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特斯拉带货:Pyrofuse和它的驱动电路

09/29 11:14
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最近这段时间,网红带货感觉很火爆,并且很多明星都加入进来,虽然不太懂背后的逻辑套路,但是真的是很多人买哦。

换个角度,特斯拉其实就相当于汽车界的网红,它的每一个新车型,总被我们这些吃瓜群众围观;它上面使用的一些新技术、新器件等,很快就被大家模仿和使用,例如今天的谈论的主题 ---Pyrofuse。

Pyrofuse 也有称作 Pyroswitch、Pyrotechnical safety switches(PSS),中文翻译过来叫爆炸熔丝或高温保险丝、烟火控制开关等等;在电池系统里面应用时,称作爆炸熔丝更准确些,下面统一语言为 Pyrofuse。大家大部分应该也是通过 TESLA 的拆解资料等,来接触到这个零件的。

下面来了解一下它的作用和工作原理。

作用 Pyrofuse 的主要作用是开关作用,当发生碰撞、短路或其他安全故障时,Pyrofuse 可以在很短的时间内切断电源,降低危险发生的概率;在电池系统中电源就是指 12V 铅酸电池或者高压电池,图片来源于 Autoliv 官网。

工作原理

Pyrofuse 的技术并不是新技术,但在电池系统里面使用却是一个新的应用。它来源于汽车安全气囊的引爆方法,通过火药爆炸的方式来进行安全气囊的充气。

而我们所讲的 pyrofuse 就是使用这种引爆方法来断开铜排连接,起到保险丝或继电器的作用。

下图为 Pyrofuse 的动作过程的分解。

灭弧问题对 Pyrofuse 来讲,在带载切断时,产生的拉弧是必须要面对的问题;传统的继电器、熔断器内部都具有灭弧的装置;当您选用 Pyrofuse 时,有必要问一下供应商是否具有灭弧功能。从各种途径了解到,Pyrofuse 目前能见到的两种灭弧方法如下。一是通过并联小的保险丝实现灭弧,例如 MODEL S 上面使用了该方法。例如下图中,将一个小的保险丝与 Pyrofuse 进行并联,当 Pyrofuse 带载切断后,保险丝会立即熔断;这个过程中拉弧是产生在保险丝中的,所以这个电弧是由保险丝来承受。

再看一个实物图,也是类似的布置方案,只是用了两个并联。。

二是 Pyrofuse 自身具有灭弧的能力,例如 MODELS 3 上面的 Pyrofuse。在 MODEL 3 上面,特斯拉使用的是带有自己专利(CN108602439A 具有电弧分离板的引爆式断路器)灭弧装置的 Pyrofuse,如下图所示:106 代表铜排,中间是带有 V 型切口的;108 是引线,连接外部的驱动信号;204 和 206 代表主爆炸燃料和次爆炸燃料;214A 为电弧分离板。

进一步地,主燃料 204 爆炸,目的是断开铜排;而次燃料 206 爆炸,目的是移动产生的电弧至电弧分离板 214A,然后进行灭弧。具体可以参见专利,里面描述很清晰。

驱动芯片 Pyrofuse 需要配合专门的驱动芯片来使用,一是为了更好实现功能安全,另外就是更能匹配 Pyrofuse 的驱动信号。目前 BOSCH、ST、TI 等都有专门的驱动芯片,很多之前是用在安全气囊上面,然后直接拿过来使用;像 BOSCH 大力宣传的 CG912,如下图所示。

其内部框图如下,其实有点像带驱动模块的 SBC 芯片,并具有功能安全等级,哈哈;一般这种芯片都带有不止一路的驱动输出,所以对我们驱动单个 Pyrofuse 来讲,是有点浪费的。

总结:Pyrofuse 实现了从被动的熔断器防护,变成了主动的 BMS 防护,至于被动与主动那个更好,还是有点说不清,但 Pyrofuse 的响应速度确实很快,几 ms 级别。特斯拉真的像汽车界的带货主播,它选取的新技术、新器件,有可能就直接带来这个分支领域的大量曝光,甚至加速发展;以上所有,仅供参考。

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公众号“新能源BMS”主笔,从事新能源汽车电池系统设计工作,具体为BMS硬件设计工作将近10年,在几个大的主机厂都工作过;希望通过文字,把一些设计经验和总结分享给大家,共同成长。