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新能源汽车线束——保险片的选用

导读: 新能源汽车已经成为汽车发展的焦点,市场保有量越来越多,新能源汽车的安全尤其是低速电动车随之成为大家关注的重点。

新能源汽车已经成为汽车发展的焦点,市场保有量越来越多,新能源汽车的安全尤其是低速电动车随之成为大家关注的重点。现在低速电动车高速发展,形成了“人人造车”的局面,在设计方面相较于大公司不是很专业,故车在运行过程中出现一系列问题。

本文通过市场遇到问题来反馈线束在设计过程存在的设计失误与配件选型错误等问题。

之前遇到一位客户反馈车不充电且有异味,检查后发现充电保险片已烧毁。

新能源汽车线束——保险片的选用

经分析发现,该30A保险并未断开且脱离保险盒,可暂时鉴定为保险片接触不良导致针脚发热融坏保险盒。

先不管保险片质量合不合格,暂看此线束保险片的选型就有问题:

此保险为低速电动车的充电保险,充电电流最大持续18A,充电保险按照折减率75%和温度变化率-0.15%/℃(夏天按环境40℃计算),计算得出保险片的容量:

18/0.75/(100%-(40℃-25℃)*0.015)=24.1A,选型25A或30A都是没问题。

但此保险为快溶插片式保险丝,也许大家只关心保险丝的分断能力,却忽略了保险丝的过载能力与散热。插片式保险片中间起溶断作用的“丝”部分相对来说还是比较细的,虽然18A的电流未达到25A或者30A保险片溶断电流,但是长时间充电会使保险片发热,再加上此保险片为封闭式散热不好,很容易高温,有一定的安全隐患。

为此特地做了一个小实验:

测试环境:室温34℃左右

测试电流:18A

测试保险:30A插片式保险片(封闭在单路保险盒内)

测试数据如下:

新能源汽车线束——保险片的选用

发现此保险片30min左右升至90℃以上,而充电器18A充电电流的持续时间为最大6小时。

我认为此保险片选型不合适,肯定有合适的,那就是中速溶断平板式保险丝(如下图:图1为单路,图2为双路,图3为保险片资料)。

新能源汽车线束——保险片的选用

图1

新能源汽车线束——保险片的选用

图2

新能源汽车线束——保险片的选用

图3

此形式的保险片允许过载电流比较大且散热性比较好,使用25A的即可满足18A的充电电流,同时也能起到短路时的保护作用。

针对上面提到的事故,还有一个忽略的因素——电压,市面上的电动车最低为48V,而此保险片一般为32V的。

合适的保险丝至少应该符合三项要求:该断的时侯要断,不该断的时侯不能断,断的过程必须保证安全。

保险丝的第一功能是保护功能,也就是在需要保护的时侯保险丝应该起到作用,这也是我们选择保险丝时需要首先考虑的。一般情况下保险丝的额定电流一定要大于电路正常工作电流,且拥有一定的过载能力,但如果余量过大,将会降低或削弱其保护功能,保险丝应该动作的时侯不动作,造成被保护的元器件损坏甚至更严重的危险后果。设计人员选用保险丝时的主要参考工具是保险丝制造商提供的产品规格书中的“时间-电流特性曲线”。由于曲线上所反映的熔断时间都是在正常大气条件下的,必要时我们还需要适当考虑环境温度等的影响。选择恰当熔断特性的保险丝品种和恰当的额定电流规格才能满足保险丝的保护功能。

保险丝的第二功能是承载功能,也就是平常所说的耐脉冲能力,这是我们选择保险丝时必须同时考虑的重要课题。在保险丝使用的过程中,出现正常电流波动或瞬间脉冲的机会大大多于故障过电流,所以在某种意义上来说,这方面的考虑对保险丝的使用来说显得格外重要和更具有实际意义。只要保险丝的熔化热能值I2t大于电路脉冲的能量,保险丝就能够承受,“时间-熔化热能曲线”是提供给设计人员选用保险丝时的耐脉冲能力的工具(同样地也可以采用电流-熔化热能曲线的形式),更进一步看保险丝在经受脉冲冲击时即使不熔断也会受到一定的损伤,换句话说此时保险丝的I2t就会减小,也就是耐脉冲的能力降低了,所以在选择保险丝时还必须考虑这个衰减的因素,通常的简易计算需要放3-5倍的余量来保证保险丝有足够的耐脉冲能力。保险丝的耐脉冲能力和它的保护性能是有矛盾的,在这两个方面我们必须求得一个合理的平衡,寻找最佳的结合点。选择有恰当熔化热能值的保险丝品种规格和放大足够并合理的安全余量才能满足保险丝的承载功能(耐脉冲能力)。

保险丝的第三功能是安全功能。优质可靠的保险丝应该在其动作前,动作中和动作后都能保证安全性,即安全地导通和安全地熔断。能够保证保险丝这项要求的主要技术指标就是分断能力。分断能力是保险丝能够安全地切断电路的最大电流,一般情况下是指短路电流。就是保险丝在遇到短路电流时必须能够绝对安全地分断电路,即在分断过程中不发生任何不安全的因素,如持续拉弧、多次导通、破碎、飞溅、燃烧、以至爆炸等。每一种保险丝的分断能力都必须大于等于被保护电路的最大短路电流。保险丝的额定电压决定了它的耐压,也是保险丝安全性能的另一个指标,只能使用在工作电压小于等于保险丝额定电压的电路中。世界各国和各地区对安全元件都进行安全认证,保险丝的安全认证对于它的安全功能来说也是必不可少的。选择具有足够分断能力和额定电压的,并获得必要的应用地区的安全认证的保险丝品种,才能满足保险丝的安全功能。

综上所述,适当的熔断特性和额定电流;足够而合理的熔化热能值;以及合适的分断能力、额定电压和安全认证是保证保险丝主要功能的必要条件,只有在具备了这三个条件的基础上,同时协调好保护性能和耐脉冲能力之间的制约,求得最合理的平衡,我们才有可能做出判断:这样的保险丝才是优质可靠的保险丝。

选择保险丝的十个要素:

1. 额定电流——In

●保险丝的额定电流是指它的公称额定电流, 通常就是电路能够工作的最大电流值;

●正确选择保险丝的额定电流值, 必须作如下考虑:

●例如: 电路的工作电流: Ir = 1.5 A

●UL规格保险丝额定电流应是: In = Ir/Of = 1.5/0.75 = 2A z 这儿的 Ir是电路工作电流,Of 是 UL 规格保险丝的折减率;

●所以应该选择 2A 的保险丝;

●对于 IEC规格保险丝则没有折减率要求, 即: Ir = In z 如果特殊的额定电流不是通用的, 应该选最邻近的较高值;

●错误的选泽:把希望保险丝熔断的电流值作为额定电流值。

2. 额定电压——Un

●保险丝的额定电压是指它的公称额定电压, 通常就是保险丝断开后能够承受的最大电压值;

●保险丝通电时两端所承受的电压大大小于其额定电压,因此额定电压基本上无关紧要;

●正确选择保险丝额定电压应该等于或大于电路电压 z 例如: 250V的保险丝可以用于 125V的电路;

●对于低电压的电子应用, 一个交流额定保险丝可以用于直流电路中;

●关于保险丝的额定电压主要应考虑: 当电路电压不超过熔断器额定电压时, 保险丝是否有能力分断给出的最大电流;

●认识的误区:保险丝的额定电压必须跟电路电压一致!

3. 环境温度

●保险丝所处小环境温度或已知的工作温度, 对保险丝的动作是有影响的 z 环境温度越高, 保险丝的工作时就越热, 其寿命也就越短;

●不管是 UL 规格还是 IEC规格, 保险丝的各项指标都是指在25 ℃ ,如小环境工作温度较高,则要考虑保险丝的温度折减率;

●例: 选用快熔断保险丝在 90 0C小环境下和 1.5A 电流下工作,,若选用IEC规格保险丝, 那么额定电流就是:

In = In/ Tf = 1.5A/0.95 = 1,58 A 推荐 1.6 A 或 2 A 的保险丝;

若选用UL 规格保险丝 那么额定电流就是:

In = In/OfxTf = 1.5A/0.75x0.95 = 2.1 A 应选 2.5 A 的保险丝。

4. 电压降/冷电阻——Ud/R

●一般情况下,保险丝的电阻值与它的额定电流值成反比;

●在保护电路中要求保险丝阻值越小越好,这样它的损耗功率就小;因此在保险丝技术参数中规定了最大电压降值或冷电阻值,但不作为产品验收依据;

●保险丝的电压降:通以直流额定电流,使保险丝达到热平衡后所得的读数;

●保险丝的冷电阻:在小于额定电流10%的条件下测得的读数 z 保险丝的电压降和冷电阻可以互相换算;

●小规格保险丝的电压降对低压电路的影响较大,务必注意! z 极端情况下由于电阻太大会无法输出需要的工作电流。

5. 熔断特性

●也称作保险丝的时间-电流特性或I-T特性或安秒特性, 是保险丝最主要的电性能指标,它表明了保险丝在不同过载电流负载下熔断的时间范围。 z 当流经保险丝的电流超过额定电流时, 熔体温度逐渐上升,以至最后保险丝被烧断,我们把这都归属为一种过载状态;

●保险丝需要有一定的过载能力:

UL规范保险丝的最大不熔断电流是110%In; IEC规范保险丝的最大不熔断电流是150%In或120%In z 保险丝也要求在超过限量的过载电流时能及时地烧断:

UL规范保险丝的最小熔断电流在130%In 左右; IEC规范保险丝的最小熔断电流在180%In 左右;

●根据熔断特性不同,可以把保险丝分为快速型和延时型等:

●快速保险丝常用在阻性电路中,保护一些对电流变动特别敏感的元器件;

●延时保险丝常用在电路状态变化时有较大浪涌电流的感性或容性电路中,它能承受开关机时浪涌脉冲的冲击,而真正出现故障时仍能较快的断开电路;

●每一条曲线代表了一个规格保险丝的熔断特性,对应每一个负载电流都能找到它的熔断时间。

●不同类型保险丝具有不同形状的特性曲线。

时间/电流特性曲线最好地描绘了保险丝的过载性能,供设计师选用保险丝规格时主要的参考。

时间-电流特性表

新能源汽车线束——保险片的选用

通常规定用曲线中的几个关键点来考核保险丝的过载性能。是对保险丝进行质量评判或验收时的主要依据。

6.分断能力——Ir

●分断能力也称为最大分断能力或短路分断能力或遮断电流。

●分断能力是保险丝最主要的安全指标。它表明了在规定的电压下, 保险丝能安全地切断的最大电流。

●当流经保险丝的电流相当大以至短路的时侯,仍要求保险丝能安全分断电路,且不带来任何破坏性。

●当超过额定分断电流值时, 保险丝有可能出现破碎,爆炸,喷 溅,引起周围人身或其他元器件的燃烧和破坏等不安全现象。

●保险丝的分断能力取决于保险丝的结构和所用的材质, 一般来说低分断能力保险丝大部份都是玻璃壳体的, 高分断能力保险丝通常有陶瓷壳体, 其中许多还填充有纯净颗粒状石英材料。

●按照常规, 当被保护系统是直接联接到电源输入电路和保险丝被置于电源输入部份时, 一定要使用高分断能力保险丝。

●在大部分二次电路中, 特别是电压低于电源电压时, 选用低分断能力保险丝就足以能胜任了。

7. 熔化热能值—I2t

●熔断器的熔化热能值(If2t)是指熔体熔断所需要的能量值, 通常被用于熔断器承受浪涌能力的技术指标,其中 I为过载电流,t为熔断时间 z 电路中出现浪涌时所释放出来的能量值(Ir2t)。

●原则: 选用熔断器时必须考虑 If2t>Ir2t, 即熔断器的熔化热能应大于浪涌电流释放的热能。

●熔断器的熔断时间跟电流产生的热量, 散热条件及熔断器的热容特性等都有关,许多因素都会影响熔断器的熔断时间,所以熔断器在不同的分断电流或分断时间会有不同的If2t,也就是说If2t并不是一个常数。

●能量/时间曲线最好地描绘了保险丝的熔化热能变化情况,供设计师选用保险丝耐脉冲能力时主要的参考。

●耐脉冲冲击次数

●当If2t> Ir2t时,熔断器应能承受脉冲的冲击,不会被熔断但会受到一些损伤,从而略微降低它的If2t;

●通过计算和选择 If2t和Ir2t的关系,可以知道熔断器能够承受的脉冲次数,反过来说需要熔断器能够承受多少次以上的浪涌冲击,就必须选择熔断器的 If2t与电路脉冲的Ir2t关系;

●AEM 熔断器的If2t和Ir2t的大概关系

Ir2t<= 30% If2t100,000次

Ir2t<= 38% If2t10,000次

Ir2t<= 48% If2t1,000次

●Littelfuse保险丝的If2t和Ir2t的大概关系

Ir2t<= 22% If2t100,000次

Ir2t<= 29% If2t10,000次

Ir2t<= 38% If2t1,000次

8. 耐久性/寿命

●保险丝的寿命是很长的,在无故障的情况下几乎与设备的寿命是可以同步的。

●测试 IEC 规格的小型管状保险丝寿命的方法:在直流电源条件下,以1.20 In(或1.05 In)电流导通一小时,断开15分钟,连续100个周期,最后再以1.5 In(或1.15 In) 电流导通一小时,期间不能有熔断或其他异常现象。

●保险丝的储存期,在正常条件下不少于两年,到期经复检合格后可再行储存。

9. 结构特征和安装形式

●管状:玻璃管-低分断能力,陶瓷管-高分断能力;

填充细粒石英沙-用于灭弧,玻璃管变色-熔断指示;

内焊式与外焊式;

加引线套帽-用于焊接(有时需先将引线成型) ……

●微型:电阻式,晶体管式,薄膜式……

●片式:薄膜式,多层独石,电阻式……

●其他:插片式,螺栓式,密封式,报警式……

●熔体结构:圆丝,扁丝,单丝,双丝,复合丝;

10.安规认证

(不做详解)

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