來源 | 長城汽車股份有限公司技術中心

來源 | 電動學堂

1. 熔斷器的定義

ISO-8820和QC／T420-2004等標準中將它定義爲：接於電路中，當電流超過規定值和規定的時間時，使電路斷開的熔斷式保護器件。熔斷器是一個熱能響應器件，熔斷器中的熔片或熔絲是用電阻率較高的易熔合金製成，或用截面積較小的良導體制成。爲了保護線束及其它設備，它被有意設計和製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；當系統中一旦發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備。

2. 熔斷器的選用原則

爲了使熔斷器起到其應有的作用，確保整車用電器安全工作，選擇合適的類型及規格就變得尤爲重要。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、熔斷器的環境溫度、安裝尺寸限制、應用線路等。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、環境溫度及應用線路3個因素考慮。

從應用線路上考慮，整車線路根據電流強弱可以分爲高壓大電流保護區和中低壓小電流保護區。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、空調線路、DC／DC、電池組加熱器等高壓大電流設備。一輛電動汽車使用中低壓熔斷器數量較多，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備。其中中低壓小電流保護區，熔斷器可以按照傳統燃油車的規範條件去選擇，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

英式熔斷器主要用於英聯邦國家生產的設備。英標熔斷器殼體採用陶瓷材質，產品具有體積小、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

美式熔斷器應用最爲廣泛，涵蓋了大部分電力電子產品應用。美標熔斷器殼體採用三聚氰胺網格布加陶瓷層疊工藝製成，抗衝擊能力強，並且具有焦耳積分值（I2t）小、功率損耗小、直流性能優越等特點，廣泛應用在變電站、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採用陶瓷材質，該產品具有運行溫度低、功率損耗小、焦耳積分值（I2t）小等特點，適用於要求結構緊湊、性能優越、大功率應用場合，尤其在手動維修開關（MSD）中大量使用。歐標熔斷器式樣如圖4所示。

3.4 法標熔斷器

法標熔斷器具有循環性能強、體積小、構造獨特等特點，適用於佔用空間小的小型UPS、小型交流驅動器以及其它小功率應用。法標熔斷器式樣如圖5所示。

4. 熔斷器選用及計算方法

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

4.1 熔斷器類型選擇

根據熔斷器工作環境、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 熔斷器參數確定

通常熔斷器的額定電流值是基於環境溫度23±5℃時的值，爲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———可允許的最大連續負載電流；In———熔斷器的額定電流；Kt———溫度校正因數；Ke———連接器件熱傳導因數［6］；Kv———風冷校正因數；Kf———頻率校正因數；Kb———熔斷器殼體校正因數。

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，選擇大於In的那個標準值即可。

4.3 熔斷器參數修正

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

5. 應用實例

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

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

2）由表1可知，熔斷器採用自然對流冷卻，最高環境溫度爲60℃，查閱圖6溫度因數校正曲線圖，可得溫度校正因數Kt=0.8。

3）由表1可知，熔斷器採用銅排連接，銅排的電流密度爲2.5A／mm2，查閱圖7連接器件熱傳導因數校正曲線圖，可得熱連接校正因數Ke=0.85。

4）由表1可知，熔斷器採用自然對流冷卻，由於沒有對熔斷器採用額外散熱處理，查閱圖8風冷因數校正曲線圖，可得風冷校正因數Kv=1。

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

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

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

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

9）系統過載電流計算如下。

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

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

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

根據圖12電流時間特性曲線，可知過載1、過載2、脈衝1等電流均小於FWH-250A對應時間點的電流，滿足電流-時間特性要求。

經過以上參數校正，證明暫選的FWH-250A熔斷器符合應用參數要求。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。