快充催動熔斷器變革

在汽車電子系統(tǒng)中對電路起到安全保護作用的關(guān)鍵產(chǎn)品主要有兩類：電路控制器件和電路保護器件。其中，在傳統(tǒng)的應(yīng)用中，電路控制器件主要是指開關(guān)類產(chǎn)品，其可通過系統(tǒng)的主動控制去執(zhí)行電路的接通與斷開功能，是一種可主動讓系統(tǒng)功能實現(xiàn)使能與失能的一類器件。而電路保護器件主要是指當(dāng)相關(guān)電路出現(xiàn)過流、過壓、過熱等異常情況時，安裝于系統(tǒng)電路中的保護器件可通過其內(nèi)部組成成分的物理、化學(xué)等變化形式，實現(xiàn)對電路所發(fā)生的異常進行切斷、抑制或吸收的能力，從而對電路及相關(guān)設(shè)備起到保護的一類被動器件。圖1

電路安全類產(chǎn)品在新能源汽車高壓系統(tǒng)的應(yīng)用中，由于整車動力電池的電壓常處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，因此接入此高壓系統(tǒng)的相關(guān)用電器，從動力電池上獲得的功率主要是由流經(jīng)其所在支路的電流大小來決定的。基于此對電流的應(yīng)用特性，用于新能源汽車高壓系統(tǒng)的電路保護器件是屬于一種過流保護器件。而在過流保護器件的應(yīng)用中，根據(jù)其所在的系統(tǒng)電路發(fā)生異常時產(chǎn)生的故障電流的大小可將其分為開關(guān)類過流保護器件（如斷路器）與熔斷器兩類。在新能源汽車400V高壓系統(tǒng)的應(yīng)用中，根據(jù)產(chǎn)品應(yīng)用的特性，電流在高壓主回路流經(jīng)到支路的過程中，其大小自高壓用電器的數(shù)安培到充電過程的上百安培不等，若此過程中系統(tǒng)發(fā)生了短路，那么此時的短路電流低則為數(shù)千安培，高則可達10K-20K安培。為應(yīng)對如此之高的短路電流，采用應(yīng)對低幅值短路電流的開關(guān)類過流保護器則難以發(fā)揮作用。相較之下，采用分斷速度快、限流能力強的熔斷器可在過電流的作用下，短時間內(nèi)在其內(nèi)部積累起巨大的能量，在此能量的作用下，其內(nèi)部會發(fā)生熔斷作用，從而切斷電路以保護系統(tǒng)安全。隨著技術(shù)水平的提升，當(dāng)前可做到在過電流流經(jīng)熔斷器時，其幅值越大，熔斷發(fā)生的時間則越短，如可低至1ms以下。圖2

熔斷器與斷路器在應(yīng)對過電流時的性能特性對于傳統(tǒng)的熔斷器，其在車用高壓系統(tǒng)中所起的作用可簡單理解為具有一定抗高壓和抗過流能力的‘電阻絲’，當(dāng)系統(tǒng)正常工作時，熔斷器就相當(dāng)于電路線束的一部分，系統(tǒng)所產(chǎn)生的電流會正常流經(jīng)此處，并不會對其有所影響。而當(dāng)電路發(fā)生短路等異常情況時，過電流在熔斷器內(nèi)部所形成的熱效應(yīng)會使其熔體快速熔化、氣化，從而產(chǎn)生斷口，此斷口在形成的瞬間會產(chǎn)生電弧，熔斷器通過熄滅此電弧進而切斷故障電路，以起到對電路保護的作用。該產(chǎn)品于車用高壓系統(tǒng)中的應(yīng)用可如下圖示意：圖3

熔斷器在整車高壓系統(tǒng)中的應(yīng)用在當(dāng)下新能源汽車的應(yīng)用中，根據(jù)應(yīng)用場景的不同，其所選用的熔斷器耐壓水平通常為60VDC-1500VDC的電力熔斷器，又根據(jù)其所安裝的高壓回路的不同，被分為主回路熔斷器與輔回路熔斷器。其中，主回路即動力回路，輔回路即高壓用電器回路。除車載應(yīng)用中使用了熔斷器外，充電樁等充電基礎(chǔ)設(shè)施同樣需要此類熔斷器對其相關(guān)電路進行保護，通常應(yīng)用于此類產(chǎn)品中的熔斷器多選用電壓為150VDC-1000VDC的范圍，且于電路中主要是對充電樁直流側(cè)回路進行短路保護。隨著新能源汽車高壓平臺的提升，原本適用于400V平臺的電力熔斷器為適應(yīng)新的高壓平臺，其在耐壓、抗流等性能方面也需同步得到提高，由此對熔斷器的迭代被提升日程。同時在如對外放電、快充等用電場景增多的前提下，基于安全考慮，無論是對于傳統(tǒng)400V平臺還是提升后的800V甚至更高的平臺而言，系統(tǒng)對于主動防護的需求正在逐漸提升。在此背景下，相較于傳統(tǒng)的被動型電力熔斷器，具有主動性、智能性的激勵熔斷器、智能熔斷器等新產(chǎn)品在新能源汽車上正逐漸被應(yīng)用。我們知道傳統(tǒng)的電力熔斷器就像是一根‘保險絲’，是一種被動的保護器件，其無法根據(jù)系統(tǒng)的需求主動執(zhí)行保護動作。而激勵熔斷器通過對電子模塊的集成，可在車輛發(fā)生如碰撞、涉水等情況時，通過接收來自VCU等控制單元的相關(guān)信號，并在毫秒級內(nèi)對熔斷器內(nèi)部執(zhí)行爆破動作，從而讓系統(tǒng)電路實現(xiàn)開路，進而起到主動保護相關(guān)系統(tǒng)的作用。但鑒于產(chǎn)品價格與特性，該產(chǎn)品當(dāng)前主要被特斯拉、寶馬等部分企業(yè)應(yīng)用于其相關(guān)車型的主回路中。圖4

激勵熔斷器工作過程激勵熔斷器相對于傳統(tǒng)電力熔斷器，兩者對比如下表：表1

激勵熔斷器與電力熔斷器主要性能對比在激勵熔斷器的車載應(yīng)用中，促使其主動執(zhí)行斷路動作的信號來源是控制單元，可若在車輛發(fā)生事故時控制單元或相關(guān)線束先發(fā)生故障，那么，此時的熔斷信號將無法傳出。為彌補此應(yīng)用缺陷，在激勵熔斷器的基礎(chǔ)上通過增加電流檢測回路及相關(guān)硬件電路，以實現(xiàn)對系統(tǒng)電路電流的自檢測以及自激勵功能，讓熔斷器在新能源汽車的高壓回路中具備更加智能化的應(yīng)用，由此智能熔斷器得以誕生。當(dāng)前應(yīng)用此類熔斷器的車企有如特斯拉等企業(yè)，正是由于此產(chǎn)品在傳統(tǒng)應(yīng)用功能的基礎(chǔ)上具備了更加智能的應(yīng)用，因此國內(nèi)部分主機廠也對此有所布局。圖5

智能熔斷器工作過程在新能源汽車快充應(yīng)用及智能化的推動之下，新一代熔斷器除需要具備可匹配新高壓平臺下的電壓、電流以及相關(guān)執(zhí)行性