L'última línia de defensa en sistemes d'emmagatzematge d'energia: anàlisi de tecnologia de fusibles de CC

En els sistemes d'emmagatzematge d'energia, els fusibles de corrent continu, com a components de protecció crítics, tenen la responsabilitat principal d'interrompre ràpidament el corrent de falla en condicions extremes de curt-circuit. Aconsegueixen l'aïllament físic del circuit mitjançant el mecanisme de fusió tèrmica de l'element fusible en condicions de sobrecàrrega o curt{2}}circuit, amb una velocitat de resposta ràpida, una gran capacitat de ruptura i una gran fiabilitat estructural. Especialment en sistemes de corrent continu-d'alta tensió, quan es combinen amb materials d'aïllament d'alt-com ara la ceràmica per a fusibles d'automòbil de corrent continu, el nivell de seguretat global del sistema es pot millorar significativament.

 

 

 

Un fusible de CC d'emmagatzematge d'energia típic consta de tres parts: l'element fusible, la carcassa i el medi d'extinció de l'arc-. L'element fusible acostuma a estar fet de materials basats en plata o coure-, i la posició i el temps de fusió es controlen mitjançant un disseny d'estructura de coll multi-. La carcassa està feta majoritàriament de materials ceràmics-d'alta resistència, com ara un 95% de ceràmica d'alumini, per suportar l'alta temperatura i l'estrès mecànic generats en el moment de la fusió. El farciment intern de sorra de quars s'utilitza per absorbir ràpidament l'energia de l'arc, aconseguint una extinció efectiva de l'arc.

 

Quan el corrent supera el valor nominal i s'acumula a una certa energia (I²t), l'element fusible es fon ràpidament i es vaporitza per formar una ruptura. Aleshores, l'arc elèctric es trenca i s'extingeix per l'acció de la sorra de quars; tot el procés es pot completar en microsegons. De manera semblant al disseny estructural d'un tub de ceràmica per a fusibles d'alta tensió, això evita eficaçment la reinici de l'arc en entorns d'alta tensió-, garantint la seguretat del sistema.

 

 

Els fusibles de CC per a l'emmagatzematge d'energia es classifiquen normalment segons l'estàndard IEC 60269. Segons la capacitat de trencament i l'escenari d'aplicació, es poden dividir en tipus gG, aR, gR i gPV. Entre aquests, els tipus gR i gG són adequats per a la protecció de clúster de bateries i bus, mentre que el tipus aR s'utilitza principalment per a la protecció de semiconductors d'energia.

 

En els sistemes de corrent continu d'alt -tensió, l'estabilitat estructural dels fusibles depèn molt de l'aïllant ceràmic, com ara el cos de ceràmica per a la protecció contra sobrecàrregues i curtcircuits. Aquest aïllant no només proporciona suport mecànic sinó que també té un paper crucial en l'aïllament elèctric, formant una base important per aconseguir una gran capacitat de ruptura.

 

 

Segons la seva forma estructural, els fusibles de CC d'emmagatzematge d'energia es divideixen principalment en tres categories: tipus de tub rodó, tipus cuboide i tipus de placa plana.

 

Els fusibles de tipus de tub rodó utilitzen principalment una estructura de tub ceràmic, com ara el tub de ceràmica per a fusible EV DC, adequat per a escenaris d'aplicació estandarditzats; Els fusibles de tipus cuboide es fixen amb cargols i són adequats per a sistemes d'alta tensió i corrent. La seva estructura interna normalment utilitza una carcassa de ceràmica d'alta-densitat per millorar la dissipació de calor i la resistència mecànica.

 

Els fusibles de placa plana (tipus de fulla) s'utilitzen principalment dins dels mòduls de bateries. La seva estructura de baixa-alçada facilita un disseny compacte. En alguns sistemes altament integrats, els fusibles també es poden integrar amb caixes d'alta-tensió com a unitats modulars. Els components estructurals de ceràmica, com la carcassa de ceràmica per a Fuse Link, garanteixen el rendiment d'aïllament alhora que tenen en compte la compacitat i la fiabilitat de l'estructura.

 

 

El rendiment d'un fusible de corrent continu està determinat principalment per paràmetres com la integral de Joule (I²t), la tensió nominal, el corrent nominal i la capacitat de ruptura. I²t reflecteix la capacitat de suport energètic d'un fusible i és un indicador clau per evitar mal funcionament. La tensió nominal ha de coincidir amb el nivell de tensió del sistema per evitar la reencesa de l'arc després que s'hagi bufat el fusible.

 

En entorns operatius d'alta-temperatura, l'estabilitat dels materials ceràmics és especialment important. Per exemple, el cos fos de ceràmica d'esteatita elèctrica aïllant té excel·lents propietats d'aïllament i resistència a la calor, que garanteixen un funcionament estable a llarg termini del fusible en entorns superiors als 50 graus. Simultàniament, el poder de ruptura ha de cobrir la intensitat màxima de curt-circuit del sistema; Actualment, els sistemes d'emmagatzematge d'energia convencionals utilitzen habitualment productes amb una capacitat de ruptura de 100 kA o superior.

 

 

En els sistemes d'emmagatzematge d'energia, els fusibles de corrent continu es col·loquen principalment en nodes clau, com ara el terminal positiu dels grups de bateries, la barra colectora i el costat de corrent continu del PCS. Al costat del clúster de bateries, s'utilitzen per aïllar errors d'un sol-clúster; al costat de les barres, proporcionen protecció a nivell-del sistema; i pel costat de PCS, protegeixen els dispositius d'alimentació com els IGBT.

 

Les diferents ubicacions d'aplicació requereixen diferents dissenys estructurals. Per exemple, en els escenaris d'integració de vehicles elèctrics i emmagatzematge d'energia, la ceràmica per a fusibles de vehicles elèctrics i híbrids s'utilitza sovint com a material d'aïllament bàsic per complir els requisits de fiabilitat en entorns d'alta vibració, alta temperatura i alta tensió.

 

 

 

La selecció de fusibles requereix una consideració exhaustiva de la concordança de tensió, la concordança de corrent, la coordinació I²t i la capacitat de ruptura. El corrent nominal es selecciona normalment entre 1,2 i 1,5 vegades el corrent màxim de funcionament del sistema, alhora que es té en compte la reducció de la temperatura. A més, en els sistemes de protecció multi-nivell, s'ha de garantir la coordinació selectiva, és a dir, primer els fusibles de-nivell inferior.

 

Pel que fa a la selecció d'estructura, es recomana que els sistemes d'alta tensió -utilitzin una estructura cuboide combinada amb materials ceràmics-d'alta resistència, com ara Alumina Ceramic for Bolted Connect EV Fuse, per garantir una estabilitat mecànica i un rendiment d'aïllament excel·lents sota sobretensions de corrent elevats.

 

 

A mesura que els sistemes d'emmagatzematge d'energia es desenvolupen cap a nivells de tensió més alts (per sobre de 1500 V), s'imposen requisits més alts sobre la capacitat d'extinció d'arc-i el rendiment del material dels fusibles. Els futurs productes evolucionaran cap a una major capacitat de trencament, miniaturització i intel·ligència, com ara la integració de funcions d'indicació de fusibles i monitorització remota.

 

A nivell de materials, l'aplicació de ceràmica d'alúmina d'alta -puresa i estructures ceràmiques compostes millorarà encara més el rendiment. Estructures com ara el tub de ceràmica per a l'enllaç de fusible del carregador d'EV i el cos de ceràmica per a la sèrie Fuse Bolted s'estan convertint gradualment en solucions principals en el camp de la protecció de corrent continu d'alta tensió-.
 

 

 

Com a dispositiu de protecció bàsic en sistemes d'emmagatzematge d'energia, el rendiment dels fusibles de CC afecta directament la seguretat i l'estabilitat del sistema. Amb el ràpid desenvolupament de les indústries de vehicles elèctrics i d'emmagatzematge d'energia, la demanda de components estructurals de fusibles amb alta fiabilitat i alt rendiment d'aïllament continua creixent.

 

Centrant-nos en aquesta tendència, ens centrem en la investigació, el desenvolupament i la fabricació de components estructurals ceràmics d'alt rendiment-, proporcionant múltiples solucions de sèries de productes, com araCos de ceràmica EV Fuse, Cos de ceràmica per a fusible EV i Cos de ceràmica per a fusible auxiliar de vehicle elèctric. Aprofitant la tecnologia de ceràmica d'alúmina madura i les capacitats de fabricació de precisió, pot proporcionar un aïllament estable i fiable i un suport estructural per a fusibles de CC d'alta tensió-, complint els estrictes requisits d'aplicació de la nova energia, els vehicles elèctrics i els sistemes d'emmagatzematge d'energia.