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清眼观察:手动维修开关(MSD)技术与市场现状及其趋势展望

2018-01-03   

中国电源产业网

导语:手动维修开关(MSD)顾名思义就是新能源电动车做车辆检修时,为了确保人车安全,通过手动的方式将高压系统的电源断开。也是关键时刻实现高压系统电气隔离的执行部件,在内部配置合适的熔丝之后同时也可以起到短路保护的作用。《电动客车安全技术条件》第4.4.4 条要求:可充电储能系统应安装维修开关和熔断器。SAE标准的标准里面有推荐,手动维修开关(MSD)功能:打开时断开电池系统输出端子之间的任何电压;在接触器断开情况下,MSD断开后5秒内,所有外部电池端子组的测量电压应小于60 VDC。

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手动维修开关(MSD)顾名思义就是新能源电动车做车辆检修时,为了确保人车安全,通过手动的方式将高压系统的电源断开。也是关键时刻实现高压系统电气隔离的执行部件,在内部配置合适的熔丝之后同时也可以起到短路保护的作用。《电动客车安全技术条件》第4.4.4 条要求:可充电储能系统应安装维修开关和熔断器。SAE标准的标准里面有推荐,手动维修开关(MSD)功能:打开时断开电池系统输出端子之间的任何电压;在接触器断开情况下,MSD断开后5秒内,所有外部电池端子组的测量电压应小于60 VDC。

市场上最早的MSD为方型,安装孔尺寸为84.8*84.8,是TE开发出来的。为什么非得是84.8*84.8后文跟大家聊聊。

MSD的市场需求分析,下图为我大天朝的新能源汽车销量趋势图,以一辆车带一个MSD来看,大家就知道有多少量了。再以市场价格300元来计算,就知道整个MSD的市场有多大了!


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2017年1到11月份的大天朝的乘用车累计销售47.6万台,同比累计增长64.4 %,见下图(数据来自电动资源网)。亲们,你的MSD get哪些呢?


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通常,MSD放置的位置有:1、电池包的外箱;2、集成在高压盒(PDU)。如果在商用车上,涉及到多个电池包的话,可能会用到多个MSD。

MSD的启用条件:个人认为是在车辆进行大的检修、保养、或更换其核心部件涉及到高压部分的,为了保证人和车安全的时候,需要把MSD启用,即分拆开MSD的另一端。

故,该气件在平时就是起个过电流的作用,用到的时候很少,但很关键。

MSD既可以包含了高压连接器的属性,也受限于熔断器的情况;简单可以理解为一个带熔断器的超级连接器,故高压连接器在设计与选型的要求在MSD一样需要。如绝缘、耐压、电气间隙、爬电距离、防呆、防触指(端子周围加绝缘材料,高出端子高度或者端子加塑料帽)设计等符合规定要求,除了以上性能,应用时,需重点关注连接器HVIL和密封防护、温升、EMC性能。IP67是必须的,很多车企已经开始提更高的要求, 如要求达到IP6K9K。

同样不具备通用性:由于国内外的标准并没有统一,且涉及到不同厂商的技术专利等等,虽然数次协商,在MSD上一统江湖的标准未现,故不同品牌的MSD是配套选择使用,不通用。但是,各家都在统一安装孔的位置,所以MSD是非标件中最接近标准化的产品。

使用寿命:如上文所述,MSD多数情况都在“睡大觉”,对插拔次数要求就比较少,一般在50--100次(厂商一般给出的机械寿命为500--1000次)。在正常情况下,一辆纯电动汽车在一年检修2-3次;因此,上述插拔次数足以陪着整车走完整个生命周期。频繁的插拔会在连接与触电上形成划痕,形成更大的阻抗,温升增加等,因此减少其使用寿命;故,对攻城狮和技术猿好一点吧?他们不开森的时候,多插拔几次就基本报废一个MSD,好几百呢!

成本情况:MSD就高压连接器+熔断器。MSD的市场容量放在这里,基本一车一个。连接器的模具费用是一定的,为了让自家的MSD在市场中赢得一席之地,如何找一家好的熔断器厂家来合作,应该是各位老总们需要首先考虑的吧?

MSD选型关注点

额定电压: 所选MSD额定电压应大于等于系统最大电压;集成熔断器的MSD的电压以熔断器厂家标称电压为准;集成铜排的MSD电压以MSD厂家标称电压为准。在这里要提醒诸位攻城狮注意你所选的MSD集成的熔断器是AC还是DC的,这点儿很关键,毕竟同等情况下,熔断器在DC下比AC灭弧的挑战要大很多。在直流系统中,一定要选用集成直流熔断器的MSD品牌。

额定电流:集成铜排的按系统额定电流选;集成熔断器的应参照熔断器的降熔系数进行选型。

接触对结构:主流有冠簧、片簧可选。一般来说片簧的载流能力更强,已逐渐成为主流。

尺寸方面可选:

1)MINI MSD, 市场主流开孔尺寸基本与深圳安费诺一致,主流品牌MINI MSD可以达到600Vdc 350A,也有个别厂家已经开发出支持800Vdc 350A的MINI MSD。

2)方型MSD,安装孔尺寸为84.8*84.8,最早是TE开发出来的,目前市场上开孔尺寸基本以此为主流。但南北安X诺自家两家公司的开孔尺寸也不尽相同,无法无缝切换。目前有厂家开发出了可以兼容同时兼容南北安费诺开孔尺寸的MSD,也算牛的了。

3)EV级MSD,EV级,顾名思义就是集成了EV级熔断器(何谓EV级熔断器,前文关于熔断器的文章已有介绍,简单就是说通过了JASO D622全系列认证的熔断器,不好意思,因为中国还没有标准,所以只能用小日本的标准来说事)的MSD。此类产品往往应用于乘用车上,比如江淮IEV7T,IEV7S等车型。

4) 安装方式的选择:内安装还是外安装。

5) 产品老化后的温升、防水、振动等考量。

MSD市场展望及技术前瞻

市场展望:如前文所言,每台新能源车上都会配上一个MSD, 2016年国内销售累计50.7万辆新能源汽车; 每只价格在300--500元,自己算算这个市场市场有多大。

开发主体来看,一般来讲高压连接器厂商基本顺带把MSD也给开发了,高压连接器国外的两大巨头自无需多言,TX和安X诺如神一样的存在,其他四大高压连接器厂商及众多新老小伙伴们正走在追赶的路上。

另一类的开发主体也非常值得关注,除了与部分主机厂或电池包厂有特殊关系的厂商外;还有部分厂商联合熔断器厂商来共同开发MSD,我个人更看好这一类的玩家,因为MSD的发展相当受制于熔断器的发展。

技术与市场前瞻:

  1.  往更高电压及更大电流方向发展,在我的一系列文章,已经多次提到了,MSD也不会例外,见下图:


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2. Mini MSD渐成主流,在目前的技术条件下,个人不太看好方形的MSD,又大又笨重,仅在电流上稍微占点优势;

3. MSD的轻量化与低成本方案,如何在满足上述要求的前提下,做得更轻巧且成本更低,毕竟2020年后没有政府买单了呀;

4. 打开MSD的二次打开与支持紧急打开的模式合一,目前已有部分厂家将MSD的二次打开与紧急打开的模式二合一,深受攻城狮与技术猿们喜欢。

5. 在还有一种就是快拆式维修盒(QCD)的概念。在多电池包的高压系统里,一般工程技术人员给出的方案无怪以下几种(以N个电池包的技术方案为例,N大于等于2);

A. MSD*1+Fuse*N;

B. MSD*N,比较奢侈;

C. MSD*1,有点接近于裸奔;

D. MSD*1+Fuse*1, 比C方案好点。

既要安全(每个电池包装熔断器),又要好维修,还要控制成本,对攻城狮来说真是既要马儿跑又要马儿不吃草的节奏,所以,QCD的概念应运而生。一个典型的应用环境就是,在电池包上装QCD,在PDU上装MSD。QCD,MSD既可以选择集成熔断器,又可以集成铜排,这样岂不妙哉?我听说因此这种方案在宇通、中车、南京金龙等主流主机厂得到了广泛应用。下图QCD产品即是某公司为南京金龙某车型定向开发的产品,该技术方案是否会成为更多主机厂的多电池包系统的应用主流呢?


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MSD的市场难点与痛点

个人认为,MSD的发展最大的因素是受制于熔断器的发展及其技术进步,如泰科最早开发MSD时,只能选用某国外品牌的熔断器,符合其技术要求的产品就那么一款,综合多方面的因素,其产品尺寸只能开发为84.8*84.8为其最佳选择。

所以,MSD玩家们一定要特别关注熔断器的技术更新,特别特别是一线大牌。

现在,某品牌的Fuse提出了smart fuse概念,正常工况电流时不流过熔断器,如有异常故障电流时,就切换到熔断器回路,熔断器接着熔断;该产品是否会引入MSD还是很值得观察的。

编辑:《电源工业》杂志

来源:Bentty李清

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