電動(dòng)汽車短路保護(hù)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬新能源汽車技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種短路故障的保護(hù)技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]電動(dòng)汽車由電池組和超級電容器供電，動(dòng)力電源母線的短路保護(hù)由快速熔斷器CN202094063U和電磁式直流接觸器CN203398049U、CN204761017U來完成。受多方面因素的限制，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定功率一般在數(shù)十至數(shù)百千瓦，電池組的電壓一般為幾百伏，因此正常工作時(shí)動(dòng)力母線和電機(jī)引出線的電流一般都比較大。快速熔斷器的熔斷時(shí)間實(shí)際上并不快，它是靠銀片熔絲自身的發(fā)熱熔斷的，熔斷時(shí)間與通過的電流和時(shí)間有關(guān)，其秒安特性1-t曲線表明熔斷器只有在電流顯著超過額定電流后才會(huì)發(fā)生熔斷，超過的倍數(shù)越少熔斷所需要的時(shí)間越長。標(biāo)稱的熔斷時(shí)間很短，但那是在過載5倍額定電流以上的熔斷時(shí)間。如果短路電流僅略大于額定電流，即使長時(shí)間短路也不一定熔斷。電磁式直流接觸器響應(yīng)時(shí)間比較慢，最短也要十幾ms，其內(nèi)部觸點(diǎn)距離僅有1mm左右，當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)，即使觸點(diǎn)分開了，強(qiáng)大的電弧也可能將兩個(gè)觸點(diǎn)焊住，不能有效分?jǐn)?。另外為了防止電磁干擾，電源母線和驅(qū)動(dòng)電機(jī)引出線一般都采用單芯帶屏蔽電纜，當(dāng)遇到外力的撞擊時(shí)極易出現(xiàn)短路。
[0003]現(xiàn)有的電動(dòng)汽車在遇到撞擊或強(qiáng)電電路絕緣損壞而導(dǎo)致動(dòng)力母線短路時(shí)，由于短路電流較大，而快速熔斷器和電磁式接觸器響應(yīng)時(shí)間又比較長，往往還未等到將電路斷開，就已經(jīng)在短路點(diǎn)附近燃起了猛烈的明火，或者在鋰電池內(nèi)部形成局部的過熱點(diǎn)，引起鋰電池的燃燒和爆炸。
[0004]當(dāng)事故出現(xiàn)時(shí)，電動(dòng)汽車因電路不能及時(shí)切斷，一旦短路起火用普通滅火器撲救效果甚微，往往一次并不十分強(qiáng)烈地意外撞擊或是絕緣損壞就可能演變成十分慘烈的燒車事故，嚴(yán)重影響人們對使用新能源汽的信心。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在提供一種大電流超快速短路保護(hù)裝置，當(dāng)電動(dòng)汽車的強(qiáng)電電路因故發(fā)生短路或車輛受到強(qiáng)力撞擊時(shí)，本裝置能在極短的時(shí)間內(nèi)徹底的切斷電源與外部電氣設(shè)備的連接，防止因短路將汽車引燃并保護(hù)鋰電池不受嚴(yán)重傷害。
[0006]本發(fā)明電動(dòng)汽車快速短路保護(hù)器，由電路板16、導(dǎo)電金屬橋7、炸藥包23和保護(hù)罩等組成。正常情況下，電源母線通過左端子3’、右端子15’和導(dǎo)電金屬橋7與控制電路和電動(dòng)機(jī)連通。基本工作原理是當(dāng)電動(dòng)汽車電源以外的電路發(fā)生短路或車輛受到強(qiáng)大外力撞擊時(shí)，短路甄別電路25發(fā)出起爆信號，觸發(fā)固體開關(guān)器件24立即給電雷管11施加一個(gè)大電流，迅速點(diǎn)燃起爆藥，在極短的時(shí)間內(nèi)引爆猛炸藥10炸斷導(dǎo)電金屬橋7，迅速切斷電源母線，防止短路點(diǎn)繼續(xù)產(chǎn)生高溫點(diǎn)燃周邊的物體并保護(hù)鋰電池不受嚴(yán)重傷害。排出的氣浪及時(shí)吹滅可能燃起的明火，防止因短路造成汽車火災(zāi)。
[0007]電動(dòng)汽車快速短路保護(hù)器直接由動(dòng)力電源母線供電，在其內(nèi)部首先經(jīng)二極管28、限流電阻27給高壓儲能電容29充電。內(nèi)部測控電路所需要的低壓直流電Va通過一個(gè)內(nèi)置的DC-DC電源26提供，高壓電源可從高壓儲能電容29獲得，也可以單獨(dú)取自母線；電雷管11的高壓電源由高壓儲能電容29承擔(dān)。
[0008]短路甄別電路25由開口磁環(huán)13、霍爾電流傳感器18、比較電路等組成。其作用是當(dāng)偵測到通過導(dǎo)電金屬橋7的電流異?；虺^設(shè)定閾值后，比較電路就會(huì)給固體開關(guān)器件24發(fā)出一個(gè)激勵(lì)信號。另外短路甄別電路25還可以直接接收來自的汽車安全激勵(lì)信號，在安全氣囊打開的同時(shí)，不論通過導(dǎo)電金屬橋7的電流是否異常，都給固體開關(guān)器件24發(fā)出一個(gè)激勵(lì)信號。
[0009]導(dǎo)電金屬橋7的作用類似于傳統(tǒng)的保險(xiǎn)絲，其分?jǐn)嗍墙柚谡ㄋ幇?3爆炸沖力完成的。導(dǎo)電金屬橋7的材料為銅、鋁等電阻率較低的金屬，形狀為管狀或帶狀均可，做成管狀在整體工藝上更容易。當(dāng)做成管狀時(shí)，為了保證在炸藥包23爆炸時(shí)導(dǎo)電金屬橋7能按照預(yù)定位置斷裂，在其外表面上應(yīng)預(yù)制一些V形槽。其中一條周向V形槽9為切斷面預(yù)制裂縫，四周再開若干縱向V形槽8作為翻花斷面的預(yù)制裂縫。這樣當(dāng)炸藥包23爆炸時(shí)，導(dǎo)電金屬橋7將在周向V形槽9的位置被切斷，并且沿縱向V形槽8裂開，最終銅管會(huì)在端口兩側(cè)向外翻花，形成數(shù)十_的分?jǐn)嗑嚯x，使電弧不能維持，電路被迅速斷開。
[0010]為了縮短響應(yīng)時(shí)間，所用的電雷管11為瞬發(fā)電雷管并采用高壓電源大電流激勵(lì)?？紤]到故障的多樣性，起爆電雷管11的電源由高壓儲能電容器29提供；高壓儲能電容器29的電力是通過一個(gè)二極管28、限流電阻27從動(dòng)力電源的高壓母線上取得。固體開關(guān)器件24的開關(guān)元件可使用高速、低阻的大大功率M0SFET、IGBT等半導(dǎo)體開關(guān)器件。當(dāng)固體開關(guān)器件24的被激勵(lì)后，功率半導(dǎo)體開關(guān)器件迅速導(dǎo)通，將高壓儲能電容器29的電壓全部施加到電雷管11的引線兩端，由于電壓較高，通過電雷管11內(nèi)部橋絲的電流很大，橋絲將迅速產(chǎn)生高溫點(diǎn)燃起爆藥并最終在極短的時(shí)間內(nèi)將猛炸藥10引爆。
[0011 ] 雖然炸斷導(dǎo)電金屬橋7所需要的炸藥劑量很少，并且在導(dǎo)電金屬橋7上了預(yù)制了 V形槽，但如不加以特別的防護(hù)爆炸產(chǎn)生的碎片還是有可能出現(xiàn)崩傷人員或設(shè)備的情況。為此需要在導(dǎo)電金屬橋7外做一個(gè)爆炸時(shí)可以透氣的防護(hù)罩。防護(hù)罩內(nèi)側(cè)為多層鋼絲網(wǎng)或凱夫拉網(wǎng)做成的防護(hù)網(wǎng)4，外層為剪切強(qiáng)度較低塑料膜5。爆炸時(shí)產(chǎn)生的沖擊波和高壓可以迅速將防護(hù)罩外側(cè)的塑料膜或紙膜沖破，所以防護(hù)罩并不影響導(dǎo)電金屬橋7在爆炸時(shí)的自由變形，但可能出現(xiàn)的碎片則會(huì)被攔截。爆炸后竄出防護(hù)罩的沖擊氣浪已經(jīng)減速，不會(huì)傷害人員和設(shè)備，但可以將可能已出現(xiàn)的微弱明火吹滅。
[0012]為防止爆炸將電子元器件等物炸飛造成重新短路，電路板16應(yīng)單獨(dú)安裝在一個(gè)堅(jiān)固的保護(hù)殼17內(nèi)。如果外部安裝方便，還可以將開口磁環(huán)13和霍爾電流傳感器18遠(yuǎn)離爆炸區(qū)。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的快速短路保護(hù)器示意圖；
[0014]圖2為本發(fā)明的快速短路保護(hù)器示意圖的俯視圖；
[0015]圖3為本發(fā)明的快速短路保護(hù)器電路框圖。
[0016]附圖中的標(biāo)號說明:
[0017]1一一絕緣底座、2—一螺釘、3—一左端子支架、3’ 一一左端子、4一一防護(hù)網(wǎng)、5——塑料膜、6——實(shí)心螺釘、7——導(dǎo)電金屬橋、8——縱向V形槽、9——周向V形槽、10--猛炸藥、11--電雷管、12--炸藥包殼體、13--開口磁環(huán)、14--空心螺釘、
15——右端子支架、15’——右端子、16——電路板、17——保護(hù)殼、18——霍爾電流傳感器、19 電雷管引線、20 電流霍爾傳感器引線、21 超級電容器、22 電池組、23——炸藥包、24——固體開關(guān)、25——短路甄別電路、26——DC-DC電源、27——限流電阻、28 二極管、29 尚壓儲能電容器。
【具體實(shí)施方式】
[0018]本發(fā)明涉及一種大電流超快速短路保護(hù)器，主要由短路甄別電路25、固體開關(guān)器件24、導(dǎo)電金屬橋7、炸藥包23和保護(hù)罩等組成。正常情況下，電源母