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            防范電動大巴起火 車用直流高壓熔斷器如何選型

            發布時間:2019-01-24

            車用高壓熔斷器,是動力電池系統過流保護必配的重要電器,因為要適應電動汽車的純直流專屬用途,第一應具備直流快速保護特性,以完成重過載和短路電流的迅速熔斷;第二應具備體積緊湊、抗振耐用、通用互換的結構特征;第三尤為重要但也常被忽略的是:熔斷器管殼材質應具備抗高溫、不助燃也不自燃的安全防火特性。車用高壓熔斷器長期工作在封閉狹小的安裝空間內,無法得到有效地冷卻降溫,特別是與電池組共處一個持續高溫的閉合環境中時,材質選型不當將會引發管殼的熱熔與燃燒事故。正所謂“成也蕭何,敗也蕭何”,為周全之計,對車用高壓熔斷器的合理選型一定要高度重視并慎思慎行。
            電動汽車為什么要用高壓熔斷器做鋰電池系統的過流總保護,一是基于國家標準GB/T18384.1的明確規定,更是因為鋰電池系統發生重過載和短路故障時,必須有一道堅固可靠的“閘門”截斷并消除這些破壞力極強的短路能量,有效制止高壓過流事故的擴大和蔓延。因為車載空間狹小有限,無法安裝龐大而昂貴的直流斷路器,只能選用體積不大、相對低廉并可緊湊安裝的直流快速熔斷器,作為限制和開斷異常電氣事故的主保護器,這已是國內外電動汽車業界公認的一種安全標準配置。
            直流快速熔斷器在管殼內焊裝純銀熔體,填充密實固化的高純石英砂。正常工作時熔斷器自身的微歐級電阻可以忽略不計。當電池系統出現數千安培的重過載和短路電流時,銀熔體與石英砂會在幾個毫秒內協同完成“熔化-滅弧-斷流”全過程,將高壓浪涌電流和高能熱量在管體內全部消耗吸收。在這個熔斷過程中,管殼要承受內部高壓電弧產生的200-300MPa擴張壓力,以及超過1000℃異常高溫的擴散熱輻射,如不具備足夠的抗高溫機械強度指標,管體就會破損炸裂、噴出電弧進而高溫碳化、自燃起火。
            進入2014年以后,隨著電動汽車產量的大幅增長,上路運行的車輛越來越多,動力電池儲能容量越來越大,用有機材料制作熔斷器管殼先天不足的致命弱點,在一些意外事故中逐步暴露出來。用戶反映有機復合管熔斷器發生的多起管殼燃燒事件,大多在500V以上電動大巴的充電過程發生,特別是當鋰電池使用壽命已超過質保期、或安裝熔斷器使用有機材料底座、或導電連接螺釘出現了松動、或管殼過于靠近箱體鐵板等細微因素,都易引發意外的電擊燃弧事故。此前因事發現場采集的信息不夠全面,有些整車制造和電池企業不愿披露過多事故細節,因此,鋰電池過充失控引發的泄漏、短路及熔斷器安裝使用不當問題,一直未被納入事故誘因做深入的分析考慮。高壓熔斷器有機復合管殼為何會熱熔自燃?而內部熔體與石英砂卻基本完好?這股強勢短路浪涌究竟從何而來?不僅讓供需雙方陷入了長時間的迷惑不解和爭論之中,也使公眾對新能源電動汽車的乘用安全產生質疑與不安。
            隨著對熔斷器有機管殼熱熔自燃現象的深入研究,發現有機復合材料高溫軟化變形溫度均低于200℃,在電池箱或高壓箱封閉高溫狀態下長期工作,尤其當熔斷器被安裝在通風散熱極差的狹窄角落里時,其材質會發生明顯的衰退性熱老化,機械強度與絕緣強度均呈梯度下降。而鋰電池充電時的過充失控現象,尤以電動大巴在500V以上高壓充電時較為常見,過充導致電池泄漏或電容擊穿產生的短路浪涌,會逆向沖擊繼電器和熔斷器,使箱體內異常高溫迅速攀升,加劇了有機管體的軟化變質,當環境溫度超過有機材質的熱熔點時,管殼就會迅速全面碳化,原先的絕緣層變成了導電層,高壓浪涌沿管壁形成外部電弧通道,猛烈灼烤有機膠體使之熱熔自燃,高壓箱體內的電氣線纜同步引燃,直至引發整車的起火燃燒。事故過程據目擊者描述僅需幾秒時間,但其破壞能量卻相當驚人。

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