动力电池系统电连接技术要点课件

1、动力电池系统电连接技术第1页，共30页。目录 动力电池系统电连接技术概览1影响Busbar/高压导线的载流因子2Busbar/高压导线计算选型方法3Busbar/高压导线测试标准和方法4铜铝连接技术5Pack电气安全设计6第2页，共30页。 动力电池系统电连接技术概览1影响Busbar/高压导线的载流因子2Busbar/高压导线计算选型方法3Busbar/高压导线测试标准和方法4铜铝连接技术5Pack电气安全设计6第3页，共30页。常见EV车的电气架构RESS(Battery)InverterE-MotorOnboard ChargerClimateCompressorPTC HeaterDC

2、/DC ConvertorMSDBDULV Battery动力电池系统电连接技术概览来自GB/T 18384.3高低压分水岭ItemRequirementVoltage / Current850VDC / Cat 1 (up to 40A) Cat 2 (up to 250A)Temperature requirements-40C up to +140CElectrical insulating strength2700VDC (2xUmax + 1000V)Insulating strength Insulating resistance 200MOhm, testing voltage

3、1075 VDCShieldingSingle- or Family-Shield, general 360 all arroundShielding contact resistanceMax. 10mOhm after lifetimeInsertion / retention forceMax. 100N (or mechanical assistance)Mating cycle Min. 50 Mating cyclesInterlock-System (HVIL)requiredOEM对高压部分的主要要求参数高压部分用橙色 色卡 RAL 2019第4页，共30页。+-+-+-+-+

4、-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+MSDPDU模组1模组2模组3模组4Module之间Cell之间Pack与外部之间方型圆柱型软包高压线束铜排铜导线铝导线扁平铜/铝排线动力电池系统电连接技术概览PACK电气连接形式FUSEMSDPDUFUSE第5页，共30页。动力电池系统电连接技术概览实例Cell之间（方形电池）Module 之间（方形电池）Cell之间（圆柱形电池）Module （圆柱形电池）Cell之间（软包电池）Module （软包电池）第6页，共30页。动力电池系统电连接技术概

5、览新能源汽车免费大课堂Fuse 保护逻辑是模组的损坏不能导致Cell损坏，无论是模组的还是cell的损坏不能导致pack的损坏。在危险电流值上，软件上的动作时间快于pack.7 mil Nickel strap material is necked down to 3.6 mm, and clears at approximately 2100A in 0.1 sec.第7页，共30页。 动力电池系统电连接技术概览1影响Busbar/高压导线的载流因子2Busbar/高压导线计算选型方法3Busbar/高压导线测试标准和方法4铜铝连接技术5Pack电气安全设计6第8页，共30页。导线实际载流：

6、I=Inf1f2f3f4In：导线额定载流f1:环境温度升高对载流的影响f2:导体温度升高对载流的影响f3:多心线对载流的影响f4:频率增加对载流的影响来自图片来自来自集肤效应 当任意大导体对磁场交变时，这种导体就会感应电流，产生涡流现象。f1f2f3f4图片来自影响Busbar/高压导线的载流因子束缚数123456-78-1011-12折算10.80.70.60.550.50.450.4集肤效应多芯线第9页，共30页。影响Busbar/高压导线的载流因子新能源汽车免费大课堂汇流排实际载流注：表中分数的分子表示交流负荷，分母表示直流负荷。影响汇流排载流的因数：F1: 集肤效应；F2, 母线平放

7、安装时，载流应该小于竖直安装；F3,汇流排表面有无绝缘层。集肤效应安装方向表面包裹厚度宽度第10页，共30页。 动力电池系统电连接技术概览1影响Busbar/高压导线的载流因子2Busbar/高压导线计算选型方法3Busbar/高压导线测试标准和方法4铜铝连接技术5Pack电气安全设计6第11页，共30页。方法一，根据温升曲线-具体导线特性Busbar/高压导线计算选型方法序号用电设备额定电流峰值电流峰值时间1电池组235A468A30S2电机控制器182A416A30S3电机263A500A30S4DC-DC/充电器185PTC12A21A30S6压缩机6A7.5A30S7快充250A其中，

8、MCUPDU线束，额定电压405V，额定电流182A，峰值电流416A，绝缘体允许最高温度125，峰值电流持续时间30S某项目的电流电压值如下：第12页，共30页。方法二，计算公式Busbar/高压导线计算选型方法材料铜传热系数5W/(m2K)环境温度25C截止温度60C宽a30mm厚b2mm额定电流186.96A峰值电流400A峰值电流持续时间30s温度31.49 C某项目温升要求，当通入额定185A电流时，铜排温升不能超过35，排长度140mm,相关其他数值如下：仿真结果条件：初始温度25，额定电流185A，铜排规格：30*2；结论：最高温度：47.228，温升为22.228，满足设计需求

9、实验测试结果：条件：室温28.1，额定电流185A，通电时间70min；结论：硬铜排温升-13.8 软铜排温升-19.3 满足185A恒定电流情况下温升不超35要求。abl根据上式计算出横截面是53.4平方毫米，取整60.第13页，共30页。方法三，经验表25铜铝载流（来自国家电工手册）铝导线横截面积2.54610162535457095120150185有绝缘层载流（A)1020305064100105135175238240300370铝排载流（A)1530457596150158203263356360450555铜导线有绝缘层载流（A)2030506410010513517523824

10、0300370铜排载流（A)30457596150158203263356360450555Busbar/高压导线计算选型方法例：某电池包动力电池高压输出线额定电流235A，额定电压405V。铜牌：可以选45mm，选153的铜排；铝排：可以选70mm，选253的铜排。横截面积第14页，共30页。硬铜排温升实验测试（60mm）时间（min）位置1位置2位置3028.128.128.2529.83434.31029.53636.41529.737.237.42030.838.138.3253138.938.7303139.139.13530.639.639.24031.240.239.64531.

11、340.239.35031.24039.35531.341.440.16030.941.440.86531.141.540.5703141.940.4软铜排温升实验测试（60mm）时间（min）位置1位置2位置3028.128.128.3529.634.232.81031.43735.41530.738.537.42031.139.538.22530.241.5393031.642.441.1353242.541.54031.24442.84531.144.141.85031.544.542.45531.745.842.96031.347.244.46531.24744.17030.147.4

12、44.9铜排内阻统计图纸编号内阻（m）ATEV.8000-020.1732ATEV.8000-030.1854ATEV.8000-040.1304ATEV.8000-050.0907ATEV.8000-060.3126ATEV.8000-070.321ATEV.8000-080.1207ATEV.8100-050.235ATEV.8100-060.0693ATEV.8100-070.1305ATEV.8100-080.101ATEV.8100-090.0782ATEV.8100-100.0794ATEV.8100-110.1582铜排温升测试位置1位置2位置3位置1位置2位置3Busbar/高

13、压导线计算选型方法计算好需要实际验证硬铜排测试条件：185A恒流放电（70min）硬铜排温升：13.8合格温升：35 结论：合格软铜排测试条件：185A恒流放电（70min）硬铜排温升：19.3合格温升：35 结论：合格内阻测试内阻测试第15页，共30页。 动力电池系统电连接技术概览1影响Busbar/高压导线的载流因子2Busbar/高压导线计算选型方法3Busbar/高压导线测试标准和方法4铜铝连接技术5Pack电气安全设计6第16页，共30页。来自USCAR 21 及LV214来自DELPHI test report线束相关标准AK SR215LV214LV216USCAR 21-1US

14、CAR25USCAR37ISO6722BS EN60512-5-2BS EN60512-5-1 其他企业相关标准VW60306PSA B25 1140 GWM 15626FORD EX-XU5T-1A303-AABENZ MBN 10308-1NISSAN 2420NDS03机械电气环境Busbar/高压导线测试标准和方法GME3191 4.25试验后，拉力合格，电压降或截面合格震动温度盐雾微电阻耐压拉拔力恒温恒湿第17页，共30页。 动力电池系统电连接技术概览1影响Busbar/高压导线的载流因子2Busbar/高压导线计算选型方法3Busbar/高压导线测试标准和方法4铜铝连接技术5Pac

15、k电气安全设计6第18页，共30页。铜/铝连接注意事项干燥环境，否则，产生铜绿Cu2(OH)2CO3铜铝铝铝Al2O3铜镍锡镍铝锡铜铜方案一：在模组出线端，用铜铝过渡排连接。模组方案二：在模组出线端，用铝排镀锡。AuPtHgAgCCuHPbFeZnAlNaLi1.691.20.850.80.740.520-0.13-0.41-0.76-1.66-2.71-3.02来自VW实验室金属电动序铜铝连接技术第19页，共30页。铜/铝性能参数对比名称铜排铝排原料紫铜 T2 （EN ISO ETP）99.9%99.7%纯铝（1350 8000系）导电面积S1.6S重量10060热传导率390229热膨胀系

16、数17.324.1焊接铜铜 激光焊铝铝激光焊铜铝 超声波焊S1.6S铜铝连接技术第20页，共30页。铝导线是未来的趋势铜铝连接技术一般来说，一辆车0.3570mm的Cu 总长1.9km 总重28kg一辆车2.570mm的Al总重8.8kg价格会降底70%90%第21页，共30页。 动力电池系统电连接技术概览1影响Busbar/高压导线的载流因子2Busbar/高压导线计算选型方法3Busbar/高压导线测试标准和方法4铜铝连接技术5Pack电气安全设计6第22页，共30页。电不安全在哪？人体触电mAmS=350mA人体电阻主要是皮肤电阻，潮湿情况下可降到1 k无感觉或微弱感觉麻酥、针刺感、肌肉

17、收缩心室颤动、呼吸困难来自德国大众培训对于任何B级电压电路的中的带电部件，都应为接触人员提供防护。例：Pack电气安全设计第23页，共30页。心脏起搏器和其他植入身体的电子器件Pack电气安全设计关键：导通起搏器电极同样适用于其它一些植入体内的电子器件，比如脑起搏器，以及外部的医疗电子设备，比如胰岛素泵，助听器等等预防性检查要包含与工作活动内容相关以及工作地点相关的信息。第24页，共30页。等电位均衡线一般选用M8的紧固螺栓来自德国大众培资料Pack电气安全设计两个不同的元件出现壳体短路，人意外接触到这两个元件，导致电路闭合。第25页，共30页。绝缘电阻及实物标准：SAE J1766 及ECE

18、 R100都要求绝缘电阻500/V，或GB18384.1Pack电气安全设计2，如果V1V2（说明负极对地绝缘电阻小），则在V1表处加一个已知的电阻R0，此时电压为V2.1，先测如V1 及V3，绝缘电阻为：RiRR0RRiRV1V2让我们来看看为什么这么测量？例子：高压系统中电池总电压的最大值为384 V，因此绝缘电阻至少为500 /V 384 V = 192 k。第26页，共30页。绝缘电阻测试与校正万用表测量与计算Pack电气安全设计Power Supply or Pack Chassis GroundBattery Positive and Battery NegativeVehicle

19、 Positive and Vehicle NegativeFulk表直接测量Fluke 17B MultimeterFluke 1507 Insulation Tester常见测量值是550MBMS电阻值校正Initial Resistance Reading: (without introduction of the decade box into the circuit)kOhms (10000k expected)Connect the Decade box to Chassis and pack (+) for the first half, the Chassis to pack

20、(-) for second half.Resistance Box SettingChassis to Battery +ExpectedChassis to Battery 1000 kOhm (9,9,9,9,9,9) kOhm1000kOhmkOhm500 kOhm (4,9,9,9,9,9)kOhm500kOhmkOhm100 kOhm (0,9,9,9,9,9)kOhm100kOhmkOhm50 kOhm (0,4,9,9,9,9)kOhm50kOhmkOhm10 kOhm (0,0,9,9,9,9)kOhm0kOhmkOhmRETURN decade box to (9,9,9,9,9,9) and disconnect it from the pack