熔斷器的工作原理看起來比較簡單，在電路中出現(xiàn)瞬時大電流時，熔絲自身發(fā)熱，把自己熔斷就算完成使命。但在一個確定的電路中，選擇什么樣的熔絲，才能夠恰到好處的實現(xiàn)，遇到故障電流，在短時間內(nèi)熔斷；同時又能確保，在長期的正常工作電流作用下，不會出現(xiàn)熔斷，甚至不會因為傷痕的累積而出現(xiàn)電阻增大情形，影響到回路的效率。這才是好的熔斷器追求的目標。
電動汽車上使用的熔斷器，既需要普通配電系統(tǒng)中直流高壓熔斷器的熔斷保護性能，同時，還需要承受道路車輛的沖擊和振動，這是對電動汽車高壓系統(tǒng)內(nèi)使用的熔斷器的一類獨特要求。
1 熔斷器類型和特點
按照供配電系統(tǒng)中習慣性的叫法，250V以下稱為低壓。我們現(xiàn)在所說的高壓直流熔斷器，實際上是針對電動汽車的電氣系統(tǒng)中的習慣叫法。控制電路以外的，都被我們叫做高壓系統(tǒng)。電動汽車上的高壓直流，目前主流都在1000V以下。
直流熔斷器的類型，按照結(jié)構(gòu)劃分可以分成插入式、螺旋式、無填料封閉管式、有填料封閉管式和快速熔斷器幾種。
插入式，指熔斷器的熔體以插接的方式固定在熔斷器支座上，一旦出現(xiàn)故障熔斷，可以只更換熔體而不必拆卸整個熔斷器。它主要由瓷蓋、瓷座、動觸頭、靜觸頭和熔絲組成。這是一種比較傳統(tǒng)的熔斷器。如下圖所示。
螺旋式，指熔斷器兩側(cè)的接線端靠螺紋旋接的方式連接到一起的一類熔斷器，它主要由瓷帽、熔斷管、瓷套、上接線端、下接線端及座子組成，基本結(jié)構(gòu)如下圖所示。
無填料封閉管式，是將一片或者幾片熔體并聯(lián)封閉在一個套管內(nèi)，熔體上人為設(shè)計薄弱環(huán)節(jié)作為熔斷點的一種熔斷器。它主要由熔斷管（纖維管）、插座和熔片組成。使用過程中，此類熔斷器接入回路時需要配套支座作為絕緣固定之用。基本結(jié)構(gòu)如下圖所示。
有填料封閉管式熔斷器，指在封閉管體內(nèi)熔體周圍，填充經(jīng)過處理的石英砂，用以加速電弧的熄滅的一類熔斷器。它主要由管體、指示器、石英砂填料和熔體組成。管體由滑石陶瓷制成。當熔斷器遇到故障電流熔斷后，指示器顯示其熔斷狀態(tài)。簡圖如下圖所示。
快速熔斷器，強調(diào)反應迅速，在出現(xiàn)短路情況時，能夠?qū)崿F(xiàn)對回路電氣的保護。快速熔斷器的基本組成與有填料封閉管式熔斷器類似，主要區(qū)別在于熔體的材質(zhì)和具體結(jié)構(gòu)設(shè)計。快熔的熔體多數(shù)都是銀或者銀合金，在熔體薄片上設(shè)計各種切口，并在特定位置添加其他材質(zhì)的焊點，目的就是期望故障電流出現(xiàn)時，熱量都集中在設(shè)計的幾個點上，以利于短時間熔斷。快熔外形如下圖所示。
快熔又包含全范圍保護和短路保護兩種應用。全范圍保護，過載、短路均由快熔進行保護，適用于小功率裝置或器件裕度較大的場合。短路保護：快熔只針對出現(xiàn)短路電流的情形進行保護。實際上，快熔想要兼顧過載延時和短路瞬時，是一件非常高難度的事情。
我們在電動汽車高壓回路中，主要應用快熔，而最為關(guān)注的參數(shù)是它的可靠性、熔斷速度和分斷能力。近年，熔斷器廠家不斷針對電動汽車的特殊性，進行短路保護的研究。有一種觀點逐漸被大家認可：選用快熔的分斷能力，并不是越大越好。
電動汽車是一個獨立的電氣系統(tǒng)，這點與大電網(wǎng)的性質(zhì)并不完全相同。供配電系統(tǒng)的觀點是，保護電氣的分斷能力越高，系統(tǒng)就越安全，因為大電網(wǎng)的電壓高，形式復雜，相對一個局部用電器來說，可以說是能量無限大。這時候，越是能夠可靠切斷短路電流，越是能夠及早切斷短路電流，這個回路就越安全。電動汽車，作為一個獨立的電氣系統(tǒng)，其最大的短路電流是有限的，可以計算的。在這個級別的短路電流發(fā)生時，能夠快速有效分斷，才是貼合電動汽車應用實際的要求。如果沿用傳統(tǒng)的供配電領(lǐng)域?qū)ΡＷo電氣的認識，一味追求高的分斷能力，可能發(fā)生的情形反而是，分斷時間過長，失去了最佳保護時機。
2 幾種熔斷器的對比
1）幾種熔斷器的結(jié)構(gòu)形式不同，工作的精確程度要求不同帶來價格的差異，基本上，近似電氣參數(shù)的熔斷器，從前到后，價格逐漸提高。
2）分斷能力存在差異。熔斷器的基本功能就是遇到故障電流，斷開回路。分斷能力是一個重要的考察參數(shù)。當然，不是所有熔斷器放在電路中都是為了保護短路情況，但分斷能力是熔斷器的能力指征。插入式熔斷器分斷能力最差，最大幾千安；無填料封閉管式的分斷能力略有提高，最大可以達到十幾千安水平。其余幾種，螺旋式、有填料封閉管式、快速熔斷器，根據(jù)不同的設(shè)計目的可以實現(xiàn)不同的分斷能力，最高均可以達到幾十千安水平。
3）保護對象不同。快速熔斷器主要用來保護半導體設(shè)備，普通熔斷器則是用來保護電線電纜。
3 電動汽車高壓直流熔斷器選型方法
針對電動汽車這樣的直流電路選擇熔斷器，在確定采用快速熔斷器的前提下，主要分三個步驟進行選型。
首先，按照回路額定電壓和額定電流選擇熔斷器規(guī)格。熔斷器額定電壓高于回路中可能出現(xiàn)的最高電壓，也就是動力電池滿電電壓。電流，則主要考慮額定電流以及回路電流類型、溫度等基本因素的影響。下面是考慮電流的一個常規(guī)公式：
式中： In——熔斷器額定電流； Ir——保護回路的負載電流； K1——負載形式矯正系數(shù)； K2———溫度矯正系數(shù)。其中，K1主要考慮回路電流的波動情形，比如電流紋波，起動峰值電流大小等等，電流曲線越平穩(wěn)，K1取值越大，一般選0.6-0.75范圍。K2是考慮溫升對熔斷器載流能力的影響，溫升的因素既包括環(huán)境溫度是否高于標準室溫，也包括熔斷器自身工作溫升，是否常常大負載運行。一般情況下，K2選擇0.6.-0.8范圍。
其次，用正常工作過程中出現(xiàn)的短時峰值電流去校核熔斷器在出現(xiàn)峰值電流時是否會有熔斷風險，沖擊電流的校核，既要考慮峰值電流值，也要考慮延續(xù)時間。
最后，進行預期短路電流校核。計算整個電池包最大短路電流，可以按照最高工作電壓除以回路內(nèi)阻的方式作出估計。回路內(nèi)阻，包括電池內(nèi)阻，連接導體內(nèi)阻，接觸內(nèi)阻及回路中各個電氣元件的內(nèi)阻之和。得到最大短路電流后，對比你選擇的熔斷器標稱分斷能力。標稱分斷能力略大于你的短路電流值是比較理想的情況。
當然，前面第一步中直接使用額定電流的方式是比較粗略的做法，更精確的做法是取得運行工況實際電流曲線，選擇有代表性的一段，采用積分方法計算電流平均值，再去熔斷器的特性曲線圖上去查找合適的規(guī)格。其后的峰值電流驗證，方法與前面類似。
4 關(guān)于熔斷器承受車輛環(huán)境下的振動和沖擊的能力
熔斷器安裝在電池包內(nèi)或者高壓箱內(nèi)，對其耐沖擊和耐振動性能的下限要求，是滿足電池包在沖擊和振動方面的標準要求。具體測試方法在國標《GB/T 31467.3-2015 電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統(tǒng) 第3部分 安全性要求與測試方法》的7.1振動和7.2 機械沖擊中有詳細規(guī)定。
