Busbar高压导线载流选型与测试方法.docx

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Busbar高压导线载流选型与测试方法

[干货]|Busbar/高压导线载流、选型与测试方法——2017中国新能源汽车动力电池系统先进电...

2017-12-12 yeshuheng 来源  阅 325  转 7

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12.2号，2017中国新能源汽车动力电池系统先进电连接技术论坛在上海成功举办，吸引了400余名行业精英参与，60+动力电池/pack企业、30+新能源汽车整车企业、150余名电连接技术专家；8个精选电连接主题以及一场6位行业电连接专家同台对话沙龙，这是一场知识盛宴，更是一次思维的碰撞一次行业的进步。

来自中航锂电的李树成李总给大家带来“Busbar/高压导线载流、选型与测试方法”主题分享。

以下是分享内容：

各位朋友、来宾你们好，我叫李树成，来自中航锂电研究院。

我这边主要是从PACK看电连接相关的知识，我就直接开始说了。

主题从三个角度，第一就是高压线怎么选，第二就是目前行业有哪些标准以及怎么测试，第三就是电连接安全角度探讨。

因为我们说电池包的安全也是机械方面和电化学方面的安全。

首先讲高压线的选型，和我们传统的连接性的选型不是一个概念，我的概念比较偏向于计算型的选型。

我们去考虑选型，这就是特斯拉一个典型的高压架构图，我们讲电连接看一下整个大的格局是什么样子，常见的是一个电池包，这边到DCDC（音）的部分，说白了电动车就是在传统的车身上面多了一个动力电池（动力系统），代替了发动机。

这边是到动力部分，能量补充的一个点。

这是我们传统的讲新能源，包括范围很广，（纯电动）只是我们仅仅是一个角度。

（此外还有燃料电池、太阳能电池等其他新能源），（太阳能汽车）这边是在传统的基础上多了一个太阳能板，（具体）就不再展开了，这个PPT会后可以发给大家，具体问题可以一起探讨。

我们从大的角度讨论问题，我们电连接不能局限于某一个方面。

我们讲电连接，电池包有哪些形式，我们讲现在常见的动力电池有三种类型，我们看方型就是这种Busbar，是一种软连接，还有圆柱型的，还有软包式的Busbar。

Module之间是铜排和高压线束，电池能量越来越大，造成导线的衔接比较大，所以不好去弄，（所以）现在高压线束稍微慢慢逐渐减少（软硬排会逐渐代替高压线），PACK还有一些铜导线、铝导线和扁平铜/铝排线。

我们知道电池包为什么用软连接，车在震动情况下，我们软连接起一个缓冲的作用，软连接可以很好地回避这些问题。

刚才我们说的常见的三种形式，一种是方形电池，Cell之间就是软连接，叫Busbar，实际是这样的东西，这种常见的圆柱型是这样的连接方式，Cell焊接是比较可靠的，Cell之间一般是激光焊，电池包内有的还有一个BDU，模组之间这种焊接，具体哪种方式还是根据实际的应用。

这是软包的方式，之间也是软连接。

我们回到这个重点，我怎么选型，我们讲一个导体的导流，第一就是额定电流下环境温度对载流有影响，导体的温度升高，对载体的载流增加。

第二个影响是温度升高，导体电子运动加快，载流会稍微提高。

第三个影响因素就是多心线，我们一股的情况下和两股在一起，三股在一起，影响载流是不一样的，我们一股的话载流为1，两股的话载流变为0.8，另外，交流电载流量是减少的，我们可以看到交流会产生效应，具体不展开了。

那就是说，我们导体考虑到影响因素主要是这四个主要因素，这四个因素我们选了一个4平方方，比如说是50安培，考虑这种情况才是真正的载流。

刚才讲的是高压导线，第一个我们会考虑交流和直流，但是电动车除了电机（是交流外）其他都是直流，铜铝排它的第一个影响因素交流流过的时候，就是载流量变小，我们同样讲一个铝排，直流就是545，交流只有540，确实有这种影响。

还有一个铝排的摆放方式不一样，是因为我们竖放的话增加了空气的对流，这样的我们载流会增加。

还有一个最后的影响，我们绝缘套温度散不出去，如果没有包裹，我们载流量会增加。

比较核心就是电池包连上以后，很多地方会相连，Busbar和很多电池部分有接触。

我们看一下接触电阻，这是A面，这是B面，每次说到接触电阻，接触电阻到底是什么？

相对来讲专业一点，集中电阻就是这个面凹下去，电流集中流过狭窄的的这一块，相当水流很急，这是一个电阻。

同时两个面之间接触，我们知道很多面镀层接触电阻，没有镀层的话变成氧化之间的电阻。

我们讲影响接入电阻的关键点，IACS这是表现载流能力的百分比，主要是百分之比的载流量，如紫铜载流量100%的话，其他的如青铜我们可能只有60%，70%，首要的影响因素是材料，相对来讲镀层好的话，影响比较小。

我们知道世界上没有绝对光滑的面，所以在这种情况下，接触面比较小，我们将接触面还有一个影响就是说，比如说我们常见的高压里面，凡是这种结构，每个公司的讲法不一样，如果这里面压得很紧，我们接触面也比较多，所以这样的接触电阻也是相对比较小，是这样的影响。

现在真正的主题就是我们怎么算这个东西？

我们以一个例子来看，载流最合理的计算方法就是说我们要为供应商要的曲线，这是我们这个曲线是我们拿到载流这是第一个方法，也是比较好的方法。

我们PDU到inverter这边，这样的话这段多粗我们就怎么做，但是算这个有一个输出条件，假如额定电流是182A，参数在这里，环境温度是80度，我们允许的最高力度是150度，我的载流是182A，我们就往上走，走到大概这个位置，我们发现这么选额定电流，有的同事会问到，峰值电流有什么影响，如果我们以30秒，我们的导线绝缘皮会不会烟化，这是一个比较靠谱的。

从降额曲线的原理来讲，这是一个绝对靠谱的事情，这是我们工程师比较好操作的方法。

第二个方法就是公式，具体内容就不展开，讲的原理是我们导体通电，一个是导体发热，还有一个就是热往外散，所以这是一个平衡公式，表面散发的热量，加上导体本身的发热量，是这样的一个公式。

这么算，如果某个项目是185A，让你算。

如果是圆柱型，我们把底面积变一下，是这样的算法，这个具体的该项目算下来的量是53.2平方米，我们计算之后，我们需要做的是取正数，那么选60方，我们发现是满足的，具体的数据都意义不大，就是举个例子，提供一种思维。

算完之后，我们测试一下，发现也是达到要求。

第一个是看导线载流曲线表，第二个就是查国家电工手册，这是一个标尺，这是一个经验值，是不太靠谱的，电流表不一定满足车上的要求，在民用上和车上等级还是不一样的，民用上我们是在固定的环境下，空气的温度周围影响不大，这只是一个参考，对我们许多没有太多经验的工程师，可以做为一个参考，我们前面做完之后，实测一下看看行不行。

我们讲任何东西要通过测试，一切的计算都是要通过实际的运用来测试才可以验证到底适不适合。

这边就是说我们测试，一般采集温度点，第一就是连接部分，第二是中间部分，还有一个就是转弯的地方，我们测完之后一个结论是什么？

我们发现转弯的地方温度最高，中间次之，连接部分低一点，当然这是焊接的情况，如果是螺栓连接，那是另外一回事。

第二部分我们看一下测试标准，这是罗列出来的行业里面的标准，主要是德系的标准、美系的标准，这是其他的一些企业标准，其实所有的标准内容大致相当，只是有的更细，所有的基本都是从三个角度验证这些方面，一个是机械方面，还有从电气方面，环境方面考虑。

这是讲的行业里面的一些标准，下面我们讲的关键曲线怎么得到，因为这是一个比较核心的东西，我们说线径还是通过测试是比较靠谱的，这是一个典型的测试载流的装置，我们怎么测？

首先这个样品怎么选？

导线到底选多长？

常见的就是选三个样品做测试，我们尺寸上有要求，如果线径少于0.5，最小长度是200毫米，如果是0.5到5，那就要选500毫米，如果是大于5，我们就选择1400毫米，导线是两个途径测量它，第一个是测量载流的温升，在不同的电流情况下，我们导线的温升多少。

我们看到底能载多大的电流，对我们周边的环境不造成影响，对我们的电芯、器件、控制器不影响，这是我们做测试的目的。

具体怎么测？

我们三个样件要一模一样，我们在20安培的情况下都通电，最后温升的选择也是有要求的，要采三次，每次的温度差不超过2K，我们再去测测试，这样的载流的曲线就做出来了。

实际当中，20，40，60是不是都做？

现实中是要做的，这个曲线目的就是为了测试，对我们的载流量大小还不能确认，才是我们真正要的东西。

测试的方法基本差不多，刚才讲了无论是哪种方式，直流和交流都可以。

这是刚才讲的温升，第二个最核心的东西就是这个曲线，这是我们降额曲线，才是真是真正有用的关系，它测试的架构图，我们有一个电源，这里有一个电源传感器，一定要放在密室里面，上面可以不用盖，防止这里面被测物受到温度的影响，就是空气的对流辐射和传导，我们稍微把上面做高一点，在这样的一个环境里面，不一定要要密闭，这是刚才讲的温升曲线，第二就是对选导向有用的就是降额曲线，为什么要有用？

现在电池包是60度，我们选多大的线径？

这就是一个结果，在60度的情况下，我测载流。

载流是什么意思？

比如说环境温度是60度，假如表面绝缘层耐温等级是170度，在60度的情况下做测试，我们得到这样的曲线，是这样的一个道理。

这个讲得还是有点绕，要细看。

这个曲线是供应商给我们的，这是自己测试出来的曲线，我们选导线在这个区域里面是比较适合的。

前面讲到高压线的选型，我们怎么得到最后的曲线，最后一个角度我们选了这些连接片、Busbar，电池包上的安全的一些知识。

这是电动车一定要讲究安全，没有安全的话一切都是没有用的，电池包我们认为是B级以上的电压，就要考虑做安全检测。

我稍微讲一下，我们是指直流在60V以上，交流电是30V，人的手抓一个正极、一个负极，但是什么样的能量级别才会对人有威胁？

还有这种情况也是会产生电击。

这是德国大众内部的培训资料讲的东西，造成一种伤害的感觉，我们了解一个电持续通上身上，时间越长对人的伤害越多，流的电流越大，对人的伤害越大。

这个范围肯定是安全的，因为我们电流越来越大，我们持续时间越来越长，对人造成伤害。

皮肤的电阻从这边到这边大概是1000k，这样的话，350mA在这里面，我们持续的时间到了黄色这部分，就是说持续时间稍微长一点，我们人就受不了，如果10毫秒以上，我们人就可能死亡。

还有不安全的就是做心脏支柱手术的人要注意，我们怎么去回避它？

因为我们叫电连接，外部也要说一下，所以才有这个概念出来。

这是一个典型的电动车的实物图，人不小心电池的正极可能和元件连接，这样的话人体不小心抓了两个电流，这样的话电就从这里进入人的身体，这样会对人体造成伤害，我们怎么回避这个问题？

我们电池包和车身之间连接的线，原理是怎么回事？

比如说这个是人体，如果正常来讲，比如说我们有一个线，这个线的电阻很小，不经过人体，一定要用粗的高压线束，不建议用这种方式。

前面说了绝缘，我们怎么判断电连接是完好的？

我们就用绝缘检测这个手段去测，因为设计再好，如果你不能保证，而且壳体是金属的，我们通过一种方法判决出来，或者检查出来，怎么测？

这个原理不说了。

检测是怎么判断合不合格？

国标里面包括SAE里面讲得很清楚，我们实际当中做的是500MΩ，稍微展开一下这个表。

用起来很简单，这种表更方便，按一下按纽就可以了，这么大的值（550MΩ）是好的，所以电池包刚才前面说这么多，我们的绝缘体安全第一，所以这块很重要，其中还是稍微展开一下，软件的话大家开过电动车知道，这个车在跑，会显示绝缘报警，我们还是一种校正的方式去检测。

还有一块是互锁，电池包整车的输出应该有，这是特斯拉的结构，但是原理是差不多，经过各个高压部分，比如说电机控制器到充电机，到DCDC，到PTC，这是大的PDU，就这样发出一个信号，比如说这个地方电压就变动。

这边发出一个电流是20毫安的，如果我们探测发现这个起作用，如果是24V，说明这些都是好的，它比传统国内做不一样，我们只是输出一个结果，它能解决哪一个部位出故障，实际当中是这样的，连接器怎么做？

我怎么知道你这个连接器没有掉，这两个是动力线，如果连上之后没有问题，这个地方就断掉了。

还有一个我们设计这么多Busbar，还