新能源汽车电池包体分压继电器的应用介绍

近些年新能源汽车的发展速度非常迅猛,不论是亟待转型的传统车企,还是资本加持的行业新军,大家都积极布局新能源汽车这个“风口”,寄望能够成为行业翘楚。据不完全统计,仅中国大陆,新能源汽车的整车生产企业就超过50家。在企业之间激烈竞争的同时,国家对于新能源汽车的补贴却呈现逐年减少的态势。如何降低成本,大多车企采取减配的方法(例如减少继电器的使用数量和使用容量) 。

笔者作为新能源汽车行业的多年从业人员,对于这一现象感到非常忧心。行业专家认为新能源汽车的“生命线”的优先顺序应该是安全、品质、成本,而非以偏概全的仅仅关注于根据零部件的占BOM成本的比例,并依此每年进行Cost down。目前新能源汽车还处于起步阶段,每一位从业人员都应该努力想想我们的车真的安全吗?

从安全的视角出发,笔者认为目前新能源汽车的继电器用量不是多了,而是少了。例如,在高电压、大电流的电池包体模块中,除少数厂家,大部分新能源汽车仅仅安装了保险丝等被动保护器件。聊到这里,笔者想到了一个故事,2014年的时候,笔者出差4S店,在与维修人员的交流中,了解到他们对于新能源汽车最多的担忧就是在维修过程中,会被电池包的高压电电到。过了三年,笔者再次前往4S店进行了解,维修人员最多担忧的依然是该问题点。专业的维修人员都如此谈“电”色变,可以想象普通的消费者在新能源汽车出现任何异常的时候,一定是望“电”兴叹,束手无策。如果在电池包体模块中增加分压继电器,在汽车熄火的时候,成功将电动汽车的电压由300-800V,拆分成若干低于100V的小电池包体模组,这样对于人体就比较安全。同时相较于仅仅采用安装保险丝等被动安全策略, 安装了继电器的电动车的驾驶安全系数将会提升;目前电池包中加保险丝的主流设计方案,往往只在主回路中加入1~2pcs保险丝,如果碰撞产生的短路情况在保险丝选型范围之外,保险丝不会断开存在较大风险;保险丝熔断之后需要进行更换,而继电器可以多次使用,这样将有效提升新能源汽车的安全性能。

SAE J2929《电动车和混和动力电动汽车电池系统安全标准》—锂离子电池中提到,电池系统自动断开后的5秒内,电池系统外部端子的电压不能超过60V。在电池系统自动断开功能失效(如继电器烧结)时,需要提供以下一种方式来防止无意的对开放端子的触碰(1)手动开关,能够在5秒内将正负极的电压降低到60V或者(2)能够防止手指进入。

ISO6469-3《电动车安全技术规范》第三部分: 人员电气伤害防护中对绝缘电阻提了要求,直流电需要100欧姆每伏特。所以国际的电动汽车安全标准也要求在电池包体中增加分压继电器。

在实际应用中,增加分压继电器还有以下一些好处:

1、由于有多个继电器,电池系统断开失效的概率会降低。3个或者以上继电器同时烧结的概率远远低于1个继电器烧结的概率。

2、电池系统的开放端子(包括手动开关的端子)在单点失效的情况下有可能出现高压,失效情况包括:电池正极绝缘故障、电池组内绝缘故障、电池负极绝缘故障、正极继电器烧结、负极继电器烧结;而多个分压继电器的存在可以使开放端子之间出现高压的概率降低。

3、分压继电器将电压隔断,降低了失效情况下开放端子间的电压值,减轻了绝缘防护的压力。

那么如果在电池包体内增加分压继电器, 对于继电器有一些什么特殊要求?根据笔者以往的经验,至少有这么几点需要电池包体设计者进行考虑。

1、继电器的正向和反向电气寿命等电气性能需要一致,或者可以说是无极性、弱极性继电器。

2、因为继电器安装位置靠近电池包,电池包对于温升的要求较高,所以继电器的温升需要尽量的低。

3、因为电池包体内空间较小,设计者会将有限的空间多用于电池芯体安装。所以继电器的设计需要满足电池包体的各种结构要求,同时性能指标也要求较高,对于继电器的设计要求较高(见下表1) 。

4、因为一个包体需要安装超过3pcs继电器,继电器的动作一致性要求较高。

5、与保险丝的有效匹配。

表1

随着新能源汽车进一步发展,另外配合无人驾驶等技术的要求,我们有理由相信分压继电器将在越来越多的汽车上保护着乘客的安全。

作者戴湘豫 陆涛