储能电池系统熔断器设计选型丨光禾储能系统培训

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首先一个问题，电池插箱里需不需要装熔断器？答案是需要！目前方形铝壳锂电池都是采用壳体与正极等电位设计，即电池壳体是带正电。通常锂电池外壳是用蓝膜包覆，顶部盖板贴黑色绝缘Mylar片。

如果电池组内有两个电芯发生绝缘失效，外壳绝缘层老化或破损。这两个存在绝缘失效的电芯同时接地，电芯间形成外部短路。早在2020年10月和2021年4月分别发生过三次这种事故，都是由于绝缘问题导致电池插箱冒烟/起火。其中一起是在运行中的电池舱触发了消防报警并喷发气体灭火药剂。

根据几起由于电池绝缘失效导致的事故，相关机构有针对地做了相关模拟试验。将首尾串电芯置于铝板上，使用动力线与中间串电池连接，将霍尔线圈串入回路。将首尾串电池底部蓝膜分别去除一块，使用铝胶带将铝垫圈固定在绝缘失效处，尾串电池布置绝缘块触发装置。试验验证结果是电池组串联数越大，发生热失控时间越短，打火越剧烈。

下图是直流电池舱的一次电气原理图，在两个电池簇内分别标出电池绝缘失效，电池发生接地。第一簇是插箱内部绝缘失效电池接地短路。第二簇是插箱间发生绝缘失效，电池接地短路。第一簇插箱内部接地短路，导致整簇电池电压稍微下降几十伏。第二簇插箱间外部接地短路，导致整簇电池电压下降上百伏，甚至几百伏。整簇电池电压瞬间跌落，其他并联的电池簇支路形成大电流倒灌到发生接地短路的这一电池簇。由于高压盒内有熔断器的保护，可以断开电池簇的首尾端口，防止其他电池簇电流倒灌。但电池插箱内部和电池插箱间接地短路了，形成回路。短时间内就会冒烟起火。

如果设计在电池插箱内部或外部加装熔断器，电池发生绝缘失效接地短路产生大电流瞬间熔断插箱内部或外部的熔断器，使得电芯间接地短路不能形成回路，此时熔断器的作用是将电池模组多级解列。

储能电池插箱安装不带熔断器的MSD作用是在运输时把MSD插头拿下来，可防止由于振动或碰撞导致电池绝缘层破损，发生接地短路，断开MSD可起到电池模组间隔离作用。

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第二个问题是熔断器的额定参数选型。电池簇高压盒内的熔断器额定参数选型，需考虑额定电压、额定电流、簇间环流、分断电流。目前常用的熔断器选型是1500Vdc 315A。电池插箱内的熔断器只需考虑额定电压、额定电流、短路电流、分断电流。由于电池插箱内的熔断器维修更换不方便，通常熔断器的电流选型要比高压盒内的熔断器电流值要大些。目前常用的熔断器选型是750Vdc 500A。有些厂家设计是内置安装熔断器，也有的厂家选择是安装外置的带熔断器的MSD。

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第三个问题是熔断器的分断电流值的选型。熔断器的分断能力只要是分别考虑储能系统交流侧和直流侧发生短路时就近对熔断器的大电流分断能力。如某个电池簇侧发生短路，这个电池簇电压降低，其他并联电池簇电流涌向发生短路的电池簇，每簇产生的大电流先经过首端熔断器，电流越大，熔断器熔断越快速，熔断后即断开电池簇主电路。

如电池舱后端正负极动力汇流线缆短路或PCS功率模块（炸机）里发生短路，直流侧各电池簇都发生了正负极短路，大电流从上游电池簇正极流向负极，首先将高压盒内的正负极熔断器熔断。PCS功率模块（炸机）短路产生的电流按照变流升压变低压侧的潮流计算可得出PCS交流测的短路电流大小。

锂电池储能系统的电气安全问题是一个看不见摸不着的难题，通过发现问题，分析问题；不断测试验证，得出结果/结论，最终给出解决问题的方法。储能系统的安全性才能不断提升