基于IEC60127-7标准储能系统保护熔断器选型

引言：IEC在2021年12月发布了电池及电池系统保护熔断器标准IEC60127-7(Ed1.0), 其中包括：

1）熔断器额定电压达到了1500VDC及以上

2）熔断器的额定电流达到了5000A；

3）熔断器的保护特性分为“全范围保护gBat”和”短路保护aBat“.gBat特性规定了约定电流范围为1.13In-1.6In;由于电池的类型及容量、串组的差异，对电池保护熔断器的门限要求不同，熔断器生产厂家可根据客户的实际需求确定；

图1：典型的储能保护结构

以电池为储能方式的各类新能源应用方兴未艾，电池组及电池系统的复杂性，对各种直流配电系统提出了更高的安全保护要求；安全运行是各种储能系统的核心安全需求，熔断器是电池系统最简单可靠的保护元件，采用储能系统保护熔断器，可实现对储能系统的低成本安全保护。

储能系统保护熔断器选型步骤：

1.确定熔断器的额定电压Uf：如下图所示，熔断器F1、F2的额定电压取决于整个 电池串的电压及电池串的充电电压。如果电池串的额定电压较低，则必须把熔断器本身的内阻（电压降）纳入考虑。由于电池短路属于不可逆的化学变化过程，为防止熔断器熔断后产生电弧，熔断器承受的电弧电压按照额定电压的2-3倍评估。确定了电池组架构（RACK）的熔断器电压后，电池组并组（ARRAY）及主主回路（DC BUS）的熔断器额定电压也就容易得出了。

图2：电池组串（Battery Modules）

2. 确定熔断器的额定电流If需要考虑以下几个因素。电池组的材料、规格、容量、电池组的最低放电电压等决定了熔断器的额定电流In。1）电池的工作次数作为熔断器额定电流的校正系数设定为K1。

图3：电池组的充、放电次数对熔断器的校正系数K1.

2）熔断器工作的环境温度设定为K2和冷却方式方式修正系数设定为K3。自冷的K3=0.8-0.9;强迫风冷/单面水冷的K3=0.9-0.92;双面水冷K3=1.0（流量不小于2.5升/分钟、冷却水温度不高过30C）。

图4：环境温度修正曲线

图5：风冷修正系数

3）熔断器使用的海拔高度不超过2000米，如果超过2000米，按照IEC标准，每升高100米，熔断器额定电流降低0.5%，系数设定为K4；

In

则熔断器的额定电流If=--------------

K1*K2*K3*K4

电池组并组（ARRAY）及主主回路（DC BUS）的熔断器额定电流需要考虑电池组的设计功率、类型、熔断器的保护特性、熔断器是否并联、安装方式（如采用熔断器式隔离开关）等因素。需要说明的是，在整个系统的熔断器选型过程中，熔断器的I2t可以作为选型的参考因素，不建议作为选型依据，推荐使用熔断器的I-T曲线：熔断器的I2t值是在额定电压下，该熔断器能够正常分断的最大短路电流（1KA-300KA）及特定的时间常数下测试计算而得，受到的影响因素多，实现成本高、难度大；而熔断器的I-T曲线可以在低压下，不同的电流条件下测试得出， 并且误差小，很容易确定保护速度的最大/最小范围，在实际应用中更有实际价值。

3.确定熔断器的最大分断电流（短路能力）。电池组的组成材料、类型等因素决定了其短路电流（可参阅IEC896）,电池受损会产生易燃、易爆气体，电路保护需要考虑防有毒气体、防热、防火星、防电弧、防火等要求，因此需要考虑电池组中单个电池的短路电流及承受时间。
一般而言，分断力越高的熔断器，设计、材料、生产工艺要复杂，成本也高，根据设计需要选用满足分断力要求的熔断器即可。
4.熔断器的安装方式。

1）熔断器并联。为获得更大的熔断器额定电流，同时降低安装使用难度，常采用多个熔断器并联的方式。大量的测试数据表明，如果熔断器满足以下条件：

熔断器的电阻变化在5%以内；熔断器的安装距离在10mm-30mm；两个熔断器并联，额定电流是单个熔断器的2倍；三个熔断器并联额定电流是单个熔断器的0.9倍；四个熔断器并联额定电流是单个熔断器的0.8倍。
2）采用熔断器式隔离开关安装。采用熔断器式隔离开关，需要选用熔断器保护特性为gBat或gS等低功耗的类型。熔断器的额定电流功耗Pn(In)要小于隔离开关+熔断器的最大允许功耗Pm(Imax)，即Pn(In)< Pm(Imax).

考虑到上述3的要求，建议使用RTI=140C以上的材料生产底座及隔离开关。咨询17876189417

sf