發布日期：2023-10-04 點擊率：255 品牌：BUSSMANN
熔斷器的工作原理看起來比較簡單，在電路中出現瞬時大電流時，熔絲自身發熱，把自己熔斷就算完成使命。但在一個確定的電路中，選擇什么樣的熔絲，才能夠恰到好處的實現，遇到故障電流，在短時間內熔斷；同時又能確保，在長期的正常工作電流作用下，不會出現熔斷，甚至不會因為傷痕的累積而出現電阻增大情形，影響到回路的效率。這才是好的熔斷器追求的目標。
電動汽車上使用的熔斷器，既需要普通配電系統中直流高壓熔斷器的熔斷保護性能，同時，還需要承受道路車輛的沖擊和振動，這是對電動汽車高壓系統內使用的熔斷器的一類獨特要求。
1 熔斷器類型和特點
按照供配電系統中習慣性的叫法，250V以下稱為低壓。我們現在所說的高壓直流熔斷器，實際上是針對電動汽車的電氣系統中的習慣叫法。控制電路以外的，都被我們叫做高壓系統。電動汽車上的高壓直流，目前主流都在1000V以下。
直流熔斷器的類型，按照結構劃分可以分成插入式、螺旋式、無填料封閉管式、有填料封閉管式和快速熔斷器幾種。
插入式，指熔斷器的熔體以插接的方式固定在熔斷器支座上，一旦出現故障熔斷，可以只更換熔體而不必拆卸整個熔斷器。它主要由瓷蓋、瓷座、動觸頭、靜觸頭和熔絲組成。這是一種比較傳統的熔斷器。如下圖所示。
螺旋式，指熔斷器兩側的接線端靠螺紋旋接的方式連接到一起的一類熔斷器，它主要由瓷帽、熔斷管、瓷套、上接線端、下接線端及座子組成，基本結構如下圖所示。
無填料封閉管式，是將一片或者幾片熔體并聯封閉在一個套管內，熔體上人為設計薄弱環節作為熔斷點的一種熔斷器。它主要由熔斷管（纖維管）、插座和熔片組成。使用過程中，此類熔斷器接入回路時需要配套支座作為絕緣固定之用。基本結構如下圖所示。
有填料封閉管式熔斷器，指在封閉管體內熔體周圍，填充經過處理的石英砂，用以加速電弧的熄滅的一類熔斷器。它主要由管體、指示器、石英砂填料和熔體組成。管體由滑石陶瓷制成。當熔斷器遇到故障電流熔斷后，指示器顯示其熔斷狀態。簡圖如下圖所示。
快速熔斷器，強調反應迅速，在出現短路情況時，能夠實現對回路電氣的保護。快速熔斷器的基本組成與有填料封閉管式熔斷器類似，主要區別在于熔體的材質和具體結構設計。快熔的熔體多數都是銀或者銀合金，在熔體薄片上設計各種切口，并在特定位置添加其他材質的焊點，目的就是期望故障電流出現時，熱量都集中在設計的幾個點上，以利于短時間熔斷。快熔外形如下圖所示。
快熔又包含全范圍保護和短路保護兩種應用。全范圍保護，過載、短路均由快熔進行保護，適用于小功率裝置或器件裕度較大的場合。短路保護：快熔只針對出現短路電流的情形進行保護。實際上，快熔想要兼顧過載延時和短路瞬時，是一件非常高難度的事情。
我們在電動汽車高壓回路中，主要應用快熔，而最為關注的參數是它的可靠性、熔斷速度和分斷能力。近年，熔斷器廠家不斷針對電動汽車的特殊性，進行短路保護的研究。有一種觀點逐漸被大家認可：選用快熔的分斷能力，并不是越大越好。
電動汽車是一個獨立的電氣系統，這點與大電網的性質并不完全相同。供配電系統的觀點是，保護電氣的分斷能力越高，系統就越安全，因為大電網的電壓高，形式復雜，相對一個局部用電器來說，可以說是能量無限大。這時候，越是能夠可靠切斷短路電流，越是能夠及早切斷短路電流，這個回路就越安全。電動汽車，作為一個獨立的電氣系統，其最大的短路電流是有限的，可以計算的。在這個級別的短路電流發生時，能夠快速有效分斷，才是貼合電動汽車應用實際的要求。如果沿用傳統的供配電領域對保護電氣的認識，一味追求高的分斷能力，可能發生的情形反而是，分斷時間過長，失去了最佳保護時機。
2 幾種熔斷器的對比
1）幾種熔斷器的結構形式不同，工作的精確程度要求不同帶來價格的差異，基本上，近似電氣參數的熔斷器，從前到后，價格逐漸提高。
2）分斷能力存在差異。熔斷器的基本功能就是遇到故障電流，斷開回路。分斷能力是一個重要的考察參數。當然，不是所有熔斷器放在電路中都是為了保護短路情況，但分斷能力是熔斷器的能力指征。插入式熔斷器分斷能力最差，最大幾千安；無填料封閉管式的分斷能力略有提高，最大可以達到十幾千安水平。其余幾種，螺旋式、有填料封閉管式、快速熔斷器，根據不同的設計目的可以實現不同的分斷能力，最高均可以達到幾十千安水平。
3）保護對象不同。快速熔斷器主要用來保護半導體設備，普通熔斷器則是用來保護電線電纜。
3 電動汽車高壓直流熔斷器選型方法
針對電動汽車這樣的直流電路選擇熔斷器，在確定采用快速熔斷器的前提下，主要分三個步驟進行選型。
首先，按照回路額定電壓和額定電流選擇熔斷器規格。熔斷器額定電壓高于回路中可能出現的最高電壓，也就是動力電池滿電電壓。電流，則主要考慮額定電流以及回路電流類型、溫度等基本因素的影響。下面是考慮電流的一個常規公式：
式中： In——熔斷器額定電流； Ir——保護回路的負載電流； K1——負載形式矯正系數； K2———溫度矯正系數。其中，K1主要考慮回路電流的波動情形，比如電流紋波，起動峰值電流大小等等，電流曲線越平穩，K1取值越大，一般選0.6-0.75范圍。K2是考慮溫升對熔斷器載流能力的影響，溫升的因素既包括環境溫度是否高于標準室溫，也包括熔斷器自身工作溫升，是否常常大負載運行。一般情況下，K2選擇0.6.-0.8范圍。
其次，用正常工作過程中出現的短時峰值電流去校核熔斷器在出現峰值電流時是否會有熔斷風險，沖擊電流的校核，既要考慮峰值電流值，也要考慮延續時間。
最后，進行預期短路電流校核。計算整個電池包最大短路電流，可以按照最高工作電壓除以回路內阻的方式作出估計。回路內阻，包括電池內阻，連接導體內阻，接觸內阻及回路中各個電氣元件的內阻之和。得到最大短路電流后，對比你選擇的熔斷器標稱分斷能力。標稱分斷能力略大于你的短路電流值是比較理想的情況。
當然，前面第一步中直接使用額定電流的方式是比較粗略的做法，更精確的做法是取得運行工況實際電流曲線，選擇有代表性的一段，采用積分方法計算電流平均值，再去熔斷器的特性曲線圖上去查找合適的規格。其后的峰值電流驗證，方法與前面類似。
4 關于熔斷器承受車輛環境下的振動和沖擊的能力
熔斷器安裝在電池包內或者高壓箱內，對其耐沖擊和耐振動性能的下限要求，是滿足電池包在沖擊和振動方面的標準要求。具體測試方法在國標《GB/T 31467.3-2015 電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統 第3部分 安全性要求與測試方法》的7.1振動和7.2 機械沖擊中有詳細規定。
下一篇： 熔斷器技術概述及選型
上一篇： UL 1449第3版標準的要
