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谈谈电池PACK模组的短路保护

导读: 电池包(Pack)的短路安全性,越来越受到消费者的重视。除了pack层极的短路保护之外,模组层级也需要考虑短路保护设计,GBT31485对模组的短路也有要求。

电池包(Pack)的短路安全性,越来越受到消费者的重视。除了pack层极的短路保护之外,模组层级也需要考虑短路保护设计,GBT31485对模组的短路也有要求。这里我们分享一些模组短路保护的思路,抛砖引玉。

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模组的短路包含模组的高压连接外短路与采样线短路两种常见情况。

1. 模组的高压连接外短路

模组的短路危害方式可分为两种,一种是短时间的短路,一种是长时间的短路。

(1)模组的短时间的外短路,即外部在短时间短路时,模组的所有电芯都都处于短路回路中,根据模组的电压、DCR与短路电阻(如测试设备电阻等)计算,短路电流常达到3000~5000A。在很短的时间内,模组内部会产生大量的热,如果设计上不做保护,电芯很容易出现防暴阀打开,甚至起火的安全风险。

针对这种情况,可以在每个Cell的内部设计一个Fuse(国外有针对每个电芯焊接一个Fuse的设计,国内也有针对每个电芯配一个贴片Fuse的设计,具体形式可以有很多种),在短路瞬间,断开电流回路,起到短路保护的作用。(也有采用PTC进行保护的方案,温度升高时电芯电阻陡增,从而限制大的短路电流。)

(2)模组长时间的短路,上面我们已经提到,通过电芯的fuse,当模组短路时,可以断开回路,是否意味着pack系统因为电流回路的断开就安全呢?实际上并不是这样的。这一点容易被忽视掉。

我们先讲电芯fuse断开的情况,根据下图所示,模组短路时,电流回路已经断开,即Fuse2由通路转为开路(短路时,一般会有其中一串先断开,很少有多串同时断开的情况),由于外短路的连接,Cell2的外部形成一个UCell1+Ucell2+UcellX的电压,这个反向电压可能会对电芯内部进行电解,同时累积热量,当热量达到一定长度后,电解产生的气体将冲破防暴阀,容易出现起火现象。

说明:以上的Fuse1是指Cell内部的保险部件,在电芯短路时会断开电芯与外界的连接。 Fuse1Cell1Fuse2Cell2Fuse3Cell3+_U反=UCell1+Ucell2+UcellX外部短路部件 短路后,新的电压回路

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