新能源汽車電池包體分壓繼電器的應用介紹

近些年新能源汽車的發(fā)展速度非常迅猛,不論是亟待轉(zhuǎn)型的傳統(tǒng)車企,還是資本加持的行業(yè)新軍,大家都積極布局新能源汽車這個“風口”,寄望能夠成為行業(yè)翹楚。據(jù)不完全統(tǒng)計,僅中國大陸,新能源汽車的整車生產(chǎn)企業(yè)就超過50家。在企業(yè)之間激烈競爭的同時,國家對于新能源汽車的補貼卻呈現(xiàn)逐年減少的態(tài)勢。如何降低成本,大多車企采取減配的方法(例如減少繼電器的使用數(shù)量和使用容量) 。

筆者作為新能源汽車行業(yè)的多年從業(yè)人員,對于這一現(xiàn)象感到非常憂心。行業(yè)專家認為新能源汽車的“生命線”的優(yōu)先順序應該是安全、品質(zhì)、成本,而非以偏概全的僅僅關(guān)注于根據(jù)零部件的占BOM成本的比例,并依此每年進行Cost down。目前新能源汽車還處于起步階段,每一位從業(yè)人員都應該努力想想我們的車真的安全嗎?

從安全的視角出發(fā),筆者認為目前新能源汽車的繼電器用量不是多了,而是少了。例如,在高電壓、大電流的電池包體模塊中,除少數(shù)廠家,大部分新能源汽車僅僅安裝了保險絲等被動保護器件。聊到這里,筆者想到了一個故事,2014年的時候,筆者出差4S店,在與維修人員的交流中,了解到他們對于新能源汽車最多的擔憂就是在維修過程中,會被電池包的高壓電電到。過了三年,筆者再次前往4S店進行了解,維修人員最多擔憂的依然是該問題點。專業(yè)的維修人員都如此談“電”色變,可以想象普通的消費者在新能源汽車出現(xiàn)任何異常的時候,一定是望“電”興嘆,束手無策。如果在電池包體模塊中增加分壓繼電器,在汽車熄火的時候,成功將電動汽車的電壓由300-800V,拆分成若干低于100V的小電池包體模組,這樣對于人體就比較安全。同時相較于僅僅采用安裝保險絲等被動安全策略, 安裝了繼電器的電動車的駕駛安全系數(shù)將會提升;目前電池包中加保險絲的主流設(shè)計方案,往往只在主回路中加入1~2pcs保險絲,如果碰撞產(chǎn)生的短路情況在保險絲選型范圍之外,保險絲不會斷開存在較大風險;保險絲熔斷之后需要進行更換,而繼電器可以多次使用,這樣將有效提升新能源汽車的安全性能。

SAE J2929《電動車和混和動力電動汽車電池系統(tǒng)安全標準》—鋰離子電池中提到,電池系統(tǒng)自動斷開后的5秒內(nèi),電池系統(tǒng)外部端子的電壓不能超過60V。在電池系統(tǒng)自動斷開功能失效(如繼電器燒結(jié))時,需要提供以下一種方式來防止無意的對開放端子的觸碰(1)手動開關(guān),能夠在5秒內(nèi)將正負極的電壓降低到60V或者(2)能夠防止手指進入。

ISO6469-3《電動車安全技術(shù)規(guī)范》第三部分: 人員電氣傷害防護中對絕緣電阻提了要求,直流電需要100歐姆每伏特。所以國際的電動汽車安全標準也要求在電池包體中增加分壓繼電器。

在實際應用中,增加分壓繼電器還有以下一些好處:

1、由于有多個繼電器,電池系統(tǒng)斷開失效的概率會降低。3個或者以上繼電器同時燒結(jié)的概率遠遠低于1個繼電器燒結(jié)的概率。

2、電池系統(tǒng)的開放端子(包括手動開關(guān)的端子)在單點失效的情況下有可能出現(xiàn)高壓,失效情況包括:電池正極絕緣故障、電池組內(nèi)絕緣故障、電池負極絕緣故障、正極繼電器燒結(jié)、負極繼電器燒結(jié);而多個分壓繼電器的存在可以使開放端子之間出現(xiàn)高壓的概率降低。

3、分壓繼電器將電壓隔斷,降低了失效情況下開放端子間的電壓值,減輕了絕緣防護的壓力。

那么如果在電池包體內(nèi)增加分壓繼電器, 對于繼電器有一些什么特殊要求?根據(jù)筆者以往的經(jīng)驗,至少有這么幾點需要電池包體設(shè)計者進行考慮。

1、繼電器的正向和反向電氣壽命等電氣性能需要一致,或者可以說是無極性、弱極性繼電器。

2、因為繼電器安裝位置靠近電池包,電池包對于溫升的要求較高,所以繼電器的溫升需要盡量的低。

3、因為電池包體內(nèi)空間較小,設(shè)計者會將有限的空間多用于電池芯體安裝。所以繼電器的設(shè)計需要滿足電池包體的各種結(jié)構(gòu)要求,同時性能指標也要求較高,對于繼電器的設(shè)計要求較高(見下表1) 。

4、因為一個包體需要安裝超過3pcs繼電器,繼電器的動作一致性要求較高。

5、與保險絲的有效匹配。

表1

隨著新能源汽車進一步發(fā)展,另外配合無人駕駛等技術(shù)的要求,我們有理由相信分壓繼電器將在越來越多的汽車上保護著乘客的安全。

作者戴湘豫 陸濤