快充催动熔断器变革

在汽车电子系统中对电路起到安全保护作用的关键产品主要有两类：电路控制器件和电路保护器件。其中，在传统的应用中，电路控制器件主要是指开关类产品，其可通过系统的主动控制去执行电路的接通与断开功能，是一种可主动让系统功能实现使能与失能的一类器件。而电路保护器件主要是指当相关电路出现过流、过压、过热等异常情况时，安装于系统电路中的保护器件可通过其内部组成成分的物理、化学等变化形式，实现对电路所发生的异常进行切断、抑制或吸收的能力，从而对电路及相关设备起到保护的一类被动器件。图1

电路安全类产品在新能源汽车高压系统的应用中，由于整车动力电池的电压常处于相对稳定状态，因此接入此高压系统的相关用电器，从动力电池上获得的功率主要是由流经其所在支路的电流大小来决定的。基于此对电流的应用特性，用于新能源汽车高压系统的电路保护器件是属于一种过流保护器件。而在过流保护器件的应用中，根据其所在的系统电路发生异常时产生的故障电流的大小可将其分为开关类过流保护器件（如断路器）与熔断器两类。在新能源汽车400V高压系统的应用中，根据产品应用的特性，电流在高压主回路流经到支路的过程中，其大小自高压用电器的数安培到充电过程的上百安培不等，若此过程中系统发生了短路，那么此时的短路电流低则为数千安培，高则可达10K-20K安培。为应对如此之高的短路电流，采用应对低幅值短路电流的开关类过流保护器则难以发挥作用。相较之下，采用分断速度快、限流能力强的熔断器可在过电流的作用下，短时间内在其内部积累起巨大的能量，在此能量的作用下，其内部会发生熔断作用，从而切断电路以保护系统安全。随着技术水平的提升，当前可做到在过电流流经熔断器时，其幅值越大，熔断发生的时间则越短，如可低至1ms以下。图2

熔断器与断路器在应对过电流时的性能特性对于传统的熔断器，其在车用高压系统中所起的作用可简单理解为具有一定抗高压和抗过流能力的‘电阻丝’，当系统正常工作时，熔断器就相当于电路线束的一部分，系统所产生的电流会正常流经此处，并不会对其有所影响。而当电路发生短路等异常情况时，过电流在熔断器内部所形成的热效应会使其熔体快速熔化、气化，从而产生断口，此断口在形成的瞬间会产生电弧，熔断器通过熄灭此电弧进而切断故障电路，以起到对电路保护的作用。该产品于车用高压系统中的应用可如下图示意：图3

熔断器在整车高压系统中的应用在当下新能源汽车的应用中，根据应用场景的不同，其所选用的熔断器耐压水平通常为60VDC-1500VDC的电力熔断器，又根据其所安装的高压回路的不同，被分为主回路熔断器与辅回路熔断器。其中，主回路即动力回路，辅回路即高压用电器回路。除车载应用中使用了熔断器外，充电桩等充电基础设施同样需要此类熔断器对其相关电路进行保护，通常应用于此类产品中的熔断器多选用电压为150VDC-1000VDC的范围，且于电路中主要是对充电桩直流侧回路进行短路保护。随着新能源汽车高压平台的提升，原本适用于400V平台的电力熔断器为适应新的高压平台，其在耐压、抗流等性能方面也需同步得到提高，由此对熔断器的迭代被提升日程。同时在如对外放电、快充等用电场景增多的前提下，基于安全考虑，无论是对于传统400V平台还是提升后的800V甚至更高的平台而言，系统对于主动防护的需求正在逐渐提升。在此背景下，相较于传统的被动型电力熔断器，具有主动性、智能性的激励熔断器、智能熔断器等新产品在新能源汽车上正逐渐被应用。我们知道传统的电力熔断器就像是一根‘保险丝’，是一种被动的保护器件，其无法根据系统的需求主动执行保护动作。而激励熔断器通过对电子模块的集成，可在车辆发生如碰撞、涉水等情况时，通过接收来自VCU等控制单元的相关信号，并在毫秒级内对熔断器内部执行爆破动作，从而让系统电路实现开路，进而起到主动保护相关系统的作用。但鉴于产品价格与特性，该产品当前主要被特斯拉、宝马等部分企业应用于其相关车型的主回路中。图4

激励熔断器工作过程激励熔断器相对于传统电力熔断器，两者对比如下表：表1

激励熔断器与电力熔断器主要性能对比在激励熔断器的车载应用中，促使其主动执行断路动作的信号来源是控制单元，可若在车辆发生事故时控制单元或相关线束先发生故障，那么，此时的熔断信号将无法传出。为弥补此应用缺陷，在激励熔断器的基础上通过增加电流检测回路及相关硬件电路，以实现对系统电路电流的自检测以及自激励功能，让熔断器在新能源汽车的高压回路中具备更加智能化的应用，由此智能熔断器得以诞生。当前应用此类熔断器的车企有如特斯拉等企业，正是由于此产品在传统应用功能的基础上具备了更加智能的应用，因此国内部分主机厂也对此有所布局。图5

智能熔断器工作过程在新能源汽车快充应用及智能化的推动之下，新一代熔断器除需要具备可匹配新高压平台下的电压、电流以及相关执行性