電池短路影響大，純電動車短路保護設計有哪些

單體測試：按照GBT31485的要求為，短路電阻5毫歐，時間10分鐘。實際需要根據的最小單元連接情況來增加對此情況的模擬。

和老大商量近期的工作重點，短期內能做出點成績來的，主要是集中在電氣系統上面。所以從高壓線束、的硬件電路、配電盒還有一些保護策略性的內容開始，我把簡單的內容梳理下，然后進一步應用到工作里面。如下圖所示，電氣系統里面的影響是挺大的，而且很多內容也是電池系統設計過程中，電氣部分需要設計承受的。

圖1 電池系統電氣層級一些問題

如之前的表格里面所說的，短路/過流嚴格意義上是指各個層級(單體、模組、半包和電池整包)超過額定的放電設計出現過多的情況。

表1 功能失效問題

圖2 各個層級的短路要求

電池系統短路測試： 按照GBT31476.3，短路電阻20毫歐，短路10分鐘。

MSD分斷半包測試：此項內容，主要考慮一個極端情況，在MSD內系統熔絲不起作用的條件下看整個設計的情況。

模組的短路測試：按照GBT31485的要求為，短路電阻5毫歐，時間10分鐘。

單體短路測試：按照GBT31485的要求為，短路電阻5毫歐，時間10分鐘。實際需要根據電池的最小單元連接情況來增加對此情況的模擬。

表2 現有國內外標準和未來GB此項功能試驗內容分配

不同層級有不同的做法：

1)BMS根據電流檢測的情況，來切斷接觸器，在這種短路帶載的情況下，選用的接觸器要至少能切斷1次

2)MSD里面的熔絲，需要仔細考慮這種情況

以上層級在Pack層級大家做的比較多

模塊層級，前面也談過了，主要考慮這種設計，或者采用J-bar來打孔來做，這里重點需要在模組層級考慮這個內容。

實際的半包的短路效果很直接的

電芯層面設計Fuse：每個Cell的內部設計一個Fuse，在短路瞬間，斷開電流回路,起到短路保護的作用。

1、軟包電池利用每個電芯焊接一個Fuse的設計，或者考慮Tab在這種條件下的狀態，這個設計過程是挺有趣的設計，考慮載流和過流的情況

2、硬殼電池在每個電芯配一個Fuse的設計

在前面提及短路保護法規和實驗要求與設計概念以后，我們需要進行設計值和實驗的確認。

1)熔絲的分層細化

分級熔斷防護主要是把整個電池包的短路分為四層

電池單體熔絲：在多電池并聯的時候，防止電池內短路時，并聯電池電流倒灌所有并聯電池外短路 。如前文所述，電池單體熔絲可以做到電池里面、電池Tab上面和電池極柱與母線連上

電池模組熔絲：這一層主要是防止模組級別的短路，現在挺多公司予以省略了。

電池系統熔絲：一般也稱為Half Pack熔絲，防止電池系統外部短路的目的

整車用電負載熔絲：由于外部的用電負荷比較多，在分解用電部件之后，主熔絲需要放在刀刃上，所以需要給配電部分配置單獨的熔絲予以考慮

圖1 單體熔絲與模組熔絲

圖2 模組熔絲和電池系統熔絲

2)熔絲設計考慮-熔絲考慮

保護設備的時間-電流曲線需要考慮兩部分，

正常運行區域(綠色陰影部分)：在該電路設計區域內，熔絲允許放電電流通過。正常運行區域必須位于保護器件的時間電流曲線左側。

電流異常區域(紅色陰影部分)，此時熔絲需要動作，斷開電池與外部系統的連接，應位于保護設備時間-電流曲線的右側。

短路時間持續時間應大約為幾十毫秒，確保電池盡快與故障隔離。

熔絲設備打開的時間越長，電池在短路階段釋放的能量能量就越多，可能導致設備損壞，甚至引發相關導電部件發熱。

短路電流隨電池狀態的不同而不同，在不同SOC和EOL狀態下，在設計中需要考慮這個。

圖3 短路設計考慮

在實際的考慮中，需要把參數進行轉化。圖4其實還少了一個專用車載熔絲，這個熔絲熔斷會和接觸器和整包熔絲之間，最主要的工作就是在這幾個不同的熔斷對時間的曲線里面，我們是通過設計不同的熔絲的規格，然后進行分析、測定。

圖4 多層級保護描述

在這幾個不同的熔斷對時間的曲線里面，我們是通過設計不同的熔絲的規格，然后進行分析、測定。

圖5 多層級時間熔斷分解

這里我們一般是兩種做法，在熔絲領域選熔絲和設計熔絲;在BMS里面考慮電流的過流檢測和短路保護的策略。現有熔絲的情況是把相關的技術規格，盡量選出來。

備注：這里主要講的是不同熔絲的分級策略，單根熔絲的熔斷機理和耐久性考慮，我們單獨后面討論。如下圖所示，其實是需要考慮在不同脈沖電流下和環境溫度下，熔絲的發熱和實際的運行情況。

圖6 主熔絲里層熔斷的

自主設計的時候，就需要考慮多種因素。這塊我們后面單獨展開。

3)利用考慮

由于現在的電池系統設計，是需要考慮梯次利用的，所以我們也需要在設計層考慮熔絲的位置和需求。如下圖儲能系統里面，并聯其實在里面還是非常重要的參數。所以這里內生的設計還是非常重要的。

圖7 模組將來作為儲能使用的時候，模組熔絲的存在有著更多的是用空間

基于壽命后期的考慮，由于材料特性的差異，重新校核這個熔絲的情況還是非常重要的。所以從整個生命周期的設計考慮到后期，這個參數需要調平。

表1 電流不同狀態分解表

小結：熔絲設計需要做大量的實驗，還需要和整車的實際工作情況做匹配。如果做不好，要么保護不起作用，要么經常性熔斷。