如何突破纯电动电池短路难点及保护设计方案解析

我们经常发现在电动车用的过久的时候总是会出现过电池短路问题，而且短路带来的问题貌似还不小。那我们将如何避免或者直接杜绝这种现象的出现呢？现在小编就来为你分享一篇如何突破纯电动电池短路难点及保护设计方案解析方案吧。

　　单体测试：按照GBT31485的要求为，短路电阻《5毫欧，时间10分钟。实际需要根据的最小单元连接情况来增加对此情况的模拟。

　

　　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。

　　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

　　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

　　

　　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。

　　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。