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特斯拉帶貨:Pyrofuse和它的驅動電路

09/29 11:14
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最近這段時間,網紅帶貨感覺很火爆,并且很多明星都加入進來,雖然不太懂背后的邏輯套路,但是真的是很多人買哦。

換個角度,特斯拉其實就相當于汽車界的網紅,它的每一個新車型,總被我們這些吃瓜群眾圍觀;它上面使用的一些新技術、新器件等,很快就被大家模仿和使用,例如今天的談論的主題 ---Pyrofuse。

Pyrofuse 也有稱作 Pyroswitch、Pyrotechnical safety switches(PSS),中文翻譯過來叫爆炸熔絲或高溫保險絲、煙火控制開關等等;在電池系統(tǒng)里面應用時,稱作爆炸熔絲更準確些,下面統(tǒng)一語言為 Pyrofuse。大家大部分應該也是通過 TESLA 的拆解資料等,來接觸到這個零件的。

下面來了解一下它的作用和工作原理。

作用 Pyrofuse 的主要作用是開關作用,當發(fā)生碰撞、短路或其他安全故障時,Pyrofuse 可以在很短的時間內切斷電源,降低危險發(fā)生的概率;在電池系統(tǒng)中電源就是指 12V 鉛酸電池或者高壓電池,圖片來源于 Autoliv 官網。

工作原理

Pyrofuse 的技術并不是新技術,但在電池系統(tǒng)里面使用卻是一個新的應用。它來源于汽車安全氣囊的引爆方法,通過火藥爆炸的方式來進行安全氣囊的充氣。

而我們所講的 pyrofuse 就是使用這種引爆方法來斷開銅排連接,起到保險絲或繼電器的作用。

下圖為 Pyrofuse 的動作過程的分解。

滅弧問題對 Pyrofuse 來講,在帶載切斷時,產生的拉弧是必須要面對的問題;傳統(tǒng)的繼電器、熔斷器內部都具有滅弧的裝置;當您選用 Pyrofuse 時,有必要問一下供應商是否具有滅弧功能。從各種途徑了解到,Pyrofuse 目前能見到的兩種滅弧方法如下。一是通過并聯小的保險絲實現滅弧,例如 MODEL S 上面使用了該方法。例如下圖中,將一個小的保險絲與 Pyrofuse 進行并聯,當 Pyrofuse 帶載切斷后,保險絲會立即熔斷;這個過程中拉弧是產生在保險絲中的,所以這個電弧是由保險絲來承受。

再看一個實物圖,也是類似的布置方案,只是用了兩個并聯。。

二是 Pyrofuse 自身具有滅弧的能力,例如 MODELS 3 上面的 Pyrofuse。在 MODEL 3 上面,特斯拉使用的是帶有自己專利(CN108602439A 具有電弧分離板的引爆式斷路器)滅弧裝置的 Pyrofuse,如下圖所示:106 代表銅排,中間是帶有 V 型切口的;108 是引線,連接外部的驅動信號;204 和 206 代表主爆炸燃料和次爆炸燃料;214A 為電弧分離板。

進一步地,主燃料 204 爆炸,目的是斷開銅排;而次燃料 206 爆炸,目的是移動產生的電弧至電弧分離板 214A,然后進行滅弧。具體可以參見專利,里面描述很清晰。

驅動芯片 Pyrofuse 需要配合專門的驅動芯片來使用,一是為了更好實現功能安全,另外就是更能匹配 Pyrofuse 的驅動信號。目前 BOSCH、ST、TI 等都有專門的驅動芯片,很多之前是用在安全氣囊上面,然后直接拿過來使用;像 BOSCH 大力宣傳的 CG912,如下圖所示。

其內部框圖如下,其實有點像帶驅動模塊的 SBC 芯片,并具有功能安全等級,哈哈;一般這種芯片都帶有不止一路的驅動輸出,所以對我們驅動單個 Pyrofuse 來講,是有點浪費的。

總結:Pyrofuse 實現了從被動的熔斷器防護,變成了主動的 BMS 防護,至于被動與主動那個更好,還是有點說不清,但 Pyrofuse 的響應速度確實很快,幾 ms 級別。特斯拉真的像汽車界的帶貨主播,它選取的新技術、新器件,有可能就直接帶來這個分支領域的大量曝光,甚至加速發(fā)展;以上所有,僅供參考。

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公眾號“新能源BMS”主筆,從事新能源汽車電池系統(tǒng)設計工作,具體為BMS硬件設計工作將近10年,在幾個大的主機廠都工作過;希望通過文字,把一些設計經驗和總結分享給大家,共同成長。