如何看待主動式熔絲的發展?



隨著電動汽車的發展,電池系統的充放電性能都在大幅提升,相應的,設計它的安全性對工程師來說成了一個很大的挑戰。


在展開PYTIC設計的集中保護熔絲之前,我們可以就為什么需要做這個方面做一些討論。


如何看待主動式熔絲的發展?的圖1

▲圖1.PYTIC所做的集中保護熔絲



如何看待主動式熔絲的發展?的圖2

Part 1 

主要發展方向(主動式熔絲的價值)


在早期階段,如之前所說,采用的是熱熔保險絲+高壓直流接觸器的高壓電路開斷保護設計,存在的問題在于:

壽命折損問題:

由于老化現象,熱熔絲無法耐受多次車輛急加速峰值電流沖擊。

發熱問題:

在正常工作下發熱量大,特別是特斯拉走的是高電流充電路線,在300A左右這個門檻就會給系統帶來散熱功率和成本的顯著影響。

系統問題:

最重要的是,主回路熱熔保險絲(CCC:400A~700A)無法在過電流為1kA~3kA的范圍內,快速切斷高壓回路;遇到特殊的工況沒辦法保護高壓接觸器,很容易讓系統粘連。


說到底這個問題在于,熱熔保險絲選型中,需要在耐峰值電流沖擊和大電流短路保護能力之間做取舍,保險絲和接觸器在大電流短路情況下無法良好匹配,當遇到的非常棘手的問題,比如車輛發生碰撞(線纜點蝕短路)和電池包熱失控(這個畫風很有意思)等高風險異常狀況下,無法快速切斷高壓電路。


如何看待主動式熔絲的發展?的圖3

▲圖2.替代的兩種路徑



目前替代方案主要有兩條路:

一條路是Autoliv所做的圍繞火 藥的爆破式斷開熔絲;一條路是森薩塔所做的主被動高壓電路智能保險絲(GFPA)


后面這種機制是通過一組鐵芯感應高壓電路上的電流,當電流超過預定觸發電流時,鐵芯產生的磁場吸力便會觸發內部動作機構在極短時間內切斷高壓電路,從而保護整個系統。


GFPA還集成了主動控制開關,可以異常狀況下快速切斷高壓電路。




如何看待主動式熔絲的發展?的圖4

Part 2 

PSM是什么?效果如何?


這個系統比較重要的是把電流感知和動作直接一體化了,通過快速切斷這個大電流的過程,把后續對接觸器的破壞給處理掉。也就是說,這個熔絲是犧牲自己來保護電池,甚至是高壓系統。


說到底,這個模塊成為易損件,把高壓接觸器的損壞率降低了(降低粘連的幾率)


如何看待主動式熔絲的發展?的圖5

▲圖3.檢測觸發和動作


我們之前的設計,最大挑戰問題在于大電流下溫度的上升,如下面這個對比設計一樣,同樣的直流快充工況,整個溫升的差異是特別明顯的。


如何看待主動式熔絲的發展?的圖6

▲圖4.溫升的對比差異


我選了一個規格給大家參考。之前有這個產品的負責人找我交流,這是個很有意思的方案,如果大家感興趣可以找我,我來代為介紹。


如何看待主動式熔絲的發展?的圖7

▲圖5.PSM熔絲的一個規格



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