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    安全所系,电动汽车不可忽视的MSD

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    连线新能源2019-11-19

    为保护在高压环境下维修电动汽车的技术人员安全,电池包通常安装有手动维修开关MSD(Manual Service Device),以断开高压回路,使维修等工作处于一种较为安全的状态;或在突发短路时,可以快速分离高压电路的连接。

    MSD虽然只是Pack的一个小部件,由于这个部件涉及到产品的安全,它的设计和选型格外重要,不容忽视。

    MSD工作的基本原理是将MSD安装在主回路中,内置高压保险丝,并设计有高压互锁功能。在外部发生短路时,保险丝熔断切断高压回路;需要手动断开高压时,高压互锁会先断开,然后再断开高压回路。

    因此,一般来说,保险丝、高压互锁HVIL接口是MSD必备的,其中MSD700,Mini-MSD具有二次解锁功能,此外还包括密封件、手动断开拉手、高压警示标识,以及壳体与固定结构等。

    首先,MSD的设计必须保证,不需要任何工具即可实现手动断开,连接的次数至少要达到50次,实际可能要更多;在安装连接完成时,要保证满足IPXXD的防护等级(这需要MSD和电池包企业共同设计),断开时满足IPXXB(这个是MSD本身需要达到的要求),这个是很容易被忽视,不满足IPXXB,就意味着手指可以接触到高压危险部件,这是不允许的。

    其次,MSD安装一般安装在箱盖上,为了保证Pack满足IP67或IP6k9k气密性的要求,MSD自身必须达到IP67与IP6k9k,在MSD选型时,需要把这个作为一个基本参数考虑,要求供应商提供验证的相关报告。这是针对MSD本身、以及在PACK设计之初的技术要求,考虑到PACK的整个生命周期可靠性及安全,如果有条件,可以先对MSD部件进行振动,振动后再进行IP67或采用48Kpa的测密性测试,同时需要考虑在长期使用过程中的环境老化,常用125︒C或140︒C条下1008小时高温老化测试,测试完成后仍需满足28Kpa的气密性要求,这样能保证这个部件在Pack整个寿命周期内的IP可靠性。

    另外,MSD除Fuse、HVIL接插品外的材料基本都是塑料材质,必须保证MSD的材质满足UL94 V0的耐火等级。因为整个电池包需要进行火烧测试,如果MSD耐火等级不够,外部火从MSD进入Pack里面,这也是不允许的。

    通常这些关键特性企业均会有标注,比如你可以从苏州智绿的MSD产品性能上很清晰地查到各参数级别;尽管如此,在选用时,还需要与MSD的供应商一一核认。


    实际的应用中,MSD的设计要求还应该包括使用温度范围,带载切断能力,耐化学腐蚀,机械强度可靠性等功能要求。这里再提下可靠性这块,毕竟在车辆运行中,已经发现了不少因MSD造成的问题,比如车子长期使用一段时间后,MSD卡扣位置可能会有一点松动,在车辆行驶颠簸时就会导致偶尔高压电断路,这类时断时好的故障也给诊断带来了难度。

    因此,可靠性这点就特别考验供应商的产品和技术功底,苏州智绿在可靠性这块就投入了大量的研发,从对使用场景的全面分析(包括模拟客户安装不到位、使用不当等可能引起的故障表现及故障模式),到可靠性设计,以及最后的可靠性测试验证,逐一落实,这也体现了苏州智绿一种把“产品做到极致”的理念。截止目前,智绿已供货超过10万套MSD产品,被广泛运用在奇瑞、广汽、东风、吉利、长安、合众等电动乘用车车型上,以及运用在金龙、上汽万向等电动大巴上,充分经历了大批量上和时间上的实践检验。

    在MSD选型时,有几个关键的因素需要考虑:

    • 额定电压:如果PACK的最大电压在400V上下,应选择大于等于DC450V档;
    • 负载持续电流:MSD的额定电流应大于负载持续电流,比如2倍(具体大小应根据实际设计来定);
    • 负载峰值电流:MSD的负载峰值电流能力需要大于负载峰值电流;
    • 反应时间考虑:MSD的熔断反应时间应该小于继电器的粘连时间。

    举例来说,如某车辆电池包的输出功率要求电流约130A,Pack的最大电压420V,则

    a: MSD的额定电压需要大于等于450V。

    b: 考虑负载持续电流:MSD可选350A的Fuse(350A>2*130A)

    c: 反应时间考虑:即Umax:420V DCR 100mΩ,短路电流为Umax/DCR=4200A

    从下图可以看到4000A时MSD熔断时间为4ms,继电器粘连时间约30ms, MSD的熔断时间小于继电器的粘连时间,也可以满足选型需求。

    随着整个行业的产品逐渐平台化,MSD的类别也逐渐固定下来,主要是从最大电压和电大电流两个参数来进行划分,这样既利于工程人员选型,也利于实现更低的成本。比如,苏州智绿目前已形成了MSD 500、MSD600、MSD700、Mini-MSD四大产品阵营,这里摘录电压和电流参数供大家参考。

    当然,平台类的产品是无法满足个别特定要求的,这就需要主机厂或电池包企业与MSD供应商单独开发。再以苏州智绿为例,其可以为客户定制最大电压1000VDC,电流80A至630A共10种可选的不同方案,同时也可以提供不含熔断器的产品。

    MSD类似于电池包的安全门卫,需要应对高电压、大电流的安全风险,既要对外防护好对人员和整车其他部件的安全,又要对内防护电池包免受短路危害,同时,MSD还需要避免自身在整个寿命周期内给整车带来不必要的故障。

    安全无小事,MSD之重要不可忽视!

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