在先进电池系统中，电力电子元件质量决定最终产品的质量，功能以及可靠性。在最新的电池电源管理与充电系统中着重强调使用宽带隙半导体和改进的功率拓扑。在先进的电子产品中，如果安全系统不能快速以及可靠地运行，整个电池系统可能遭受灾难性故障，可能严重影响产品及其用户。

对改进储能系统的需求

目前基本上每一个高级应用程序空间都需要下一代电池系统。智能电网能源系统需要更多的电力储存，像是先进电动车，这些需求都是紧密相关的。每一个空间都有自己的需要，但安全、可靠、经济的储能是其核心需求。

像是汽车安全等生命关键性领域，有自动保险装置子系统的重要性至关重要。新能源汽车的电池系统相当于燃油车的油箱，因为储存能量需要安全。在现代电池中有很多能量，灾难性的故障肯定会涉及热失控（火灾）。对新能源汽车火灾的宣传力度越大越可以引起人们对这一危险的注意，这就是为什么要解决安全问题来避免公共新能源汽车造成的不利影响。

在先进的电池系统中，更高的电池密度需要适当的安全协议和设备，因为功率水平在管理短路的问题中面临着非常严峻的挑战。为了建立一个坚固安全的系统，帮助确保在给定的车辆寿命内的可靠性，制造商必须将高性能部件集成到他们的设计中。

保险丝和接触器的作用

保险丝或类似设备是必要的电路保护零件，可以在特定条件下通过断开线路保护系统。保险丝的种类有许多种，但是每根导线的主要元件是一根工程导线，通常是金属，在因短路引起的温度升高的情况下，以有控方式进行故障（熔化）来评估。这种引起破坏性保护方法通过完全切断电源来确保电路的安全。

然而，这种短路还是有一些缺点的，最明显的就是负载下的电源电路不一定有恒定的电流。在需要高功率脉冲的设计中，电流的广泛工作范围促使使用更高电流的保险丝，可以避免造成不必要的跳闸，但是这使得系统更容易受到过热和热问题的影响。这一点以及保险丝的不可逆性已经导致越来越多的机电安全装置的使用，比如断路器，它们可以复位，因为它们不依赖破坏性元件的功能。

接触器是另一种机电保护设备，但是它不同于断路器的是接触器不会中断电路。接触器是设计直接连接到强流负载，由外部控制操作的大功率开关的设备。在需要高技能的情况下，电源连接器可以电路复位且存在高电流水平中作为首选。尽管在操作上与继电器相似，接触器在稳健性和控制和抑制切换时产生的电弧的可用功能方面有所不同。

在电池系统方面，高压接触器为混合动力和新能源汽车、充电系统和大功率工业应用提供安全的电路连续性。这些类型的接触器可以快速和安全地连接和重新连接电路，管理电弧和涌流情况。例如，在新能源汽车中，常开触点安全地将电池组连接到系统，在车辆不使用时断开。

更快更精确的解决方案

多种电路保护解决方案可以比保险丝更快地断开电路，还可以在不造成跳闸的情况下，更接近正常工作条件，从而比使用热保险丝造成的损坏可能性更小。其中一个解决方案是森萨塔电子技术有限公司的GIGAVAC品牌的GigaFuse，它是快速、密封、可以低点发热的机电设备，允许电路在精确电流下跳闸，并且具有显著降低电阻、消除热老化和提高系统效率的设计。

这种设备有被动和被动/主动两种组合，利用电流磁场，洛仑磁力来触发开启装置。下面的图片中显示GigaFuse是如何工作的，蓝线代表触发阈值，可以比保险丝更快地断开电路，更接近所需的工作条件。触发阈值的路径可以根据电路跳闸装置的结构进行调整。

在运行中产生少量低温的保险丝不受电路中热/冷循环引起的热老化和相关干扰跳闸的影响。随着时间的推移，温度循环会导致保险丝中的金属易脆，降低连接的物理完整性而缩短操作寿命。工程师们不论在什么温度情况下都应该快速并持续清洁保险丝。这些特性允许最终用户设计安全电路，同时降低接触器的性能要求。

正确选择保险丝也可以提高电路中接触器的性能。与错误保险丝配对的接触器实际上可以阻止保险丝工作。当接触器悬浮时，开始会消耗一些可以用来触发保险丝的能量，在接触器上加载电流。超负荷接触器可以防止保险丝“看到”短路，从而导致灾难性故障。

在大功率系统中，电气保护装置解决电路安全问题的能力并不局限于先进电池。在众多应用中，从移动控制到交替能量产生，都可以从这样一个组件的效率、热性能和速度中获益。这种快速作用的类型，密封机电装置对热老化或妨害跳闸是有问题的是有益的。

先进电池系统需要先进的保护方案，从提高电池安全和性能到鼓励电动汽车市场接受度提高。下一代电池系统中的高强度电流水平和高功率密度同样需要高性能的安全元件。像GigaFuse这样的电路保护解决方案使设计者能够提供当今和未来先进电池系统所需的保护级别。

来源：Markus Beck，森萨塔电子技术有限公司

（中国化学与物理电源行业协会  杨柳翻译）