Selecció de seguretat de fusibles d'alta-tensió per a vehicles d'energia nova: tecnologies clau per a cos de tubs ceràmics, extinció d'arc de CC i disseny d'instal·lacions

A mesura que el sistema de bateries d'energia dels vehicles d'energia nova evoluciona cap a una alta tensió, una gran capacitat i una gran potència, la seguretat elèctrica d'alta{0}}tensió s'ha convertit en un tema important en el disseny del vehicle i del sistema de bateries. Com a dispositiu clau de protecció contra sobreintensitat del circuit de la bateria d'alimentació, el fusible d'alta tensió -ha de tallar ràpidament el corrent de falla en condicions anormals, com ara curtcircuits i sobrecàrregues greus, i limitar la propagació de l'energia de la falla mitjançant una estructura fiable d'extinció d'arcs. Per tant, la tensió nominal, el corrent nominal, la capacitat de ruptura, el rendiment d'extinció de l'arc, l'aïllament i les capacitats de resistència a la calor del fusible estan directament relacionades amb la seguretat del sistema d'alta tensió-.

 

A diferència dels circuits tradicionals de baixa-tensió, les noves bateries d'energia dels vehicles d'energia produeixen corrent continu d'alta-tensió. No hi ha un punt d'encreuament de zero-natural per a CC i l'arc no s'extingeix fàcilment després d'un curtcircuit. Per tant, els fusibles de CC d'alta tensió-han de tenir capacitats especials de limitació de corrent i extinció d'arcs. Quan es produeix un curtcircuit greu al sistema de bateria d'alimentació, el fusible ha de completar la fusió de fusió, el control de l'arc i el tall de corrent en molt poc temps per evitar més danys a la bateria, els relés, els connectors i altres components d'alt-tensió pel corrent de falla.

 

 

 

Les bateries d'alimentació solen consistir en un gran nombre de cèl·lules individuals connectades en sèrie i en paral·lel per formar un paquet de bateries, i la seva capacitat d'emmagatzematge d'energia i l'energia de curt{0}}circuit són molt superiors als sistemes elèctrics de baixa-tensió normals. Un cop es produeix un curtcircuit al circuit principal, el corrent de falla pot augmentar ràpidament en molt poc temps. Sense una protecció fiable contra la sobreintensitat, la calor generada per un corrent anormal pot provocar un sobreescalfament dels conductors, danys als materials d'aïllament i fins i tot provocar accidents de seguretat tèrmica més greus.

 

Els fusibles d'alta tensió-s'instal·len normalment al circuit principal de la bateria d'alimentació, al circuit de càrrega o a altres llocs que requereixen un aïllament de fallades d'alta-energia. Quan es detecta una sobrecàrrega severa o un corrent de curt-circuit, la fosa arriba a la condició de fusió mitjançant el seu propi escalfament i utilitza el mitjà d'extinció de l'arc-intern per limitar l'arc, completant així el tall del corrent de falla en el temps especificat.

 

Per tant, el fusible no és un "fusible" en un sentit senzill, sinó un component actiu d'aïllament d'errors en el sistema d'alta-tensió dels vehicles de nova energia. El seu disseny ha de tenir en compte tant el funcionament de baixa-potència en condicions de treball normals com les capacitats de trencament d'alta-energia en condicions de fallada.

 

En els productes reals, estructures com el cos de ceràmica EV Fuse normalment han de tenir en compte la resistència mecànica, el rendiment d'aïllament, la resistència a la calor i la resistència a la pressió interna. Especialment per a aplicacions d'alta tensió i alt corrent, l'elecció del material del tub afectarà directament el marge de seguretat del fusible.

 

 

Els fusibles d'alta tensió-acostumen a consistir en una fosa, un cos de tub, un farcit d'extinció d'arcs, una tapa final i una estructura de connexió. Durant el funcionament normal, la fusió permet que el corrent de funcionament dins del rang especificat continuï passant, i la seva pròpia pèrdua de potència s'ha de controlar dins d'un rang raonable.

 

Quan el circuit està molt sobrecarregat o curt{0}}{0}}, la temperatura local de la fosa augmentarà ràpidament i es produirà un fusible.

 

Després que la fusió es trenqui, encara pot existir una alta energia d'arc al circuit. Per als sistemes de corrent continu, l'arc no es pot extingir basant-se en l'encreuament natural del zero de la CA, per la qual cosa és necessari absorbir energia, reduir la temperatura de l'arc i limitar el canal de l'arc mitjançant materials extintors d'arc.

 

Els mitjans d'extinció d'arc-granulars, com ara la sorra de quars, poden absorbir una gran quantitat de calor durant el procés de fusió i ajudar a formar un producte de fusió amb una gran resistència aïllant, completant així l'aïllament galvànic final.

 

Durant aquest procés, el cos de la canonada no només assumeix el paper de suport mecànic, sinó que també ha de suportar l'alta temperatura i la pressió interna generada durant el procés de fusió. Si la resistència mecànica, la resistència a la calor o el rendiment d'aïllament del cos de la canonada són insuficients, es poden produir problemes com la ruptura de la canonada, l'arc extern o la fallada de l'aïllament fins i tot si la fosa pot funcionar amb normalitat.

 

Per tant, el disseny del material del cos ceràmic per a fusibles EV no només se centra en les propietats mecàniques a temperatura normal, sinó que també ha de tenir en compte els efectes integrals de l'impacte instantani d'alta temperatura, alt voltatge i arc durant el procés de ruptura de curtcircuit.

 

 

Els fusibles d'alta-tensió dels vehicles d'energia nova s'instal·len normalment en caixes de bateries, caixes de distribució d'alta-tensió o altres llocs amb espai limitat. A causa de l'alt nivell d'integració en aquestes àrees, les condicions de dissipació de calor, l'espaiat d'instal·lació i els materials circumdants afectaran l'estat de funcionament del fusible.

 

Si el fusible està exposat a un ambient d'alta temperatura durant molt de temps, el material del tub ha de tenir una bona estabilitat tèrmica. Si el material s'estova, envelleix, deforma o degrada les propietats aïllants sota estrès tèrmic sostingut, el marge de seguretat de tot el fusible es pot reduir.

 

Durant la interrupció de l'avaria, les temperatures de l'àrea local seran molt més altes que les temperatures de funcionament normals, de manera que els materials han de ser capaços de suportar no només les temperatures de funcionament contínues, sinó també els xocs tèrmics extrems-a curt termini. Això és especialment important per als vehicles d'energia nova perquè el corrent de falla del sistema de bateries pot tenir un gran nivell d'energia.

 

Els materials ceràmics tenen una alta resistència a la calor i propietats d'aïllament elèctric, de manera que s'utilitzen àmpliament en el cos del tub i l'estructura d'aïllament dels fusibles d'alta tensió{0}. Per a fusibles d'automòbils d'alta tensió-, el tub de ceràmica d'alúmina per a fusibles EV d'alta tensió pot oferir un millor rendiment integral entre aïllament, resistència a la calor i estabilitat mecànica.

 

 

 

Les ceràmiques d'alúmina són un tipus comú de material ceràmic aïllant elèctric amb una alta resistència a l'aïllament, resistència a la calor i resistència mecànica. En els fusibles d'alta tensió-, la ceràmica d'alúmina es pot utilitzar per formar un cos de tub aïllant estable per proporcionar un espai tancat fiable per al medi intern d'extinció de la fusió i l'arc-.

 

En comparació amb alguns materials aïllants orgànics, la ceràmica d'alúmina té una millor estabilitat dimensional en condicions d'alta temperatura i no s'estova i es crema tan fàcilment com els polímers inflamables. Per tant, en el sistema d'alta tensió-de vehicles d'energia nova amb alts requisits de seguretat contra incendis, els cossos de canonades ceràmiques tenen certs avantatges estructurals.

 

Per a fusibles de diferents nivells de tensió, es requereix un disseny complet basat en factors com ara l'espai lliure elèctric, la força d'aïllament, la resistència mecànica, la mida de la canonada i la pressió interna. Les especificacions específiques del tub de ceràmica d'alúmina per a fusibles elèctrics d'automòbil han de coincidir amb l'estructura de fusió i els paràmetres de ruptura de tot el fusible, i no es poden seleccionar només en funció de la mida del tub.

 

 

 

Quan seleccioneu un fusible d'alta tensió-, primer heu de determinar la tensió de funcionament màxima del sistema. La tensió nominal del fusible ha de poder cobrir la tensió de funcionament màxima del sistema de bateria d'alimentació i deixar un marge raonable per al funcionament normal i les condicions transitòries.

 

El següent és el corrent nominal. El corrent nominal no es selecciona simplement en funció del corrent màxim de treball continu del vehicle. També s'ha d'avaluar exhaustivament en funció de la temperatura ambient, el mètode d'instal·lació, les condicions de dissipació de calor, el temps de treball continu i les fluctuacions actuals. Un corrent nominal excessivament petit pot provocar un escalfament freqüent o fins i tot fusibles falsos durant el funcionament normal, mentre que un corrent nominal excessivament gran pot reduir la velocitat de protecció de fallades.

 

La capacitat de ruptura també és un indicador important dels fusibles de corrent continu{0}}d'alta tensió. Els dissenyadors han de confirmar que el fusible pot tallar de manera segura el corrent de falla dins de l'interval especificat en funció del corrent màxim de curt-de la bateria d'alimentació, la impedància del sistema i l'estructura del circuit de falla.

 

A més, també cal parar atenció a les característiques temporals-actuals. Les velocitats de fusió dels diferents fusibles no són exactament les mateixes i s'han de seleccionar segons els requisits del sistema de protecció de curt-circuits, protecció de sobrecàrrega i protecció de coordinació del dispositiu.

 

 

El sistema de bateria d'alimentació pot enfrontar-se a dues condicions anormals: sobrecàrrega i curtcircuit alhora. La sobrecàrrega generalment es manifesta com el corrent de funcionament continua superant el rang de disseny normal, però el corrent de falla augmenta relativament lentament; un curtcircuit pot provocar que el corrent assoleixi ràpidament un nivell elevat en un període de temps molt curt.

 

Per a diferents tipus d'error, els fusibles han d'aconseguir les característiques de protecció corresponents mitjançant diferents dissenys de fusibles. Per tant, l'estructura del producte corresponent al cos de ceràmica per al fusible de protecció contra sobrecàrregues i curtcircuits s'ha de dissenyar juntament amb la fusió, el farciment i la capacitat de ruptura nominal.

 

Per als sistemes d'alta-tensió de vehicles d'energia nova, els fusibles també han de formar una relació de protecció coordinada amb els contactors, els circuits de precàrrega, el BMS i els sistemes de distribució d'alta-tensió. La millora de la capacitat de protecció d'un determinat dispositiu per si sol no pot substituir l'estratègia de protecció de tot el sistema d'alta-tensió.

 

 

Una dificultat tècnica bàsica dels fusibles de corrent continu d'alta-tensió és el control de l'arc. Després que la fusió es fongui, es pot formar un arc-d'alta temperatura entre les dues fractures. Si l'arc continua, no es pot aconseguir realment l'aïllament elèctric.

 

El farciment d'extinció de l'arc i l'estructura del tub determinen conjuntament el procés de refredament, segmentació i desionització de l'arc. El cos estable del tub ceràmic pot mantenir la integritat de l'estructura interna durant el procés de fusió, proporcionant un espai tancat i estable per al procés d'extinció de l'arc.

 

Per als fusibles d'automòbils de corrent continu, l'estructura ceràmica que utilitza Ceramic per a fusibles d'automòbils de corrent continu s'ha de combinar i dissenyar en funció de la tensió, el corrent, la capacitat de ruptura i la pressió interna. El rendiment d'aïllament del material és només la base, i el producte real encara s'ha de verificar mitjançant una prova completa de ruptura de curt-circuit.

 

 

El sistema d'alta-tensió dels vehicles d'energia nova acostuma a tenir un alt voltatge de CC, de manera que, a més de la protecció contra sobreintensitat, el fusible també ha de mantenir una capacitat d'aïllament suficient durant les condicions de treball normals i després de la fusió.

 

El disseny d'aïllament implica la rigidesa dielèctrica del propi material, així com les distàncies de fuga, les separacions elèctriques, les estructures finals i l'entorn d'instal·lació. Si el fusible d'alta tensió-està massa a prop de l'estructura metàl·lica circumdant, o si hi ha contaminació o condensació a la superfície, el marge d'aïllament real es pot reduir.

 

Per a l'aïllament d'estructures ceràmiques com ara el cos aïllant de ceràmica d'esteatita elèctrica, el sistema de material i les dimensions estructurals s'han de determinar en funció dels nivells de tensió i condicions ambientals específics. Els vehicles d'energia nova també experimentaran canvis de temperatura, canvis d'humitat, vibracions mecàniques i impactes a la carretera durant el funcionament real, de manera que l'estructura d'aïllament ha de tenir estabilitat-a llarg termini.

 

 

 

A més del rendiment del fusible en si, la ubicació d'instal·lació també afecta la seguretat del sistema. Els fusibles d'alta tensió-s'han d'evitar en llocs sobreamuntegats, amb condicions de dissipació de calor extremadament pobres o susceptibles a danys mecànics.

 

Si l'espai d'instal·lació està a prop d'una font de calor elevada de la bateria d'alimentació, cal avaluar la conducció de calor, la radiació de calor i el flux d'aire. Per a les estructures que requereixen manteniment i substitució, també s'han de tenir en compte l'espai operatiu per al personal de manteniment i els requisits d'aïllament de seguretat d'alta tensió-.

 

En els sistemes de distribució d'energia d'alta tensió-, els fusibles normalment s'han de disposar juntament amb contactors, relés, barres i terminals de connexió. Per a estructures de canonades com la carcassa de ceràmica per a Fuse Link, l'espai circumdant no només afecta la dissipació de calor, sinó que també està relacionat amb la distància de seguretat en condicions de fallada.
 

 

La verificació dels fusibles d'alta-tensió per als vehicles d'energia nova hauria de cobrir tant el funcionament normal com les condicions de treball anormals. En condicions de treball normals, s'ha de prestar atenció a l'augment de la temperatura, la capacitat de càrrega de corrent contínua, l'estabilitat de la resistència i el rendiment d'aïllament; en condicions de treball anormals, cal centrar-se en verificar la sobrecàrrega, el curtcircuit, la capacitat de ruptura i la capacitat de suportar corrents extrems.

 

A més, l'avaluació de la fiabilitat ambiental s'ha de dur a terme en funció de l'entorn d'ús real dels vehicles d'energia nova, incloses proves com ara cicles d'alta i baixa temperatura, calor i humitat, vibracions, xocs mecànics i-energització a llarg termini.

 

Per als productes que utilitzen cossos de tubs ceràmics d'alúmina, també cal centrar-se en la consistència dimensional, la qualitat de la superfície, la resistència mecànica i la fiabilitat del muntatge de la ceràmica mateixa amb les peces metàl·liques finals. Els paràmetres del material del tub de ceràmica d'alúmina Al2O3 per a fusibles d'alta -tensió només poden reflectir realment el nivell de seguretat del producte si es verifiquen juntament amb l'estructura general del fusible.
 

 

A mesura que la plataforma de tensió de les bateries d'energia continua augmentant, els sistemes d'alta tensió -s'estan desenvolupant gradualment de la plataforma tradicional de centenars de volts a nivells de voltatge més alts. Una tensió més alta del sistema pot reduir el corrent de funcionament amb la mateixa potència, reduint així les pèrdues de conductors en arnes de cables i barres, però al mateix temps també exigeix ​​més aïllament, extinció d'arcs i protecció contra fallades.

 

Una de les direccions futures de desenvolupament dels fusibles d'alta{0}}tensió és la miniaturització i l'alta densitat de potència. L'espai limitat d'instal·lació del vehicle requereix que el fusible redueixi encara més la seva mida, mantenint la seva capacitat de ruptura i millorant la seva capacitat de gestió d'energia de falla per unitat de volum.

 

Una altra direcció important és l'optimització dels materials. El tub aïllant de ceràmica d'alúmina per a fusible requereix un equilibri entre la rigidesa dielèctrica, l'estabilitat tèrmica, la resistència mecànica i la consistència del processament. A mesura que augmenta l'estandardització de les plataformes de vehicles d'energia nova, la precisió dimensional i la consistència del lot dels cossos de tubs ceràmics també es convertiran en indicadors de fabricació importants.

 

A més, la integració de fusibles i sistemes de distribució d'energia d'alta{0}}tensió seguirà augmentant. Les futures solucions de protecció d'alta-tensió no només hauran de tenir en compte el rendiment dels fusibles individuals, sinó que també requereixen una coordinació a nivell-del sistema amb contactors, circuits de precàrrega, BMS, connectors d'alta-tensió i barres.

 

 

Des de la perspectiva del disseny de seguretat, el material del cos del tub fusible d'alta tensió -ha de complir almenys diversos requisits bàsics: té una resistència mecànica suficient per suportar la pressió interna generada pel procés de trencament; té un rendiment d'aïllament estable per complir els-requisits de funcionament a llarg termini del sistema d'alta-tensió; té una bona resistència a la calor per mantenir l'estabilitat estructural en ambients de temperatura anormalment altes; també ha de tenir una bona consistència dimensional per garantir una relació de muntatge precisa entre la massa fosa, el farciment i l'estructura final.

 

Per a aplicacions de vehicles d'energia nova d'alt-tensió, el tub de ceràmica d'alúmina al 95% per a fusibles d'alta tensió és una solució representativa de material de tubs ceràmics.

 

La seva aplicació real encara s'ha de verificar en funció de la tensió nominal del fusible específic, el corrent nominal, el corrent de curt{0}}circuit i l'estructura mecànica.

 

Per a diferents tipus de circuits auxiliars, també hi ha diferències en la mida i els paràmetres de protecció dels fusibles. Per exemple, els fusibles auxiliars de vehicles elèctrics amb carrosseria ceràmica són més adequats per a la concordança segons el corrent de funcionament, la tensió nominal, l'espai d'instal·lació i altres condicions del circuit d'alimentació auxiliar, en lloc d'aplicar simplement els paràmetres de disseny del circuit principal de la bateria d'alimentació.

 

 

 

La seguretat dels fusibles d'alta-tensió de vehicles d'energia nova no està determinada per un únic paràmetre, sinó pel disseny de la fosa, el medi d'extinció de l'arc, el material del tub, l'estructura final, el mètode d'instal·lació i l'estratègia de protecció del sistema d'alta-tensió.

 

En els sistemes de corrent continu d'alta -tensió, els fusibles han de limitar ràpidament l'energia després que es produeixi una fallada, alhora que garanteixen que l'arc generat durant el procés de ruptura no provoqui danys secundaris a les estructures circumdants. Per tant, és necessari un co-disseny entre materials, paràmetres estructurals i elèctrics.

 

Per a aplicacions d'automoció d'alta tensió{0},Tub de ceràmica d'alúmina per a fusibles d'automoció d'alt{0}}tensióno només assumeix les funcions d'aïllament i suport mecànic, sinó que també participa en tot el procés de control d'energia de fallada del fusible. A mesura que els vehicles d'energia nova es desenvolupen cap a l'alta tensió, l'alta potència i l'alta integració, la importància d'aquest concepte de disseny a nivell-del sistema augmentarà encara més.

 

En general, la selecció de fusibles d'alta-tensió no només s'ha de centrar en els dos paràmetres bàsics de tensió nominal i corrent nominal, sinó que també ha de tenir en compte el màxim de corrent de curt-circuit, les característiques de temps-actuals, la capacitat de ruptura, la temperatura ambient, la distància d'aïllament, la ubicació de la instal·lació i el manteniment.