新能源汽車電池組體分壓繼電器的使用解析

2021-04-27 ryder

近些年新能源汽車的發展速度非常迅猛,不論是亟待轉型的傳統車企,還是資本加持的行業新軍,大家都積極布局新能源汽車這個“風口”,寄望能夠成為行業翹楚。據不完全統計,僅中國大陸,新能源汽車的整車加工企業就超過50家。在企業之間猛烈競爭的同時,國家對于新能源汽車的補貼卻呈現逐年減少的態勢。要怎么樣降低成本,大多車企采取減配的辦法(例如減少繼電器的使用數量和使用容量)。

筆者作為新能源汽車行業的多年從業人員,對于這一現象感到非常憂心。行業專家認為新能源汽車的“生命線”的優先順序應當是安全、品質、成本,而非以偏概全的僅僅關注于依據零部件的占BOM成本的比例,并依此每年進行Costdown。目前新能源汽車還處于起步階段,每一位從業人員都應當努力想想我們的車真的安全嗎?

從安全的視角出發,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、大電流的電池組體模塊中,除少數廠家,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,知道到他們對于新能源汽車最多的擔憂就是在維修過程中,會被電池組的高壓電電到。過了三年,筆者再次前往4S店進行知道,維修人員最多擔憂的仍舊是該問題點。專業的維修人員都如此談“電”色變,可以想象一般的消費者在新能源汽車出現任何異常的時候,一定是望“電”興嘆,束手無策。如果在電池組體模塊中增加分壓繼電器,在汽車熄火的時候,成功將電動車的電壓由300-800V,拆分成若干低于100V的小電池組體模組,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將會提升;目前電池組中加保險絲的主流設計方案,往往只在主回路中加入1~2pcs保險絲,如果碰撞萌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。

SAEJ2929《電動車和混和動力電動車電池系統安全標準》—鋰電池中提到,電池系統自動斷開后的5秒內,電池系統外部端子的電壓不能超過60V。在電池系統自動斷開功能失效(如繼電器燒結)時,需要提供以下一種方式來戒備無意的對開放端子的觸碰(1)手動開關,能夠在5秒內將正負極的電壓降低到60V或者(2)能夠戒備手指進入。

ISO6469-3《電動車安全技術規范》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。所以國際的電動車安全標準也要求在電池組體中增加分壓繼電器。

在實際使用中,增加分壓繼電器還有以下一些好處:

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

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

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。

那么如果在電池組體內增加分壓繼電器,對于繼電器有一些什么特殊要求?依據筆者以往的經驗,至少有這么幾點需要電池組體設計者進行考慮。

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組,電池組對于溫升的要求較高,所以繼電器的溫升需要盡量的低。

3、因為電池組體內空間較小,設計者會將有限的空間多用于電池芯體安裝。所以繼電器的設計需要滿足電池組體的各種結構要求,同時性能指標也要求較高,對于繼電器的設計要求較高(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