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电池包高压智能熔断器会取代传统fuse吗?

第一次接触到智能熔断器(一般称为Pyrofuse,马斯克称之为smart fuse)是在编写Tesla电池包集成报告的时候,当时就此技术与戴博进行了很多次讨论,才逐渐弄明白了Tesla 一代Pyrofuse和二代Pyrofuse的总体设计思路和区别。

包括CATL和国内几个主机厂都已对这种熔断器进行了研究,但我自己还没看到有量产使用的。

再次关注到这个技术,是这个月以来连续两家汽车零部件公司分别宣布推出类似相关产品:

  • 101号:Bosch 推出pyrofuse的芯片,用来提高动力电池系统的安全性:https://www.bosch-presse.de/pressportal/de/en/explosions-that-save-lives-200641.html

  • 1024号:Eton Bussmann推出Breaktor,这个就是功能相似的Pyrofuse(但集成了继电器的功能,可重复使用):https://www.eaton.com/us/en-us/company/news-insights/news-releases/2019/eaton-introduces-breaktor-ev.html

Pyrofuse也并非新技术,之前在汽车其它的位置也有使用,特斯拉将它引入到了电池包的高压主回路上进行通断。

传统的fuse是依靠保险丝物理材料的温度特性来进行工作的,通常分两种情况:一是电流达到所谓的分断电流时,保险丝断开;另外一种是,当电流超过一定的大小(但没有达到分断电流),持续一定的时间,保险丝再熔断。涉及到的电流场景主要包括短路,瞬时峰值功率输出,短时持续功率输出等。传统fuse需要和继电器进行匹配,这个有点复杂。

传统fuse的问题在于无法精确控制“什么时候断,什么时候不断”,而车辆使用的工况又非常复杂的,电流的变化也非常复杂,所以Pyrofuse的优势就很明显,它可以不依靠电流,而利用软件算法来控制里面的执行器(某种像炸药的微型装置),从而将回路断开,或更准确地说“炸”开。

即将物理化学的问题转变为软硬件问题,在算法的世界中,只有01,所以能够保证精确的开断。Model S上所采用的一代Pyrofuse如下所示:

传统fuse另外一个问题在于寿命,通常保险丝能承受的电流冲击次数是一定的,如果车主用车较剧烈和频繁,那么保险丝的寿命可能很快就达到,而如果车主用车较缓和,那么保险丝的寿命可能达到很长。这对整车企业来说,不是一个好的方案。此外,还有安全问题,主要是断开时的电弧、喷溅等,有可能会造成新的安全问题;pyrofuse也需要面对电弧等问题,不过相对容易解决。

随着汽车智能化的不断渗入,我们看到其实汽车上的零部件也都在不断地智能化,不断地被赋能——能够被软件来控制,或是能够更好地服务于软件的世界。Model Y革新性的线束方案就是这个变化的另外一个例子,因为已经看到BMW在快速地跟进:《宝马战略投资电连接制造企业CelLink》

看好pyrofuse这种技术的前景,可能不会很快普及,应该高端车会率先采用,在成本下来后,传统fuse的市场会不断地侵蚀。

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