特斯拉带货:Pyrofuse和它的驱动电路

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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。

通过下面的视频,来感受下整个的动作过程。(来自于Autoliv官网)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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