动力电池系统电连接技术要点

动力电池系统电连接技术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常见EV车的电气架构RESS(Battery)InverterE-MotorOnboardChargerClimateCompressorPTCHeaterDC/DCConvertorMSDBDULVBattery动力电池系统电连接技术概览来自GB/T18384.3高低压分水岭ItemRequirementVoltage/Current850VDC/Cat1(upto40A)Cat2(upto250A)Temperaturerequirements-40°Cupto+140°CElectricalinsulatingstrength2700VDC(2xUmax+1000V)InsulatingstrengthInsulatingresistance200MOhm,testingvoltage1075VDCShieldingSingle-orFamily-Shield,general360°allarroundShieldingcontactresistanceMax.10mOhmafterlifetimeInsertion/retentionforceMax.100N(ormechanicalassistance)MatingcycleMin.50MatingcyclesInterlock-System(HVIL)requiredOEM对高压部分的主要要求参数高压部分用橙色色卡RAL2003+--++-+-+-+-+--+-+-+-+-++--++-+-+-+-+--+-+-+-+-++--++-+-+-+-+--+-+-+-+-++--++-+-+-+-+--+-+-+-+-+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）动力电池系统电连接技术概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.7milNickelstrapmaterialisneckeddownto3.6mm,andclearsatapproximately2100Ain0.1sec.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导线实际载流：I=In•f1•f2•f3•f4In：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HUBER+SUHNER图片来自LV216来自JASOD609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Coroplast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18－－5PTC12A21A30S6压缩机6A7.5A30S7快充250A由上图可得，MCU到高压配电盒线束匹配50𝑚𝑚2屏蔽电线较为合适其中，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：方法二，计算公式Busbar/高压导线计算选型方法公式：𝐾𝑆表∆𝑇tdt+Cm∆Tt=I2Rt𝑡0𝑆表=2×𝑎+𝑏𝐿R=𝜌电阻率𝐿/𝑆截m=𝜌密𝑎𝑏𝐿K--------导热系数𝑆表------铜排表面积C---------铜排比热容m--------铜排质量I----------额定电流R---------铜排内阻𝑆截--------铜排截面积材料铜传热系数5W/(m2·K)环境温度25°C截止温度60°C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.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)20305064100105135175238240300370……铜排载流（A)30457596150158203263356360450555……Busbar/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45mm²，选15×3的铜排；铝排：可以选70mm²，选25×3的铜排。横截面积硬铜排温升实验测试（60mm²）时间（min）位置1位置2位置3028.128.128.2529.83434.31029.53636.41529.737.237.42030.838.138.3253138.938.7303139.139.13530.639.639.24031.240.239.64531.340.239.35031.24039.35531.341.440.16030.941.440.86531.141.540.5703141.940.4软铜排温升实验测试（60mm²）时间（min）位置1位置2位置3028.128.128.3529.634.232.81031.43735.41530.738.537.42031.139.538.22530.241.5393031.642.441.1353242.541.54031.24442.84531.144.141.85031.544.542.45531.745.842.96031.347.244.46531.24744.17030.147.444.9铜排内阻统计图纸编号内阻（mΩ）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来自USCAR21及LV214来自DELPHItestreport线束相关标准AKSR215LV214LV216USCAR21-1USCAR25USCAR37ISO6722BSEN60512-5-2BSEN60512-5-1其他企业相关标准VW60306PSAB251140GWM15626FORDEX-XU5T-1A303-AABENZMBN10308-1NISSAN2420NDS03机械电气环境Busbar/高压导线测试标准和方法GME31914.25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铜/铝性能参数对比名称铜排铝排原料紫铜T2（ENISOETP）99.9%99.7%纯铝（13508000系）导电面积S1.6S重量10060热传导率390229热膨胀系数17.324.1焊接铜铜激光焊铝铝激光焊铜铝超声波焊S1.6S铜铝连接技术铝导线是未来的趋势铜铝连接技术一般来说，一辆车0.35~70mm²的Cu总长~1.9km总重~28kg一辆车2.5~70mm²的Al总重~8.8kg价格会降底70%~90%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1kΩ无感觉或微弱感觉麻酥、针刺感、肌肉收缩心室颤动、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。𝐼=350𝑉1000𝜴例：Pack电气安全设计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。等电位均衡线一般选用M8的紧固螺栓来自德