纯电动汽车用高压直流熔断器选型计算

谢小锋

（福建新龙马汽车股份有限公司，福建 龙岩 364000）

纯电动汽车用高压直流熔断器选型计算

谢小锋

（福建新龙马汽车股份有限公司，福建 龙岩 364000）

文章介绍了纯电动汽车用高压直流熔断器使用条件及修正系数，并以空调压缩机为例说明高压直流熔断器的选型计算。

纯电动汽车；高压直流熔断器；选型

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

前言

纯电动汽车高压电缆很短，发生短路故障时会短时间内形成强大的浪涌冲击电流。为保证高压用电器及车上人员的安全，会在高压回路上设置一些直流熔断器。高压熔断器一般装在动力电池箱或PDU内，主要应用于空调压缩机、DCDC、充电机、PTC等高压回路。一般具有以下特性：一快熔，以完成过载和短路故障的快速熔断；二熔断器耐高温，且阻燃性较好。

1 高压熔断器的使用类别与分断范围

使用类别是用于区别熔断器的特性参数的组合。分断范围代号标明了熔断器适合提供保护的过电流范围。根据线路要求、使用场合、安装条件来选择熔断器的类型。常用熔断器的使用类别和分断范围如表1。纯电动汽车常用aR及gR类型的高压熔断器。

表1 熔断器使用类别与分断范围

2 高压熔断器主要特性参数

2.1 额定电压

熔断器的额定电压选择：系统最高电压应不高于熔断器的可以安全分断的最高电压。

2.2 额定电流

熔断器可持续承载的电流，纯电动汽车所用熔断器通常采用安培RMS值。在非正常工作条件下应用的熔断器，长期持续的工作电流可能需要进一步验证或由额定电流修正确定。条件允许的情况下，进行具体条件下的试验测定。对于一些常见的条件变化，可以参考熔断器厂商给出的修正系数。

2.3 熔断特性

熔断特性曲线说明预期电流（单位：安培RMS）与有效熔断时间（单位：秒）之间的函数关系。熔断器用于针对大故障电流的短路保护。熔断器应避免运行或熔断于熔断曲线中的断续/虚线段。通过曲线，可以了解弧前电流RMS值与实际熔断时间之间的函数关系。

图1 熔断器熔断特性曲线

2.4 I2t

当熔断器受到大电流时，弧前I2t趋于一个最小值。熔断I2t随着施加的电压，故障等级，功率因数和短路启动点的上升波动而变化。为了有效保护线路，熔断器总I2t必须小于线路I2t。

2.5 环境温度

环境温度在非正常温度下，需对环境温度进行折算。如图2，20℃时，Kt=1。

图2 某品牌熔断器温度修正系数曲线

2.6 热连接

熔断器连接的铜排或导线大于1.3A/mm2时，则应按熔断器热连接系数曲线降低保险丝的电流。

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.

图3 某品牌熔断器热连接系数曲线

2.7 海拔

较高海拔主要带来绝缘劣化，散热条件劣化，气压力变化。海拔超过2000m，需对海拔进行折算。

式中：Ka-高海拔修正系数；

h —海拔，m；

3 高压熔断器选型

3.1 基本选型

纯电动汽车一般采用陶体熔断器，并装在动力电池或PDU内。在高压直流回路中，熔断器额定电流：

式中：In—熔断器额定电流，A；

IRMS—最大允许持续有效负载电流，A；

Kt—环境温度修正系数；

Ke-热连接修正系数；

Ka-高海拔修正系数；

3.2 过载校核

熔断器在严重过载（实际电流超过允许的最大负载电流）时可能发生误作动。实际运用中，应设定熔断器在相应时间及频次范围内负载I2t与熔断器熔断I2t的比值，如表2。

表2 负载I2t与熔断器熔断I2t的比值

3.3 接触器校核

纯电动汽车高压回路中若有接触器，则需考虑接触器粘连时间。接触器粘连前，熔断器须熔断。

4 设计实例

以某纯电动物流车空调压缩机为例，说明熔断器的选取方法。空调压缩机熔断器装在动力电池内。空调压缩机的峰值电流为14.67A。由于回路中无预充电阻，需考虑启动瞬间电流。实测空调开启瞬间电流能达到750A，瞬间不大于0.4ms。

4.1 额定电流计算

图4 ET系列熔断器时间-电流曲线

动力电流工作温度为-20~60℃，由图2可得Kt=0.8。

熔断器铜排电流密度为3A/mm2，由图3可得Ke=0.8。

设计海拔高度为3500m，由式1可得Ka=0.925。

熔断器电流In=14.67/(0.8×0.8×0.925)A=24.78A。考虑启动瞬间电流，初步选定63A的熔断器，如图4。

4.2 过载校核

空调压缩机启动时I2t与熔断器I2t的比值为7502×0.4×10-3/1200=18.75%<25%，符合要求。

4.3 接触器校核

实测短路电流约为1932A，由图4可得，熔断器熔断时间远小于接触器粘连时间25S，符合要求。

5 结论

经上述方法选型的熔断器在实车耐久试验及实际应用中，高压回路安全稳定。从熔断器的使用条件、负载特性等方面进行分析，若熔断器用导线连接，则导线发烟前须熔断熔断器。

[1] GB/T13539.1-2008,低压熔断器 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 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)19-84-03

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.19.029

谢小锋（1987-），本科，工程师，就职于福建新龙马汽车股份有限公司。研究方向：新能源汽车高低压线束及三电系统。