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新能源汽车电池包体分压继电器的应用介绍

信息来源于:互联网 发布于:2021-11-18

近些年新能源汽车的发展速度非常迅猛,不论是亟待转型的传统车企,还是资本加持的行业新军,大家都积极布局新能源汽车这个“风口”,寄望能够成为行业翘楚。据不完全统计,仅中国大陆,新能源汽车的整车生产企业就超过50家。在企业之间激烈竞争的同时,国家对于新能源汽车的补贴却呈现逐年减少的态势。如何降低成本,大多车企采取减配的方法(例如减少继电器的使用数量和使用容量) 。

笔者作为新能源汽车行业的多年从业人员,对于这一现象感到非常忧心。行业专家认为新能源汽车的“生命线”的优先顺序应该是安全、品质、成本,而非以偏概全的仅仅关注于根据零部件的占BOM成本的比例,并依此每年进行Cost down。目前新能源汽车还处于起步阶段,每一位从业人员都应该努力想想我们的车真的安全吗?

从安全的视角出发,笔者认为目前新能源汽车的继电器用量不是多了,而是少了。例如,在高电压、大电流的电池包体模块中,除少数厂家,大部分新能源汽车仅仅安装了保险丝等被动保护器件。聊到这里,笔者想到了一个故事,2014年的时候,笔者出差4S店,在与维修人员的交流中,了解到他们对于新能源汽车最多的担忧就是在维修过程中,会被电池包的高压电电到。过了三年,笔者再次前往4S店进行了解,维修人员最多担忧的依然是该问题点。专业的维修人员都如此谈“电”色变,可以想象普通的消费者在新能源汽车出现任何异常的时候,一定是望“电”兴叹,束手无策。如果在电池包体模块中增加分压继电器,在汽车熄火的时候,成功将电动汽车的电压由300-800V,拆分成若干低于100V的小电池包体模组,这样对于人体就比较安全。同时相较于仅仅采用安装保险丝等被动安全策略, 安装了继电器的电动车的驾驶安全系数将会提升;目前电池包中加保险丝的主流设计方案,往往只在主回路中加入1~2pcs保险丝,如果碰撞产生的短路情况在保险丝选型范围之外,保险丝不会断开存在较大风险;保险丝熔断之后需要进行更换,而继电器可以多次使用,这样将有效提升新能源汽车的安全性能。

SAE J2929《电动车和混合动力电动汽车电池系统安全标准》—锂离子电池中提到,电池系统自动断开后的5秒内,电池系统外部端子的电压不能超过60V。在电池系统自动断开功能失效(如继电器烧结)时,需要提供以下一种方式来防止无意的对开放端子的触碰(1)手动开关,能够在5秒内将正负极的电压降低到60V或者(2)能够防止手指进入。

ISO6469-3《电动车安全技术规范》第三部分: 人员电气伤害防护中对绝缘电阻提了要求,直流电需要100欧姆每伏特。所以国际的电动汽车安全标准也要求在电池包体中增加分压继电器。

在实际应用中,增加分压继电器还有以下一些好处:

1、由于有多个继电器,电池系统断开失效的概率会降低。3个或者以上继电器同时烧结的概率远远低于1个继电器烧结的概率。

2、电池系统的开放端子(包括手动开关的端子)在单点失效的情况下有可能出现高压,失效情况包括:电池正极绝缘故障、电池组内绝缘故障、电池负极绝缘故障、正极继电器烧结、负极继电器烧结;而多个分压继电器的存在可以使开放端子之间出现高压的概率降低。

3、分压继电器将电压隔断,降低了失效情况下开放端子间的电压值,减轻了绝缘防护的压力。

那么如果在电池包体内增加分压继电器, 对于继电器有一些什么特殊要求?根据笔者以往的经验,至少有这么几点需要电池包体设计者进行考虑。

1、继电器的正向和反向电气寿命等电气性能需要一致,或者可以说是无极性、弱极性继电器。

2、因为继电器安装位置靠近电池包,电池包对于温升的要求较高,所以继电器的温升需要尽量的低。

3、因为电池包体内空间较小,设计者会将有限的空间多用于电池芯体安装。所以继电器的设计需要满足电池包体的各种结构要求,同时性能指标也要求较高,对于继电器的设计要求较高(见下表1) 。

4、因为一个包体需要安装超过3pcs继电器,继电器的动作一致性要求较高。

5、与保险丝的有效匹配。
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