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清眼觀察:手動維修開關(MSD)技術與市場現狀及其趨勢展望

2018-01-03   

中國電源產業網

導語:手動維修開關(MSD)顧名思義就是新能源電動車做車輛檢修時,為了確保人車安全,通過手動的方式將高壓系統的電源斷開。也是關鍵時刻實現高壓系統電氣隔離的執行部件,在內部配置合適的熔絲之后同時也可以起到短路保護的作用。《電動客車安全技術條件》第4.4.4 條要求:可充電儲能系統應安裝維修開關和熔斷器。SAE標準的標準里面有推薦,手動維修開關(MSD)功能:打開時斷開電池系統輸出端子之間的任何電壓;在接觸器斷開情況下,MSD斷開后5秒內,所有外部電池端子組的測量電壓應小于60 VDC。

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手動維修開關(MSD)顧名思義就是新能源電動車做車輛檢修時,為了確保人車安全,通過手動的方式將高壓系統的電源斷開。也是關鍵時刻實現高壓系統電氣隔離的執行部件,在內部配置合適的熔絲之后同時也可以起到短路保護的作用。《電動客車安全技術條件》第4.4.4 條要求:可充電儲能系統應安裝維修開關和熔斷器。SAE標準的標準里面有推薦,手動維修開關(MSD)功能:打開時斷開電池系統輸出端子之間的任何電壓;在接觸器斷開情況下,MSD斷開后5秒內,所有外部電池端子組的測量電壓應小于60 VDC。

市場上最早的MSD為方型,安裝孔尺寸為84.8*84.8,是TE開發出來的。為什么非得是84.8*84.8后文跟大家聊聊。

MSD的市場需求分析,下圖為我大天朝的新能源汽車銷量趨勢圖,以一輛車帶一個MSD來看,大家就知道有多少量了。再以市場價格300元來計算,就知道整個MSD的市場有多大了!


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2017年1到11月份的大天朝的乘用車累計銷售47.6萬臺,同比累計增長64.4 %,見下圖(數據來自電動資源網)。親們,你的MSD get哪些呢?


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通常,MSD放置的位置有:1、電池包的外箱;2、集成在高壓盒(PDU)。如果在商用車上,涉及到多個電池包的話,可能會用到多個MSD。

MSD的啟用條件:個人認為是在車輛進行大的檢修、保養、或更換其核心部件涉及到高壓部分的,為了保證人和車安全的時候,需要把MSD啟用,即分拆開MSD的另一端。

故,該氣件在平時就是起個過電流的作用,用到的時候很少,但很關鍵。

MSD既可以包含了高壓連接器的屬性,也受限于熔斷器的情況;簡單可以理解為一個帶熔斷器的超級連接器,故高壓連接器在設計與選型的要求在MSD一樣需要。如絕緣、耐壓、電氣間隙、爬電距離、防呆、防觸指(端子周圍加絕緣材料,高出端子高度或者端子加塑料帽)設計等符合規定要求,除了以上性能,應用時,需重點關注連接器HVIL和密封防護、溫升、EMC性能。IP67是必須的,很多車企已經開始提更高的要求, 如要求達到IP6K9K。

同樣不具備通用性:由于國內外的標準并沒有統一,且涉及到不同廠商的技術專利等等,雖然數次協商,在MSD上一統江湖的標準未現,故不同品牌的MSD是配套選擇使用,不通用。但是,各家都在統一安裝孔的位置,所以MSD是非標件中最接近標準化的產品。

使用壽命:如上文所述,MSD多數情況都在“睡大覺”,對插拔次數要求就比較少,一般在50--100次(廠商一般給出的機械壽命為500--1000次)。在正常情況下,一輛純電動汽車在一年檢修2-3次;因此,上述插拔次數足以陪著整車走完整個生命周期。頻繁的插拔會在連接與觸電上形成劃痕,形成更大的阻抗,溫升增加等,因此減少其使用壽命;故,對攻城獅和技術猿好一點吧?他們不開森的時候,多插拔幾次就基本報廢一個MSD,好幾百呢!

成本情況:MSD就高壓連接器+熔斷器。MSD的市場容量放在這里,基本一車一個。連接器的模具費用是一定的,為了讓自家的MSD在市場中贏得一席之地,如何找一家好的熔斷器廠家來合作,應該是各位老總們需要首先考慮的吧?

MSD選型關注點

額定電壓: 所選MSD額定電壓應大于等于系統最大電壓;集成熔斷器的MSD的電壓以熔斷器廠家標稱電壓為準;集成銅排的MSD電壓以MSD廠家標稱電壓為準。在這里要提醒諸位攻城獅注意你所選的MSD集成的熔斷器是AC還是DC的,這點兒很關鍵,畢竟同等情況下,熔斷器在DC下比AC滅弧的挑戰要大很多。在直流系統中,一定要選用集成直流熔斷器的MSD品牌。

額定電流:集成銅排的按系統額定電流選;集成熔斷器的應參照熔斷器的降熔系數進行選型。

接觸對結構:主流有冠簧、片簧可選。一般來說片簧的載流能力更強,已逐漸成為主流。

尺寸方面可選:

1)MINI MSD, 市場主流開孔尺寸基本與深圳安費諾一致,主流品牌MINI MSD可以達到600Vdc 350A,也有個別廠家已經開發出支持800Vdc 350A的MINI MSD。

2)方型MSD,安裝孔尺寸為84.8*84.8,最早是TE開發出來的,目前市場上開孔尺寸基本以此為主流。但南北安X諾自家兩家公司的開孔尺寸也不盡相同,無法無縫切換。目前有廠家開發出了可以兼容同時兼容南北安費諾開孔尺寸的MSD,也算牛的了。

3)EV級MSD,EV級,顧名思義就是集成了EV級熔斷器(何謂EV級熔斷器,前文關于熔斷器的文章已有介紹,簡單就是說通過了JASO D622全系列認證的熔斷器,不好意思,因為中國還沒有標準,所以只能用小日本的標準來說事)的MSD。此類產品往往應用于乘用車上,比如江淮IEV7T,IEV7S等車型。

4) 安裝方式的選擇:內安裝還是外安裝。

5) 產品老化后的溫升、防水、振動等考量。

MSD市場展望及技術前瞻

市場展望:如前文所言,每臺新能源車上都會配上一個MSD, 2016年國內銷售累計50.7萬輛新能源汽車; 每只價格在300--500元,自己算算這個市場市場有多大。

開發主體來看,一般來講高壓連接器廠商基本順帶把MSD也給開發了,高壓連接器國外的兩大巨頭自無需多言,TX和安X諾如神一樣的存在,其他四大高壓連接器廠商及眾多新老小伙伴們正走在追趕的路上。

另一類的開發主體也非常值得關注,除了與部分主機廠或電池包廠有特殊關系的廠商外;還有部分廠商聯合熔斷器廠商來共同開發MSD,我個人更看好這一類的玩家,因為MSD的發展相當受制于熔斷器的發展。

技術與市場前瞻:

  1.  往更高電壓及更大電流方向發展,在我的一系列文章,已經多次提到了,MSD也不會例外,見下圖:


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2. Mini MSD漸成主流,在目前的技術條件下,個人不太看好方形的MSD,又大又笨重,僅在電流上稍微占點優勢;

3. MSD的輕量化與低成本方案,如何在滿足上述要求的前提下,做得更輕巧且成本更低,畢竟2020年后沒有政府買單了呀;

4. 打開MSD的二次打開與支持緊急打開的模式合一,目前已有部分廠家將MSD的二次打開與緊急打開的模式二合一,深受攻城獅與技術猿們喜歡。

5. 在還有一種就是快拆式維修盒(QCD)的概念。在多電池包的高壓系統里,一般工程技術人員給出的方案無怪以下幾種(以N個電池包的技術方案為例,N大于等于2);

A. MSD*1+Fuse*N;

B. MSD*N,比較奢侈;

C. MSD*1,有點接近于裸奔;

D. MSD*1+Fuse*1, 比C方案好點。

既要安全(每個電池包裝熔斷器),又要好維修,還要控制成本,對攻城獅來說真是既要馬兒跑又要馬兒不吃草的節奏,所以,QCD的概念應運而生。一個典型的應用環境就是,在電池包上裝QCD,在PDU上裝MSD。QCD,MSD既可以選擇集成熔斷器,又可以集成銅排,這樣豈不妙哉?我聽說因此這種方案在宇通、中車、南京金龍等主流主機廠得到了廣泛應用。下圖QCD產品即是某公司為南京金龍某車型定向開發的產品,該技術方案是否會成為更多主機廠的多電池包系統的應用主流呢?


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MSD的市場難點與痛點

個人認為,MSD的發展最大的因素是受制于熔斷器的發展及其技術進步,如泰科最早開發MSD時,只能選用某國外品牌的熔斷器,符合其技術要求的產品就那么一款,綜合多方面的因素,其產品尺寸只能開發為84.8*84.8為其最佳選擇。

所以,MSD玩家們一定要特別關注熔斷器的技術更新,特別特別是一線大牌。

現在,某品牌的Fuse提出了smart fuse概念,正常工況電流時不流過熔斷器,如有異常故障電流時,就切換到熔斷器回路,熔斷器接著熔斷;該產品是否會引入MSD還是很值得觀察的。

編輯:《電源工業》雜志

來源:Bentty李清

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