在新能源電池pack中，我們經(jīng)常會(huì)考慮利用銅排承載正負(fù)動(dòng)力電流的輸入或輸出，而銅排的設(shè)計(jì)根本都是圍繞著滿足PACK的的能量輸入及輸出的前期下進(jìn)行的。

在初中物理，我們就學(xué)習(xí)過歐姆定律，從這點(diǎn)來看，任何的導(dǎo)線在承載電流的時(shí)候，必然面臨著導(dǎo)體本身的電阻與電流相互影響導(dǎo)致的溫度問題，溫度可能會(huì)很高，幾百℃，但是在這樣的高溫環(huán)境中，整個(gè)系統(tǒng)的絕緣、耐溫等設(shè)計(jì)都能滿足需求嗎？能夠正常工作嗎？答應(yīng)肯定是不行的，因?yàn)橄到y(tǒng)的所有材料都選用高溫材料，那是不現(xiàn)實(shí)的，即便設(shè)計(jì)出來了，也是高成本的，不符合市場(chǎng)的規(guī)律。

既然如此，那么我們的銅排的設(shè)計(jì)，首先要搞定清楚的***個(gè)問題是，整個(gè)動(dòng)力的載流大小。在PACK的充放電的參數(shù)中，有兩個(gè)參數(shù)是我們必須考慮的，***個(gè)是持續(xù)充放電的***大電流，第二個(gè)參數(shù)是充放電的峰值電流大小及持續(xù)時(shí)間。

這個(gè)問題顯而易見，我們?cè)O(shè)計(jì)肯定是要滿足上訴的功能參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算的，但是不是滿足了這兩個(gè)參數(shù)我們就可以放心大膽的說搞定了，我們還需要進(jìn)一步思考的是滿足這個(gè)功能參數(shù)下，周圍環(huán)境是怎么樣的，相互之間有沒有影響。

接下來，舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，為大家進(jìn)行概念性的介紹。

假設(shè)我們的電池包持續(xù)充放電的電流***大為200A，峰值電流為600A,15s。

根據(jù)GB7251.1表11中的推薦表格，截面積95mm²，額定載流為200-225A，參考這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，銅排的截面積需大于95mm²，故銅排設(shè)計(jì)為40*2.5，即100mm²。由額定的電流情況選定的銅排規(guī)格，我們?cè)偃ヲ?yàn)證峰值電流的情況：

根據(jù)GB3906-1991，附錄F中公式：S=（I/a）(t/△θ)1/2來確定母線的***小截面。S=I/a*√(t/△θ)=600/13*√（15/180）=13.3mm2

I是額定短時(shí)耐受電流；a是材質(zhì)系數(shù)，銅為 13，鋁為8.5；

t是額定短路持續(xù)時(shí)間；△θ是溫升（K）

上訴的計(jì)算，我們可以得出結(jié)論，在額定電流滿足的情況下，峰值電流是完全可以滿足要求的。

到這一步，應(yīng)該是可以結(jié)尾了，這些理論計(jì)算，看上去很充分，但是還是不踏實(shí)，因?yàn)椴恢涝趯?shí)際的溫度情況是怎么樣？是否是我們想要的結(jié)果，不得而知。要想知道，一種是做試驗(yàn)，另外一種便是仿真。下面我們還是進(jìn)行一個(gè)初步的仿真分析。

我們把銅排的規(guī)格長(zhǎng)寬厚，分別定為250*40*2.5（mm）。

由公式R＝ρL/S ，我們計(jì)算銅排的電阻R=1.75×10^-8X0.25/（100X10^-6）=0.00004375Ω；由額定電流200A，計(jì)算損耗功率P=I2R=1.75W。

利用流體仿真軟件，我們將額定電流下的功率，輸入到仿真軟件中，其中流體為靜止封閉的25℃的空氣，我們得到銅排表面的溫度約32.55℃，如下圖一；此外周圍的空氣受到輻射，溫度將升高，如下圖二。通過銅排本身的溫度及周圍的輻射溫度，我們可以進(jìn)一步分析周圍器件的影響。假如在銅排附近安裝有對(duì)溫度敏感的器件，這個(gè)時(shí)候我們就得進(jìn)一步分析其位置是否合適。

通過流體的三維仿真后，再進(jìn)行一次系統(tǒng)參數(shù)仿真，我們得到下面曲線。

從變化的曲線，和流體分析進(jìn)行對(duì)比，一個(gè)溫度是32.55℃，后一個(gè)是37.69℃。不同軟件間的分析及邊界，可能導(dǎo)致溫度有一定的誤差，這個(gè)誤差我們是可以不考慮的，因?yàn)檫@個(gè)是仿真的結(jié)果，這個(gè)結(jié)果是需要與試驗(yàn)進(jìn)行相互對(duì)比驗(yàn)證的，從而達(dá)到理論與實(shí)際結(jié)合，通過一次試驗(yàn)矯正仿真的模型，達(dá)到后續(xù)類似的案例的推廣，從而降低試驗(yàn)成本及周期，當(dāng)然其他的經(jīng)濟(jì)效益就不多說，不是本文主要的研究方向。

上文講了額定電流下，銅排的表面的溫度變化，還沒說峰值電流仿真的事情。上訴峰值電流的邊界條件為600A，15S，這個(gè)其實(shí)不完全，缺少一個(gè)間隔時(shí)間，這個(gè)間隔時(shí)間與PACK放電的控制參數(shù)有關(guān)，我們這里姑且定為1min。得到下面的輸入邊界曲線。

在系統(tǒng)參數(shù)仿真里面，我按照這個(gè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，得到如下的銅排表面的溫度變化曲線。

根據(jù)峰值電流沖擊得到的銅排表面的溫度曲線，我們知道表面溫度變化的大概趨勢(shì)，溫度平衡的***大溫度為59.1℃。這個(gè)結(jié)果與前面峰值電流計(jì)算的截面積看上去差距很大。那是因?yàn)檫吔巛斎氩灰恢?，我們?shí)際上峰值電流是在工況里面出現(xiàn)的，我們更多應(yīng)該是根據(jù)極限工況進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，滿足峰值及額定電流的情況下，更多應(yīng)該是考慮工況下的累積溫度的影響。

關(guān)于銅排的設(shè)計(jì)分析，已經(jīng)到尾端。簡(jiǎn)單說一下，銅排的設(shè)計(jì)關(guān)于搭接接觸電阻已經(jīng)被忽略，這個(gè)問題還是有點(diǎn)復(fù)雜，后續(xù)有機(jī)會(huì)再分享。還有，***重要的就是，PACK里面的溫度設(shè)計(jì)分析是很重要的，長(zhǎng)期的高溫環(huán)境對(duì)部分器件及電芯的壽命影響較大，所以設(shè)計(jì)對(duì)溫度的分析應(yīng)該謹(jǐn)慎。

來源：懶人的奮斗你不懂公眾號(hào)