48V 电池包搭铁线过流原因探究

吕广伟， 张明亚， 林贞亮， 肖兆旭， 陈黎明

（吉利汽车研究院（宁波） 有限公司， 浙江 宁波 315315）

1 问题背景

某在研车型完成耐久实验后例行检查时发现： 布置在后备厢处的48V电池包搭铁线束上搭铁端子异常发热， 导致备胎垫块泡沫融化。

2 原因分析及真因锁定

该车型48V系统方案原理示意如图1所示。 48V电池包正极出线， 通过300A熔断丝对接BSG 电机正极后连接DC-DC转换器正极， 电 池 包 负 极、 BSG电机负极及DC-DC的负极通过车身搭铁连接。正常工作时， 48V电池包提供电能给BSG 电机，BSG 电机收到启动信号后拖动发动机以实现车辆启动； 发动机启动后带动BSG电机产生48V直流电， 给48V电池包反向充电， 同时产生的48V直流电经过DC-DC， 转变成12V直流电给整车用电器提供电能。

该车型48V电池包负极线束搭铁异常发热点位于接车身搭铁处， 异常发热位置见图1所示红圈处。

图1 48V系统方案原理示意图

从原理上分析， 48V负极线束搭铁线烧蚀故障的可能原因有如下几点： 导线线径选型、 熔断丝规格选型、 端子选型 （端子载流能力）、 端子压接品质 （端子剖面）、 凸焊螺母和螺栓匹配选型。 针对上述可能故障原因具体分析如下。

2.1 导线线径选型

48V电池包电流值参数： 额定电流为8A； 峰值电流为350A， 持 续 时 间10s； 当 电 流 达 到450A， 持续时间超过6s， 48V电池包内部继电器切断电源（极端工况）。

48V 电池包内部熔断丝为300A的MEGA 熔 断 丝， 其熔断特性及相对It如图2～图3所示。

图2 300A的MEGA熔断丝熔断特性

图3 300A的MEGA熔断丝的相对I2t

按照电流为450A， 持续时间为6s进行计算， 相对It为59%， 300A的MEGA熔断丝能够连续承受10～100次这样的冲击， 熔断丝容量满足系统需求。

2.2 熔断丝选型

基于48V电池包内部为300A的MEGA熔断丝， 为了确保线束上熔断丝的合理性， 线束采用300A MEGA熔断丝对导线进行保护。 根据熔断丝容量与导线线径匹配计算， 该回路选择35mmFLRY-B 导线即可满足性能需求。 35mmFLRY-B导线的发烟与300A的MEGA熔断丝的熔断曲线 （环境温度80℃） 见图4。

图4 35mm2 FLRY-B导线的发烟与300A的MEGA熔断丝的熔断曲线

经过分析导线的发烟与熔断丝的熔断曲线， 线束线径选型与熔断丝容量匹配符合设计要求。 同时， 故障车只发生在48V电池包负极线束与车身搭铁点位置， 而与负极线束性能参数一致的48V电池包正极线束反而未发现烧蚀问题， 从而佐证线束线径选型的合理性。

2.3 端子选型（端子载流能力）

端子形状尺寸如图5所示。

图5 端子形状尺寸

根据经验值， 导线的载流量计算方式为导线截面积与每平方载流量的乘积。

I=S×I＇

鉴于相同截面积的端子 （铜排） 材质为实心匀质铜材， 且外面无线皮包裹， 端子的散热性能优于导线， 端子的载流能力相较同等截面积的导线的载流能力更强， 业内通常视为其载流能力是导线的1.75倍， 因此，端子载流量计算为：

I=1.75×S×I＇=1.75×12×2×7=294 （A）

式中： 12——端子最窄宽度为12mm； 2——端子厚度为2mm。 导线的载流量经验值为7A/mm。 经计算该端子可以长期承受294A电流， 因此故障可排除端子选型不良。

2.4 端子压接品质（端子剖面）

通过压接参数/拉拔力测试， 端子压接符合端子压接标准， 测试报告见图6。 结论： 故障可排除端子压接不良因素。

图6 测试报告

2.5 凸焊螺母和螺栓匹配选型

通常情况搭铁点选用专用破漆搭铁螺栓或具有切削功能的自攻螺栓。 本项目车身钣金采用带螺纹螺母， 搭铁螺栓采用具有切削功能的自攻螺栓。 推测在极端情况下， 凸焊螺母的内螺纹会遭到自攻螺栓破坏， 导致两者存在螺纹不能100%啮合。 对比公司其他项目， 发现本项目凸焊螺母高度尺寸最小， 凸焊螺母只有4个角焊接在车身钣金支架上， 且4个焊点与车身钣金的有效接触面积不到10mm。 对比见图7及表1。

图7 公司不同车型螺母焊接方式

表1 公司不同车型螺母和螺栓匹配选型对比表

经对比分析， 该车型螺母焊接有效接触面积较小， 可能导致该处能持续承载电流降低； 凸焊螺母的内螺纹与自攻螺栓的螺纹存在不能100%啮合的情况。 因此， 凸焊螺母的选型、 螺栓与螺母匹配选型存在较大的风险隐患。

基于上述分析， 实验室进行螺栓螺母100%啮合及非100%啮合的两组模拟实验进行验证， 测温点如图8所示，两组实验的温升曲线如图9～图10所示。

通过实验对比， 在螺栓螺母非100%啮合的工况下， 发现导线端子压接和导线本体温度差异小于5℃， 而凸焊螺母焊接处温度上升21.5℃， 螺栓温度上升69.4℃， 同时覆盖在螺栓上泡沫出现热变形现象， 台架验证现象与故障车现象一致， 从而锁定故障原因， 即凸焊螺母和螺栓匹配选型不良。

图8 测温点

图9 螺栓螺母100%啮合模拟实验的温升曲线

3 解决措施

1） 将当前4角凸焊螺母更改为全面焊接螺母 （不含内螺纹）， 同时采用具有切削功能的自攻螺栓进行固定， 保证螺柱与螺母之间完全贴合。

2） 对备胎泡沫结构进行优化， 增大备胎垫块开口， 同时增加备胎垫块硬度， 保证线束与备胎间隙10mm以上， 确保有效的散热空间。

图10 螺栓螺母非100%啮合模拟实验的温升曲线

4 小结

综上， 通过实车分析及实测验证， 本次耐久车48V电池包搭铁线过流发热， 根本原因在于大电流线束搭铁点凸焊螺母选型错误、 搭铁螺栓和螺母匹配错误。 本文通过对该问题解析过程的总结， 为今后的设计、 选型提供了参考依据， 可有效地规避搭铁线过流风险。