目前，EV/HEV由相對昂貴的部件（如電池、電力電子部件、接觸器等）組成，為保護這些部件免受電涌和故障的影響，動力傳動系統的一個重要方面是合理選擇Fuse（熔斷器）。隨著EV/HEV電氣化方案的不斷發展推進，對熔斷器提出了更具挑戰性的要求。

【一】EV/HEV高壓熔斷器

對于傳統行業用保護熔斷器，廠商一般根據已頒布標準IEC60629、UL248（美國）和VDE0636/0635（德國）進行設計和測試。在EV/HEV中引入高壓熔斷器時，目前主要有JASO D622（日本）和ISO 8820-7/8（兩者適用于450VDC，GB/T31465引用類同）以及OEM的制造標準。

由于新能源汽車產業化在前，標準化在后，EV/HEV較早應用的高壓熔斷器基本從傳統行業熔斷器演化而來。相對而言，汽車級高壓熔斷器與傳統行業應用存在一定差異性，主要如下：

◆應用環境：傳統行業熔斷器主要基于AC工況，EV/HEV為DC電壓；

◆循環載荷：EV/HEV電流載荷難以定義，取決于車輛啟停、駕駛行為等；

◆環境溫度：汽車級熔斷器環境溫度曲線更復雜（高溫/低溫）；

◆沖擊和振動：更高的沖擊與機械振動；

◆空間和重量：汽車級熔斷器安裝選項更苛刻。

熔斷器是經過校準的載流裝置，典型的熔斷器由一個或多個熔體經作為滅弧介質的填充物（諸如硅砂之類）包圍組成。不同區域應用，熔斷器式樣及安裝方式不盡相同，但熔斷器結構構成基本一致，如下所示：

圖1.高壓熔斷器結構組成示意圖

其中，熔體材質、熔體凹口配置、填充物質及加工質量都影響熔斷器分斷性能。目前，市場上EV/HEV用熔斷器熔體材質以銀為主，熔體形狀在一定程度上可分為帶狀和絲狀兩種，改變截面形狀可顯著改變熔斷器的熔斷特性。熔斷器外殼主體（材質需具備一定的承壓、耐溫能力）主要采用陶瓷（具有較好的導熱、耐溫性能）或環氧玻纖管（抗彎強度高、低成本）系列。一般選用石英砂（具有良好穩定的物理/化學特性）作為填充物（有效減少Fuse中的氣體間隙），通過填充物提供有效熱傳遞，過流分斷時吸收電弧能量（填充物不同的填充方式影響滅弧、分斷能力）。

在正常情況下，熔斷器承載電流。當發生持續的過流時，熔斷器比填充物將熱量導出更快的速率產生熱量，如果過流持續存在，則熔體凹口將達到其熔點并斷開。過電流越大，熔體熔化得越快，即熔斷器具有反時限電流特性，這也是保護導體和電氣設備的理想特性。

圖2.熔斷器短路過流分斷示意圖

【二】EV/HEV高壓熔斷器應用

現階段，EV/HEV熔斷器市場生態主要由Eton（愛爾蘭）、Littelfuse（美國），Sensata（美國），Mersen（法國）、Pacific Engineering（日本）、Siemens西門子（德國）、安森美半導體（美國）等制造商組成。

為正確選擇適用于EV/HEV開發車型的高壓熔斷器 ，除了需要了解熔斷器本身的性能參數（電壓降、溫升、分斷特性、溫變沖擊、抗振性等）及直流保護關鍵特性（如L/R時間常數）之外，還需要結合車型高壓電氣平臺實際應用工程（考慮協作保護等）。

熔斷器選型關鍵參數如下：

表1.熔斷器參數基礎需求

【額定電壓】

熔斷器額定電壓等級決定了抑制電弧放電的能力大小，如果使用低于電路最大電壓的熔斷器，在一些過流條件下，則可能無法清除過流風險。因此，EV/HEV用熔斷器，其額定電壓必須大于電路最大電壓。其中，值得注意的是：

a）電路最大電壓不是車輛動力電池標稱電壓或最大工作電壓，而是電路在各工況下（包括故障電壓）實際可能出現的峰值電壓。

b）制造商給出的保護裝置的DC標稱工作電壓通常對應于具有特定電感的電路，若隨著電路中相對電感增加（L/R時間常數增大），則須降低額定值。

c）交流的正弦特性（自然過零）有助于熔斷器熄滅殘余電弧，而在EV/HEV電壓保持恒定的直流系統中則不是這種情況。

一些交流熔斷器也適用于直流電路應用，但沒有“經驗法則”可以將熔斷器上的交流額定電壓安全地轉換為額定直流電壓，因此測試是確定標定AC電壓熔斷器的直流電壓能力的唯一可靠方法。

鑒于此，各制造商在基于傳統行業熔斷器的基礎上，需要經過特定應用測試推出適用于EV/HEV的專用DC熔斷器新品。

【額定電流】

熔斷器額定電流是它可以連續承載的RMS電流，在EV/HEV環境中，需要針對每個特定應用重新評估熔斷器的額定電流值，以確保所選擇的熔斷器不會超出其當前的承載能力而導致過早老化或誤動作。

a）在不考慮過載和循環負載的影響下，通過熔斷器的實際RMS穩態負載電流應低于或等于計算出的最大允許額定負載電流——熔斷器額定電流的基本選擇標準。

在適用于IEC60629、UL248工業標準的條件下，熔斷器應用特性已經過大量測試實踐，在不同條件影響的環境中需降額使用已成共識（如溫度降額、熱連接降額、高空降額等）。對于汽車應用環境，由于各熔斷器廠商提供的額定電壓等級、電流時間熔斷曲線等參數性能是在特定的測試條件下得出，因此在不同環境工況下，也需要進行選型校正。

表2.熔斷器測試條件與車輛應用環境

b）由于EV/HEV動力及載荷需求的不斷變化，熔斷器將承受規則或不規則的循環電流，為避免熔斷器敏感的熔體過早出現疲勞，需要根據車輛大量模擬典型駕駛條件的配置文件，計算并確保熔斷器具有適當的安全裕度。

在考慮安全裕度情況下，，其中G系數在工業行業中一般推薦為1.6，EV/HEV環境下G系數具體由熔斷器制造商提供（舉例，ETON推薦值為1.3）。

c）由于車輛高壓回路存在一次性的脈沖過載電流，比如在回路接通/斷開瞬間，通常持續時間較短。隨著車輛頻繁使用，脈沖電流在許多情況下將在器件整個壽命期間內發生數千次，導致熔斷器過早疲勞損壞，即使在正常操作條件下熔斷器也會在某些時刻中斷，因此需要對脈沖電流進行評估。

最常用于檢查熔斷器是否可以承載“浪涌”的方法是將的幅度、持續時間與保險絲的時間/電流曲線進行比較，由此可以快速地確定是否會導致熔斷器熔斷。為了要避免過早的熔斷器損壞，和熔斷器的實際分斷電流之間須有足夠的余量。作為準則值，一般推薦比例為，幅值約為熔斷器分斷電流的50%~60％。

圖3.熔斷器與熔斷曲線對比舉例示意圖 

【保護協作和I2t】

為響應電動汽車安全條例對高壓系統過流斷開裝置的設計要求，在EV/HEV高壓電氣架構中，普遍通過Fuse和接觸器組合協調保護，實現RESS（車載可充電儲能系統）及其他高壓系統的過流斷開和切斷。

一般而言，EV/HEV通過過載電流檢測會切斷接觸器，而熔斷器則應用于短路大電流保護。理想的保護是熔斷器作為第一個被觸發（熔斷器具備任何保護系統的最低初始成本）并且能夠在任何其他保護元件開始動作之前正確地清除故障。挑戰在于熔斷器需要在接觸器過熱或超過其斷開狀態之前動作，并且整個EV/HEV高壓系統具有多個電路，各支路熔斷器之間需要選擇性協調。

a）為避免短路故障時熔斷器不分斷而其他器件（如接觸器、線纜）損毀，則需要核算回路中熔斷器與其保護對象之間的I2t。

b）基于各系統部件在EV/HEV電氣并聯架構，車輛各電路之間存在一定關聯，驅動主回路與其他輔助系統回路之間存在紋波電流（尤其在車輛加速/減速過程）。為避免系統之間的紋波電流造成熔斷器非正常分斷，需要各部件電路設計時（如母線電路類型、容量大小等）合理設計。

圖4.EV高壓電氣架構簡單示意圖

【三】EV/HEV高壓熔斷器挑戰

EV/HEV的日益普及將確保熔斷器有一個高增長市場，但車輛電氣化的不斷發展對熔斷器應用增加了復雜性。

a）EV/HEV熔斷器使用標準正引發問題

隨著EV/HEV電氣解決方案的不斷推進演化，OEM正在制造具有更大功率、更大續駛里程且可以更快速充電的車型，而對于更高的電壓平臺（800~1000VDC），熔斷器將缺少認證標準。全球還沒有完全統一的新能源汽車高壓熔斷器法規，熔斷器缺乏全球化認證體系，不同的OEM、產品供應商有可能采用具有相互沖突的產品規格要求/設計，使車輛整個電氣系統設計面臨時間和額外的成本挑戰。

另外，隨著車輛DC電壓平臺上升以及OEM客戶的特定要求不斷強化，熔斷器的體積和重量將面臨設計挑戰。

b）EV/HEV熔斷器系統集成挑戰

除了現有標準體系不足之外，OEM不僅僅需要僅限組件的基礎上選擇熔斷器，還需要將它們用作系統的一部分。此意味著熔斷器不僅要求在元件級別（作為個體）符合標準規范，還需要在系統層面（與其他電氣設備共同工作時）滿足功能特性。

熔斷器需滿足EV/HEV系統集成性能，這將會給汽車熔斷器制造商帶來更多挑戰，例如，不同EV/HEV中并沒有明確定義各自的啟停和加速特性，熔斷器匹配的負載電流曲線隨機而多變，這就要求熔斷器制造商與OEM車型平臺開發進行更緊密的配合。

c）國產熔斷器品牌服務能力缺失

隨著國內新能源產業的迅猛發展，國內熔斷器品牌近兩年也異軍突起，且身份慢慢從國外產品的模仿/追趕者向作為自主品牌的競爭者轉變。令人擔憂的是一些國產品牌在市場上攻城略地的同時，只注重產品價格而非專業服務價值——產品質量控制過于簡單，試驗報告過于形式化，故障分析能力簡單粗暴。

隨著國內汽車行業股比限制取消，可預見的是，未來新能源行業和零部件產業格局勢必改變，國內熔斷器品牌現階段唯有不斷提升專業服務能力方能占據一席之地。

【四】總結

由于EV/HEV所面對的應用工況具有多樣性，僅用單一的方法來匹配設計所有車型顯得不切實際。熔斷器是電動汽車和混合動力汽車中最重要的電氣部件之一，作為一次性不可逆保護元件，意味著一旦分斷，車輛在正常行駛時將面臨失去動力或其他風險，因此正確選擇熔斷器對車輛非常重要和關鍵。

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