PACK产品研究开发与设计(14)：高压电气系统总体设计2——概念

  电动汽车高压系统最重要的包含动力电池、电驱、电控以及高压配电系统（PDU，包括高压继电器、熔断器、电阻等）、电动压缩机总成（CCU）、直流直流转换器（DC/DC）、车载充电机（OBC）、PTC加热器等部件。

  高压电气负载匹配是电动汽车高压系统模块设计的核心环节，它要求根据电气负载特性（稳态/瞬态电流、电压及波形）选型部件，并统筹考虑系统压降、防护可靠性及能量管理策略，以确保整车在不同工况下的安全与性能平衡。

  稳态电流需基于整车连续运行功率（如巡航、空调持续工作）确定，例如商用车快充桩的直流负载需支持250A以上电流

  瞬态电流需覆盖峰值工况（如急加速、再生制动），脉冲波形参数（时间、频率）直接影响熔断器选型。例如，电机启动电流可能达额定值的3-5倍，要求熔断器具备抗冲击能力

  电压匹配需考虑动力电池工作范围（如300-800V），车辆在低电量时系统电压下降，若负载（如电驱）的最低工作电压更高，需通过DC/DC转换器调整

  高压线束具备比较好的柔韧性，大多数都用在需要弯曲、振动隔离或长距离布线的场景，例如：

  目前汇流排的发展的新趋势为：铝排逐渐取代铜排（铝排密度和成本更低），尤其在重量和成本敏感的大批量生产中

  熔断器作用：高压回路发生过载或短路时，快速熔断电路，保护高压线束和电气部件，避免发生热失控。

  选型要点：工作环境和温度、尺寸限制、负载电流和短路电流特性、电压特性、连接方式等

  原则上，熔断器标称电压需要大于电池包最高工作电压，电流分断能力要大于保护回路中预期的短路电流。

  式中：In为待选熔断器额定电流，Ir为回路持续工作电流，Kt为环境和温度校正系数（0.6~0.8，电池包高温环境下可能低至0.8），Ke为连接系数，Kv为冷却系数等

  1、分断能力：大于回路最大预期短路电流，例如 1500V 系统中熔断器分断能力需10kA（NB/T 10329-2019），而储能系统上游保护在大多数情况下要更高分断能力（如 250kA）

  3、机械可靠性：一定要通过严格的振动、冲击测试（如GB/T 31467.3）；

  4、动力电池频繁充放电产生的电流冲击（如快充时的脉冲电流）要求熔断器通过 50000 次电流循环测试（GB/T 31465.6-2017）

  MSD（manual service disconnect，手动维护开关）大多数都用在维修时快速切断高压电路，防止电击和短路风险。

  通常，高压保险丝内置于MSD中，当有必要进行维修时，拔出MSD就可以轻松又有效地物理切断动力电池系统的高压输出，从而保障修东西的人的安全：在运行过程中，如果发生短路则能够更好的起到熔断保护的作用。

  在手动断开后，MSD插孔部分一定要满足IPXXB防护等级，防止手指意外触及带电部件。

  MSD在高压电气系统中的布置位置主要有以下两种方式，同时需要兼顾在整车上的安装和插拔空间的便利性。

  2、电流能力：需同时考虑持续电流和峰值电流。通常要求MSD内熔断器的额定电流大于负载持续电流的2倍，并且其承受峰值电流的能力需超过系统的最大预期峰值电流

  3、MSD内置熔断器的动作速度必须快于高压回路中的主接触器，要求熔断器能在主接触器触头因大电流而烧结粘连之前（例如，在几毫秒内）迅速熔断。

  为了避免高压上电产生得到瞬间浪涌电流对高压电气部件的冲击，电池包一定要具有预充电回路。

  在电池包的高压输出端与负载（如电动汽车的电机控制器、储能变流器）之间，存在容性负载（通常是支撑电容）。在系统初始上电时，这些电容两端的电压为零，相当于瞬间短路。

  如上图（左）所示，动力电池系统高压系统能简化为由电阻和电容组成的模型。当动力电源回路进入预充电过程，先闭合总负继电器K2，再闭合预充继电器K3，与预充电阻Rb共同构成预充电回路。

  当容性负载端电压U_c与电池包端电压U_B相接近（U小于10%U_B）时，然后，接通总正继电器K1，再切断预充继电器K3，预充电完成。

  U_B：动力电池系统电压；U_0：容性负载的初始电压；R为预充电阻；C为容性负载的电容值

  原文标题:PACK产品研究开发与设计(14)：高压电气系统总体设计2——概念设计