隨著電池越來越大、電機驅動的功率提升和快充功率提升,在高壓系統方面的保護能力提升,是否具有涵蓋不同工況電流和短路電流的保護能力,就成了衡量一個設計是否優秀最主要的考量。
從深層次考慮,電動汽車上目前還沒有特別多的高壓問題事故,但是將來情況會發生變化,一方面充電樁的狀態是分散式的(直流充電這塊有老爺爺樁,也有最新的高功率樁),另一方面從投資方向來看,BDU和PDU這樣的鐵疙瘩是不值得投資的,因此裡面的保護系統涉及到直流接觸器和熔絲的進化,值得我們關注。
備註:整體工程化的節奏和實用化需要很多時間,我理解在這個領域有很多突破式的想法。
圖1 保護很簡單,就是要透過12V的控制讓高壓回路斷開,功能安全等級一般在ASIL D
Part 1 伊頓的思考
伊頓上來就先來個徹底變革,如下所示,方案考量的是整個替代方式。
之前和很多朋友聊過,可能並不透徹,現在可以看這個圖來進行比較,現有的方案其實有幾種:
- 傳統熔絲+接觸器:被動防護,最大的挑戰是電流和觸點動作匹配困難,有些高電流短時間點蝕,會讓接觸器粘連並且讓熔絲無法動作
- Pyro熔絲+接觸器:主動防護,這個主要的問題是Pyro如何控制
- 傳統熔絲+Pyro熔絲+接觸器:這個目前在800V上,大家為了主動和被動安全控制,都上。缺點是成本比較高,整體保護策略怎麼個動作機制也是比較麻煩
圖2現有的高壓系統架構保護形式
雖然伊頓說起來很簡潔,但是其實設計中還是依靠工業技術的斷路器來做第四種方案。
這條路是配置了一個斷路器和傳統熔絲的方法來做的,好處如下所示,整體的方案來看相對比較簡潔。
圖3 伊頓的一站式解決方案
圖4 400V架構下還算合理
目前海外還是有一些400V和800V串聯的方案(有部分重卡是這麼設計的),有800V充電和400V驅動的案子,也就是用400V兩個電池並聯來驅動,然後在800V方面做充電處理,這就需要使用3個分斷器。
圖5 800V架構變得不划算
點評:我個人判斷這種基於斷路器的設計存在特別大的滅弧挑戰,不一定斷得開
Part 2 PSM新一代斷流器
隨著電動汽車的發展,目前全球的公司都把資源往裡面砸,Littelfuse Inc. 和 ASTOTEC(前 Hirtenberger Automotive Safety)成立了一家名為 PYTIC(用於智慧電路斷開的 Pyro Technology)的合資企業。
從Pyro的設計來看,最主要包含兩部分知識,電流檢測和電氣驅動,還有火藥驅動斷路器,PYTIC做的方案是一種整合電流檢測和控制的Pyro 安全模組。
圖6 整合式的架構
篇幅比較長,這個我先開個頭,下期文章有空來重點說,這個市場的玩家可能會逐步進來,這裡也會逐步簡化BMS的設計,整體BMS的安全保護功能會被逐步分解
小結:我覺得能真正創造價值的還是工程和工藝能力,而不是所謂的需求,需求需要被識別和分解然後用細緻的能力進行分解,這個領域我覺得還是有很大的改進和發展的空間。