锂电池定制16年-动力锂电池系统解决方案商

 

相同的基本电子硬件将用于低压和高压锂电池系统（如UPS锂电池、锂离子汽车电池等）。

它们包括：主接触器、预充接触器、高压互锁回路（HVIL）、手动维修断路器（MSD）、保险丝、总线、电池连接板、低压线束和高压线束。这些部件统称为高压前端（HVFE）。

 

低压和高压锂电池系统

高压前端电子元件的选择取决于锂电池系统的电压。对于电压超过60V的系统，应考虑使用高压设备，因为暴露于60V以上的高压可能会导致严重伤害甚至死亡。

因此，高压（HV）系统需要额外的安全预防措施，在设计中必须考虑这些措施，以确保操作员在系统操作或维护期间的安全。

如果锂电池系统的电压低于60伏，人们触摸它时会感到麻木，但通常不会危及生命。因此，理论上安全的电池系统更倾向于低电压设计。

 

 

尽管低压锂电池系统不需要像高压系统那样复杂的硬件和控制部件来确保安全，但仍然需要适当的安全系统。

大多数汽车应用的电压峰值约为400 V，而发电站和一些工业应用中的mWH级电池系统可超过1000 V。所选择的高压设备类型必须适合系统的最高电压。

如电池管理系统（BMS）文章中所述，电池设计中的另一个重要事项是确保系统的电磁兼容性（EMC）和抗电磁干扰（EMI）。

这包括正确使用屏蔽布线，以及评估系统中PCBS和控制面板的设计和放置。此外，包装材料也有助于提高锂电池系统的电磁兼容性和抗电磁干扰性。

 

接触器/继电器

机电开关或继电器的目的是连接电路以允许电流流动，或断开电路以阻止电流流动。

开关是锂电池系统中另一个非常重要的设计和安全元件，因为它们可以停止或断开电池的电流和电压输出。开关被视为机电设备，是一种机械操作。

开关通常密封在充满不导电气体的气密容器中，这样不仅可以在电路打开或损坏时避免火花，还可以在腐蚀性环境中使用，例如在汽车尾气的恶劣环境中，以避免污染或腐蚀。

现在有许多大公司为电气系统提供成品开关。因此，人们更愿意与这些组件的制造商合作，为他们的锂电池系统选择合适的开关，而不是自己设计开关。

开关通常使用预充电接触器或预充电电阻器连接。这是一个与主开关并联的辅助开关。该开关的功能是在主开关闭合时避免突然的高电流情况。

 

 

辅助开关需要首先闭合，以允许小电流流入系统，这样当主开关完全闭合以形成回路时，可以防止其他电路损坏，或者主开关在闭合位置熔断。

本段下图显示了与预充电开关并联的三个主开关。在图的顶部，主开关和预充电开关都断开，因此此时锂电池系统中没有电流，即位置打开。

在中间电路图中，预充电开关闭合，因此此时允许少量电流流动，而主开关保持关闭状态达预定时间。在最终的电路图中，主开关也闭合，锂电池系统允许所有电流流过，系统开关处于打开位置。

在大多数锂电池系统中，只有一个开关和一个预充电开关。然而，一些大型系统由一系列并联电路组成，每个串联电路都有自己的控制开关，因此它们可以在自己的控制下独立运行。

 

高压联锁电路

许多高压储能锂电池系统包括一个称为高压互锁回路（HVIL）的安全部件，当电池组包装时，该部件会产生闭合电路。如果电池组的一部分断开，电路开关关闭，电流停止流动。

需要注意的是，在电池组设计中，不仅HVIL元件可以安装在电池组中，其他组件和控制单元也需要安装在锂电池系统中，但只有在HVIL损坏时才能打开电池组。

这样做的原因是为了确保在维护或维修电池组期间打开电池系统的人员的安全。

 

 

实现这一点的一种方法是将电动汽车的电缆连接到联锁电路，然后将此状态报告给电池组的控制器。在这种类型的锂电池系统中，当BMS控制器识别到其中一个联锁电路已打开时，电池控制器将向开关发出一条信息，迫使其断开，因此高压母线放电，电池安全打开。

实现这一点的另一种方法是通过MSD（手动维修断开）设备连接到高压电源，该设备具有内置高压保险丝和高压互锁。在外部短路时，保险丝切断高压电路；

当需要手动断开高压时，首先断开高压联锁，然后断开高压电路。MSD将电池组与外部高压物理断开，确保维护人员的安全。

 

保险丝

如前所述，车辆中的大多数高压储能锂电池系统都有MSDS，这些MSDS是作为HVIL的一部分设计的。高压电源线通过MSDS连接。

MSDS通常安装在电池组的中间，例如，在100串电池组中，MSDS通常位于50串电池组的中央。

为了确保断开功能降低总电压，将总电压切割成几个较低的电压段，以降低可能的安全风险。

根据电池类型，在设计MSD时有时可以考虑其他保险丝。低压电池通常不需要考虑MSD，但根据锂电池系统的设计，可能需要一个或多个保险丝。

 

 

当保险丝熔断时，一些OEM（原始设备制造商）将小型保险丝直接集成到控制面板中。这在单电池或并联电池故障或电压浪涌的情况下提供了额外的安全性。

大型储能系统可能没有MSD保险丝，但其他类型的保险丝通常内置在电池中以确保安全。对于大型锂电池系统，保险丝也通常集成在蓄电池断开装置（BDU）中。

 

蓄电池切断装置

在大多数混合动力车中，电子设备和子系统都位于电池组的某处。事实上，一些组件供应商和OEM将它们组装在一个单独的物理单元中，称为BDU（电池断开单元）。

尽管BMS通常与BDU分开安装，但BDU可以为电子探测器、汽车控制器和汽车外部提供通信服务。

 

 

一些组件供应商将其设计为一系列标准成品型装置，可作为单独装置购买并安装到储能锂电池系统中。主开关、预充电开关、保险丝、HVIL和其他电子硬件都可以是一个单元。

德尔福（Delphi）和泰科电子（Tyco Electronics）等公司可以根据客户的电气经验和应用要求提供现成的高压设备，这大大节省了工程团队的时间，提高了工程效率。

 

连接器

在设计控制和锂电池系统时需要考虑的另一个重要组件是连接器。由于锂离子电池行业刚刚起步，标准化程度较低，因此可能有许多解决方案可供选择，每种方案的成本和效益都不同，但并非所有方案都兼容。

此外，许多便携式电子设备中使用的连接器尚未被证明能够满足汽车行业的可靠性要求。

连接器必须满足电池封装要求，能够承受恶劣环境、EMI屏蔽，并满足电流、电压和通信要求，而不会显著增加系统成本。

 

 

连接mod模块和单元到单元的连接器非常重要。一些连接器制造商开发了连接设计，使安装和维护更容易。

例如，安费诺的“Radsok”连接器易于安装和拆卸。它唯一的缺点是它比传统连接器成本更高。

连接器和接线通过内置闩锁设计固定，这不仅对运输应用中的动力电池组是必要的，而且建议在所有锂电池系统中考虑。

通过集成联锁连接器，确保这些连接不会随着时间的推移而分离或分离。此外，SAE标准J1673规定的黄色高压电线用于将其与车内电线区分开来。