DCR為100 mΩ，所以短路電流為420 V/100mΩ=4 200 A。

從圖2可以看到4 000 A時(shí)MSD熔斷時(shí)間為4 ms，繼電器粘連時(shí)間約30 ms。MSD的熔斷時(shí)間小于繼電器的粘連時(shí)間，該MSD可滿足選型要求。

4 某車型維修開關(guān)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

在車輛維修、存在漏電危險(xiǎn)等特殊情況時(shí)，需要將MSD維修開關(guān)從整車上拔下來。并且5 min之后，維修人員才能對該車進(jìn)行操作?；谠撥囆统霈F(xiàn)多起MSD外殼脫落的現(xiàn)象（圖3），有很大的安全隱患，需要對此故障原因進(jìn)行分析，并給出解決方案。

4.1 拉脫力測試

圖2 MSD電流-時(shí)間曲線

圖3 MSD外殼脫落

觸點(diǎn)保持力試驗(yàn)應(yīng)使用合適的試驗(yàn)器械進(jìn)行。觸點(diǎn)應(yīng)保證所有鎖死裝置有效，應(yīng)在其軸線方向上安裝的反方向施加恒定的力并保持10±2 s。如圖4所示，通過調(diào)節(jié)U型卡扣的距離，調(diào)整插頭被拉出的位置，模擬干澀情況下的拉出。導(dǎo)線尺寸與拉力的關(guān)系見表2。拉脫力測試數(shù)據(jù)見表3。

圖4 拉脫力測試

表2 導(dǎo)線尺寸與拉力的關(guān)系

表3 拉脫力測試數(shù)據(jù)

從表3試驗(yàn)結(jié)果來看，正常受力時(shí)，該結(jié)構(gòu)能夠承受＞450 N的拉力，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。需考慮其他拉力工況下的受力情況。通過現(xiàn)場了解，發(fā)現(xiàn)維修人員在拔MSD時(shí)，拉手未推到垂直90°，存在斜拉的情況。可以得出原因如下。

1）直接原因：①車內(nèi)操作空間狹小，不易使力，易傾斜；②插頭在拔出過程中，由于傾斜受力，導(dǎo)致應(yīng)力集中，卡扣易脫落或者斷裂，外殼脫落。

2）根本原因：①設(shè)計(jì)時(shí)未考慮到傾斜拉的實(shí)際情況，結(jié)構(gòu)有缺陷，需加強(qiáng)強(qiáng)度；②插頭在上拉或下插過程中，前后端高度不一致，容易造成卡死；③MSD與車身干涉，造成拉手?jǐn)嗔选?/p>

4.2 外殼及底座結(jié)構(gòu)優(yōu)化

針對上面提出的原因，分別對外殼和底座進(jìn)行了優(yōu)化，圖5為改進(jìn)后的MSD，具體改動(dòng)如下。

圖5 改進(jìn)后的MSD

1）在外殼兩端增加2個(gè)卡扣，增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

2）在MSD上蓋兩端增加2道防傾斜筋位，保證插拔時(shí)拉手前后呈水平。

3）左右兩端增加2個(gè)限位筋，減少晃動(dòng)量。

4）反插防呆設(shè)計(jì)，增加上下蓋裝配導(dǎo)向槽（左右導(dǎo)向槽）。

5）增加拉手到90°位置提醒，拉手兩端有2個(gè)小凸點(diǎn)。

4.3 改進(jìn)方案效果驗(yàn)證

1）插頭極限斜拉 驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)：卡扣的力大于拉手的力，即在破壞力的情況下，拉手先斷，卡扣不斷。圖6為插頭極限斜拉測試，測試數(shù)據(jù)見表4。

圖6 插頭極限斜拉測試

表4 插頭極限斜拉測試數(shù)據(jù)

結(jié)論：更改后，在熔斷器的固定力已經(jīng)超過了其它部件，滿足拉手先斷裂，而外殼未脫落的標(biāo)準(zhǔn)要求。

2）固定結(jié)構(gòu)拉力 驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)：拉斷力滿足要求，即大于端子保持力450 N，且較老狀態(tài)有明顯提升。圖7為固定結(jié)構(gòu)拉力測試，測試數(shù)據(jù)見表5。

圖7 固定結(jié)構(gòu)拉力測試

表5 固定結(jié)構(gòu)拉力測試數(shù)據(jù)

結(jié)論：該結(jié)構(gòu)能夠承受＞450 N的拉力，符合標(biāo)準(zhǔn)要求，且更改后拉斷力有將近1倍的提升，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

5 結(jié)語

MSD維修開關(guān)作為保證電動(dòng)汽車高壓電氣安全的關(guān)鍵部件，合理地設(shè)計(jì)和操作對其至關(guān)重要。但目前維修開關(guān)為各廠家自行配備的功能件，暫無法規(guī)規(guī)定其配置要求。目前國內(nèi)對于維修開關(guān)的研究還處在基礎(chǔ)階段，本文對維修開關(guān)的設(shè)計(jì)及操作要求進(jìn)行了詳細(xì)的論述。與此同時(shí)，對該車型所使用的MSD進(jìn)行了結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化，消除了安全隱患。

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