1. 熔斷器的定義

ISO-8820和QC／T420-2004等標準中將它定義為：接于電路中，當電流超過規(guī)定值和規(guī)定的時間時，使電路斷開的熔斷式保護器件。熔斷器是一個熱能響應(yīng)器件，熔斷器中的熔片或熔絲是用電阻率較高的易熔合金制成，或用截面積較小的良導(dǎo)體制成。為了保護線束及其它設(shè)備，它被有意設(shè)計和制造成線路中最弱的一部分，線路在正常工作情況下，熔斷器中的熔片或熔絲不會熔斷；當系統(tǒng)中一旦發(fā)生短路或者嚴重過載時，熔片或熔絲會立即熔斷，從而保護電路和電器設(shè)備。

2. 熔斷器的選用原則

為了使熔斷器起到其應(yīng)有的作用，確保整車用電器安全工作，選擇合適的類型及規(guī)格就變得尤為重要。熔斷器的選型涉及以下因素：施加在熔斷器上的電流特性、電壓特性、熔斷器的環(huán)境溫度、安裝尺寸限制、應(yīng)用線路等。當外加電壓和安裝尺寸一定的情況下，熔斷器的選擇主要從電流特性、環(huán)境溫度及應(yīng)用線路3個因素考慮。

從應(yīng)用線路上考慮，整車線路根據(jù)電流強弱可以分為高壓大電流保護區(qū)和中低壓小電流保護區(qū)。一般情況下，一輛電動汽車使用4～5個高壓熔斷器，主要包括電機控制器、空調(diào)線路、DC／DC、電池組加熱器等高壓大電流設(shè)備。一輛電動汽車使用中低壓熔斷器數(shù)量較多，主要是汽車線路中的中央控制盒，包括燈光線路、音響線路、刮水器線路等電器設(shè)備。其中中低壓小電流保護區(qū)，熔斷器可以按照傳統(tǒng)燃油車的規(guī)范條件去選擇，在此不再闡述。本文主要討論高壓大電流熔斷器選擇方法。電動汽車電氣拓撲圖如圖1所示。

 

3. 高壓熔斷器的類型

3.1 英標熔斷器

 

英式熔斷器主要用于英聯(lián)邦國家生產(chǎn)的設(shè)備。英標熔斷器殼體采用陶瓷材質(zhì)，產(chǎn)品具有體積小、性價比高等特點，特別受到240V以下的UPS廠商青睞。英標BS88系列熔斷器式樣如圖2所示。

3.2 美標熔斷器

美式熔斷器應(yīng)用最為廣泛，涵蓋了大部分電力電子產(chǎn)品應(yīng)用。美標熔斷器殼體采用三聚氰胺網(wǎng)格布加陶瓷層疊工藝制成，抗沖擊能力強，并且具有焦耳積分值（I2t）小、功率損耗小、直流性能優(yōu)越等特點，廣泛應(yīng)用在變電站、電力機車等場合。美標熔斷器式樣如圖3所示。

3.3 歐標熔斷器

 

歐標方形熔斷器殼體采用陶瓷材質(zhì)，該產(chǎn)品具有運行溫度低、功率損耗小、焦耳積分值（I2t）小等特點，適用于要求結(jié)構(gòu)緊湊、性能優(yōu)越、大功率應(yīng)用場合，尤其在手動維修開關(guān)（MSD）中大量使用。歐標熔斷器式樣如圖4所示。

4. 熔斷器選用及計算方法

對于高電流保護區(qū)，所選熔斷器應(yīng)具備以下性能：①容量大，通常在幾十到幾百A；②能夠承受瞬間高電流、高脈沖；③安全可靠性高；④運行環(huán)境溫度相對較高；⑤機械特性好。

4.1 熔斷器類型選擇

根據(jù)熔斷器工作環(huán)境、尺寸限制、電流特性、電壓特性、連接方式等選擇合適的類型。通常電動汽車高壓熔斷器會選用美標FWH、FWP等系列。

4.2 熔斷器參數(shù)確定

通常熔斷器的額定電流值是基于環(huán)境溫度23±5℃時的值，為了滿足電動汽車實際工況要求，需要對額定電流值進行修正。可允許的最大連續(xù)負載電流可以用以下公式進行計算：Ib=In·Kt·Ke·Kv·Kf·Kb

（1）式中：Ib———可允許的最大連續(xù)負載電流；In———熔斷器的額定電流；Kt———溫度校正因數(shù)；Ke———連接器件熱傳導(dǎo)因數(shù)［6］；Kv———風冷校正因數(shù)；Kf———頻率校正因數(shù)；Kb———熔斷器殼體校正因數(shù)。

通過上述公式，可以得到一個初步的熔斷器額定電流。但是通常情況下In是一個非標準值，在選型的時候，選擇大于In的那個標準值即可。

4.3 熔斷器參數(shù)修正

通過公式（1）計算得出的熔斷器額定值是一個初步選型數(shù)據(jù)，初步選型完成后，根據(jù)實際運行工況數(shù)據(jù)對熔斷器額定電流值進行參數(shù)校正，例如通過過載電流持續(xù)時間、電流大小，沖擊電流持續(xù)時間、電流大小等因素進行參數(shù)修正。

5. 應(yīng)用實例

以國家863項目長城C20REV電動汽車為例，介紹其高壓熔斷器選擇方法。長城C20REV電動汽車參數(shù)匯總見表1。下面對公式（1）中各參數(shù)進行選擇。

1）根據(jù)連續(xù)負載電流及環(huán)境溫度，初步選擇一款熔斷器，暫選美標FWH系列，型號為FWH250A（電流250A，電壓500V），In=250A。

2）由表1可知，熔斷器采用自然對流冷卻，最高環(huán)境溫度為60℃，查閱圖6溫度因數(shù)校正曲線圖，可得溫度校正因數(shù)Kt=0.8。

 

3）由表1可知，熔斷器采用銅排連接，銅排的電流密度為2.5A／mm2，查閱圖7連接器件熱傳導(dǎo)因數(shù)校正曲線圖，可得熱連接校正因數(shù)Ke=0.85。

4）由表1可知，熔斷器采用自然對流冷卻，由于沒有對熔斷器采用額外散熱處理，查閱圖8風冷因數(shù)校正曲線圖，可得風冷校正因數(shù)Kv=1。

5）根據(jù)表1，整個熔斷器工作頻率在1000Hz以下，查閱圖9頻率因數(shù)校正曲線圖，可得頻率校正因數(shù)Kf=1。

6）熔斷器初步選擇采用的是美標，其Kb=1。將以上參數(shù)代入式（1）：Ib=250×0.8×0.85×1×1×1=170A。即：熔斷器可允許的最大連續(xù)負載電流為170A。

 

7）當系統(tǒng)電壓為420V時，通過表2、圖10可得I2t值（總焦耳積分值）為32200×0.75=24150A2S。

8）當系統(tǒng)電壓為420V時，查閱圖11FWH系列弧電壓校正曲線圖，可得最大弧電壓為880V。

9）系統(tǒng)過載電流計算如下。

過載1：Imax（30s）＜60%·It，即250A＜60%×500=300A。

過載2：Imax（10s）＜60%·It，即300A＜60%×600=360A。

脈沖1：Imax（100ms）＜70%·It，即350A＜70%×1000=700A。

 

根據(jù)圖12電流時間特性曲線，可知過載1、過載2、脈沖1等電流均小于FWH-250A對應(yīng)時間點的電流，滿足電流-時間特性要求。

經(jīng)過以上參數(shù)校正，證明暫選的FWH-250A熔斷器符合應(yīng)用參數(shù)要求。通過C20REV電動汽車大量實際路試，所選擇的熔斷器工作正常、穩(wěn)定、可靠，完全滿足實際運行要求，從而證明本選用方法具有實際使用價值。