新能源純電動汽車為了提高續航能力,不得不採用大容量鋰電池,甚至整個底盤都佈滿了電池。
鋰電池優點多多但是缺點也同樣突出,例如承受外力被破壞後內部短路很容易自燃起火,而且難以滅火只能等電池燃燒結束。
最常見的例子就是更換手機電池,軟包鋰電不小心被鑷子刺破的時候電池就像一個小燃燒彈一樣立刻自燃:
新能源汽車除了要面對電池爆燃的問題之外,還要面對高壓電路帶來的挑戰。新能源電池組電壓都超過400V,容量也在30kwh以上,最大輸出電流也超過300A。如果高壓電路破損、短路那麼同樣會引發火災帶來更大的損失。
而這些電路/電池破損幾乎都在交通意外事故中出現,如果在事故的一瞬間立刻切斷電池電源,那麼就可以最大限度的降低自燃事故的發生。實際上電動汽車帶有相關的保險電路的,我們看一下某品牌純汽車保險電路:
電池輸出電壓分兩路,一路經由電流感測器進入高壓繼電器,一路經過高壓保險絲進入高壓繼電器。當電流感測器檢測到電流異常時可以切斷繼電器控制電源,繼電器釋放後高壓同時被切斷,或者高壓保險絲直接熔斷。典型的的電流監測被動控制型,電流異常後可以斷開電池與負載之間的連線,避免事故擴大。
而特斯拉採用了Pyrofuse後由被動防護轉為主動防護,Pyrofuse翻譯過來的意思就是爆炸熔絲或者翻譯為高溫保險絲也有人叫煙火控制開關。這個熔絲控制方式很特別 也很有意思。我們都知道安全氣囊的原理吧!碰撞感測器間接控制安全氣囊起爆,而這個熔絲也是透過檢測碰撞感測器訊號來控制的:
可以看到出現碰撞事故時,爆炸熔絲直接斷開,這個反應速度要大於電流檢測的被動保護電路,優先級別更高。爆炸熔絲原理也與安全氣囊高度相似,氣囊爆炸原理如下:
爆燃熔絲熔斷過程如下:
熔絲接收到熔斷訊號後立刻點燃炸藥,炸藥把連線片直接炸斷,整個執行過程只需要0.35ms,響應速度非常快。當然,連線片是留有預斷口的,我們看一下起爆斷開後的熔絲連線片:
當然,這種開關也是一次性的,炸開後必須要更換新的開關。這種主動防護熔絲反應速度高於被動防護,當檢測到事故時第一時間斷開電池電源。電池與控制器電源點開後附屬電路即使短路、或者保護電路失效也不會因為短路而引發火災或者電器原件損壞,進一步提高了整車安全係數。
但是,事故中車輛起火往往是電池引起的。鋰電池組受外力損壞後導致內部短路從而爆燃,這種來自電池組的燃燒是無法透過保護電路來預防的。保護電路只能預防充電、放電、外部短路引發的電池損壞、燃燒,但是無法阻止來自電池內部的爆燃。
此時我腦海裡突然想起了馬奇諾防線,敵人繞過堅固無比的防線取得了勝利……