2030出行研究室
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有几个核心原因——
· 在快充工况下，高功率充电的持续电流，比之前设计规格更大，所以容易使得热熔丝提早老化。
· 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。
· 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，但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比较“温柔”的，这个设计一旦往欧洲和美国去用，潜在的问题就是短路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。
图1 Taycan的800V设计电路
PART 1：特斯拉的电路设计
特斯拉一开始是用的热熔丝，从目前来看Pyrofuse也经历了三代的技术方案迭代——
· 早期Model S上的1代Pyrofuse；
· 当前Model 3和Model Y应用最为广泛的第2代产品；
· 最新应用在S/X plaid车型上的第3代方
图2 特斯拉的迭代
这个保护的设计，是特斯拉技术迭代的一个缩影，也是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。
图3 特斯拉的电气结构保护的设计
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，确保整个能源回路打开。通过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件——
· 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。
· 电流传感器：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。
· 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。
图4 Pyrofuse的基本结构
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。为了切换连接，和普通的Busbar不在一行，Busbar必须考虑“弱化”设计，通过设计合理的结构强度，在触发的时候断开Busbar。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）。
图5 Pyrofuse的整体结构
触发时候通过上盖处的引线传递信号。
PART 2：电路设计成本
· 特斯拉的迭代
1）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的高功能系统来判断是否需要切段，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。
2）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）
3）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，通过两次触发以释放气流来吹电弧（实现偏移电弧）
图6 Pyrofuse的动作过程
因此我们回到伊顿的分断器，如果这个分断器真的可以实现上述接触器+Pyrofuse的功能，那么整个电气设计将得到很大的改变。这个等于把Pyrofuse做的工作，让切断回路反复来做，缺点是这个灭弧必须设计得很强大才行。
图7 在电气回路中分断设计
小结：在三电系统设计方面，其实从整体来看，电动汽车和我们熟知的整个电气网络是融合的。
图｜网络及相关截图
作者简介：朱玉龙，资深电动汽车三电系统和汽车电子工程师，著有《汽车电子硬件设计》。
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