电池系统短路保护设计.docx

1、电池系统短路保护设计电池系统短路保护设计和老大商量近期的工作重点，短期内能做出点成绩来的，主要是集中在电气系统上面。所以从高压线束、电子控制的硬件电路、配电盒还有一些保护策略性的内容开始，我把简单的内容梳理下，然后进一步应用到工作里面。如下图所示，电气系统里面的影响是挺大的，而且很多内容也是电池系统设计过程中，电气部分需要设计承受的。图1 电池系统电气层级一些问题如之前的表格里面所说的，短路/过流严格意义上是指各个层级（单体、模组、半包和电池整包）超过额定的放电设计出现过多的情况。表1 功能失效问题图2 各个层级的短路要求电池系统短路测试： 按照GBT31476.3，短路电阻20毫欧，短路10

2、分钟。MSD分断半包测试：此项内容，主要考虑一个极端情况，在MSD内系统熔丝不起作用的条件下看整个设计的情况。模组的短路测试：按照GBT31485的要求为，短路电阻5毫欧，时间10分钟。单体短路测试：按照GBT31485的要求为，短路电阻5毫欧，时间10分钟。实际需要根据电池的最小单元连接情况来增加对此情况的模拟。表2 现有国内外标准和未来GB此项功能试验内容分配不同层级有不同的做法：1）BMS根据电流检测的情况，来切断接触器，在这种短路带载的情况下，选用的接触器要至少能切断1次2）MSD里面的熔丝，需要仔细考虑这种情况以上层级在Pack层级大家做的比较多模块层级，前面也谈过了，主要考虑这种设

3、计，或者采用J-bar来打孔来做，这里重点需要在模组层级考虑这个内容。实际的半包的短路效果很直接的电芯层面设计Fuse：每个Cell的内部设计一个Fuse，在短路瞬间，断开电流回路,起到短路保护的作用。1、软包电池利用每个电芯焊接一个Fuse的设计，或者考虑Tab在这种条件下的状态，这个设计过程是挺有趣的设计，考虑载流和过流的情况2、硬壳电池在每个电芯配一个Fuse的设计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

4、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图1 单体熔丝与模组熔丝图2 模组熔丝和电池系统熔丝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

5、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3 短路设计考虑在实际的考虑中，需要把参数进行转化。图4其实还少了一个专用车载熔丝，这个熔丝熔断会和接触器和整包熔丝之间，最主要的工作就是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。图4 多层级保护描述在这几个

6、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。图5 多层级时间熔断分解这里我们一般是两种做法，在熔丝领域选熔丝和设计熔丝；在BMS里面考虑电流的过流检测和短路保护的策略。现有熔丝的情况是把相关的技术规格，尽量选出来。备注：这里主要讲的是不同熔丝的分级策略，单根熔丝的熔断机理和耐久性考虑，我们单独后面讨论。如下图所示，其实是需要考虑在不同脉冲电流下和环境温度下，熔丝的发热和实际的运行情况。图6 主熔丝里层熔断的自主设计的时候，就需要考虑多种因素。这块我们后面单独展开。3）利用考虑由于现在的电池系统设计，是需要考虑梯次利用的，所以我们也需要在设计层考虑熔丝的位置和需求。如下图储能系统里面，并联其实在里面还是非常重要的参数。所以这里内生的设计还是非常重要的。图7 模组将来作为储能使用的时候，模组熔丝的存在有着更多的是用空间基于寿命后期的考虑，由于材料特性的差异，重新校核这个熔丝的情况还是非常重要的。所以从整个生命周期的设计考虑到后期，这个参数需要调平。表1 电流不同状态分解表小结：熔丝设计需要做大量的实验，还需要和整车的实际工作情况做匹配。如果做不好，要么保护不起作用，要么经常性熔断