到目前为止,特斯拉的Pyrofuse至少有三代的技术方案迭代,从最早应用在MS/Y上的1代Pyrofuse,到当前应用最为广泛的2代产品,再到最新应用在S/Xplaid车型上的“大号”2代方案。这个神奇的小玩意,也是特斯拉技术迭代的一个典型案例。
在之前的文章中,我们已经探讨过了它的一代产品,这里我们重点看下它的二代产品。这个产品无论是技术原理,还是实际应用的方案,都会有比较详细的材料进行验证,可以把它弄得透彻,你可以把它的专利+实物+产品应用进行多角度的对比。
以M3/Y上的Pyrofuse为例,它作为电池包的主熔断器,位于第二和第三个模组之间。在发生短路,或其他电气故障时,Pyrofuse能及时断开2、3模组之间的连接,以确保电池包的安全。打开Penthouse的上盖或不打开上盖,便可以直接更换Pyrofuse,这样便对于检修。
Pyrofuse的工作有几个必备要素:(1)引爆器,是主要的执行结构,在收到指令后,通过爆破的推力断开电路(busbar);(2)能够获得电流信息,可以与一个电流监测传感器相串连,Model3即采用此方案,如上图,也可以自身安装有电流监测器,这是ModelS的方案;(3)有熄灭电弧的方案,ModelS是通过引入两个小的灭弧熔断器,将电弧转移过来,进而吸收掉电弧的能量。(4)获得开断指令,1代熔断器本身可以具备这个功能,同时可能也从BMS获得。
具体看下第2代Pyrofuse,如下所示。
里面最为重要的两个结构件,一个是busbar,也就是上图图中的;二是电弧分离板,用于busbar断开瞬间灭弧。
此处的Busbar进行了多处的“薄弱”设计,下图中的两个地方,是引爆时Busbar断开之处,断开的方向如红色箭头所示。
而电弧分离板则是一种梯形状的叠罗汉设计,这个设计可以更好的引导和扑灭电弧。
整个Pyrofuse是通过两个层级的塑料件嵌套在一起,这样可以留出排气口,最外层的还有向外排气的小空,电弧分离板是固定在内结构件中;在两层结构件之间布置有白色的复合材料垫,推测是绝缘阻燃用的。
这几处设计是它的核心所在,引爆时可以通过上盖处的引线就可以传递信号,下面的视频是它的一个引爆过程:
,时长00:49
2代Pyrofuse与1代相比有很大的设计调整,具体如下:
(1)第2代Pyrofuse对很多的功能进行了精简,去掉了1代Pyrofuse电阻分流器的电流监测功能,利用主回路上的shunt进行电流监测,并通过BMS来发送电流值,这样,把原来的控制计算功能也省去。
(2)另外一个变化较大的是关于灭弧的方式,1代Pyrofuse是利用并联的两个小熔断器将电弧引来,利用小熔断器的爆破来吸收切断铜巴瞬间产生的电弧;2代Pyrofuse则去掉了小熔断器的方案,而采用一种叫做电弧分离板的机械结构来实现。
(3)另外一个与1代Pyrofuse所不同的是,2代Pyrofuse采用主、副两个引爆器,它们都位于引爆存储罐中。主引爆器的主要功能可以是断开和打开busbar,具有更快的爆炸速度和温度,主引爆器爆炸后只释放出固体颗粒和热能;次引爆器则相对较缓慢,主要功能是偏移busbar断开瞬间产生的电弧,同时释放出强大的气流,将电弧吹向分离板,次引爆器爆炸后不仅释放固体颗粒和热能,同时有气体产生。
综上,2代Pyrofuse熄灭电弧的方式主要包括:通过电弧分离板来熄灭,原理是分离板会将电弧分成很多个串联的小电弧,使总电压升高,从而抑制电流并中断电路;通过生成强大气流来熄灭,次引爆器产生的气体可以冷却电弧并将电弧的等离子体与周围空气混合,将电弧吹向电弧分离板。
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