作者:朱玉龙
在 800V 整车系统中,由于电压提高导致整个系统的绝缘要求提升和短路保护的措施提升,我觉得这里涉及到热熔丝往 PyroFuse 有几个核心的原因:
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在快充工况下,高功率充电的持续电流,比之前设计的规格更大,所以容易使得热熔丝提早老化。
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把热熔丝的规格提上去,容易和高压接触器更难匹配,到 800V 以后接触器相对更脆弱。
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在特斯拉 Model S Plaid 设计中,整个后驱动双电机的设计,大大提高了驱动电流的峰值,这也使得动态电流匹配出现了困难。
也就是说,熔丝和接触器要匹配的稳态电流和快充电流冲突,而短路保护的瞬态电流开始和高功率的驱动电流直接怼上了。中国消费者对电动汽车的使用,在全球范围内来看是温柔的,这个设计一旦往欧洲和美国去用,潜在的问题就是保护的要求和消费者实际使用的极端工况容易重合。所以我的理解,想要满足这些设计匹配,在 250A 快充往 400-500A 去考虑;驱动逆变器功率设计从 150kW 往 250kW 甚至更高 300-350kW 设计,Pyrofuse 是一个必需品。

特斯拉的电路设计
特斯拉一开始是用热熔丝的,从目前来看单纯 Pyrofuse 也经历了三代的技术方案迭代:
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早期 Model S 上的 1 代 Pyrofuse
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当前 Model 3 和 Model Y 应用最为广泛的第 2 代产品
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最新应用在 S/X plaid 车型上的第 3 代方案

这个保护的设计,是特斯拉技术迭代的一个缩影,其实是从保护电流匹配从模糊走向精确的主要技术方向。在这之后,我们看到大众的 MEB 平台也做了相应的设计。

特斯拉设计 Pyrofuse,在 Model 3/Y 或者 Model S Plaid 都是配置在电池中间,并且开始把它作为独立的维修单元使用。在整个高压电气回路发生外短路或发生碰撞的时候,Pyrofuse 能及时断开电气连接,能够确保整个能源回路打开。通过打维修窗口可以直接更换 Pyrofuse。
Pyrofuse 是从 Autoliv 在 12V 系统上最先导入的,它包含几个基本的组建。
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引发器:这是执行结构,在收到驱动信号以后,通过爆破的推力断开连接电路。
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外部检测电流和判断电路,通常需要通过电流传感器,这里有两种方式,一种是 BMS 来处理,一种是 Pyrofuse 本身自带电流检测。
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灭弧装置:由于切断高压电流会产生巨大的电弧,因此需要考虑如何处理电弧,通常可以使用小的灭弧熔断器,吸引电弧转移并吸收掉电弧的能量。

从成本结构来看,这个 Pyrofuse 的 BOM 是比较简单的,结构件主要包括 Busbar 和电弧吸收。注意为了切换连接,和普通的 Busbar 不一行,Busbar 必须要考虑 “弱化” 设计,通过设计合理的结构强度,在触发的时候断开 Busbar 断开之处。而电弧吸收室,相信搞电力设备的同志会很熟悉,这就是典型的层叠设计,引导和吸收电弧(内部包含白色的复合材料垫,主要目的是阻燃)。

触发的时候通过上盖处的引线传递信号。
电路设计成本
特斯拉的迭代
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特斯拉采用了 BMS 主控的方式,利用主回路的电流传感器,让 BMS 的高功能系统来仲裁是否需要切段,特别是后续采用博世的驱动芯片来完善这个功能安全设计。
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从并联的小熔断器将电弧引来,到后续采用层叠电弧灭弧室来设计(将电弧分成多个小电弧,使总电压升高,从而抑制电流并中断电路)。
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在触发方式上,采用两个引发器,配置在触发存储罐中,一个目标是断开 Busbar,释放出固体颗粒和热能,通过两次触发来释放气流来吹电弧(实现偏移电弧)。

因此我们回到伊顿的分断器,如果这个分断器如果真的可以实现上述接触器 + Pyrofuse 的功能,整个电气设计还是得到了很大的改变。这个等于把 Pyrofuse 做的工作,一次次让切断回路多做几次,缺点是这个灭弧设计得很强大才行。

小结:在三电系统设计方面,其实整体来看,电动汽车和整个我们熟知的电气网络是融合的。