Selecția de siguranță a siguranțelor-de înaltă tensiune pentru vehicule cu energie nouă: tehnologii cheie pentru corpul tubului ceramic, stingerea arcului de curent continuu și proiectarea instalației

Pe măsură ce sistemul de baterii de putere al vehiculelor cu energie noi se dezvoltă spre înaltă tensiune, capacitate mare și putere mare, siguranța electrică de înaltă{0}}tensiune a devenit o problemă importantă în proiectarea vehiculului și a sistemului de baterii. Fiind un dispozitiv cheie de protecție la supracurent în circuitul bateriei de alimentare, siguranța de -tensiune înaltă trebuie să întrerupă rapid curentul de defect în condiții anormale, cum ar fi scurtcircuit și suprasarcină severă, și să limiteze răspândirea energiei de defecțiune printr-o structură fiabilă de stingere a arcului. Prin urmare, tensiunea nominală, curentul nominal, capacitatea de întrerupere, performanța de stingere a arcului, izolația și capacitățile de rezistență la căldură ale siguranței sunt direct legate de siguranța sistemului de-înaltă tensiune.

 

Spre deosebire de circuitele tradiționale de joasă-tensiune, noile baterii de energie pentru vehicule produc curent continuu de-înaltă tensiune. Nu există un punct de trecere natural cu zero-pentru DC, iar arcul nu se poate stinge ușor după ce apare un scurtcircuit. Prin urmare, siguranțele DC de-înaltă tensiune trebuie să aibă capacități speciale de limitare a curentului și de stingere a arcului. Atunci când are loc un scurtcircuit grav în sistemul de alimentare a bateriei, siguranța trebuie să finalizeze topirea, controlul arcului și întreruperea curentului într-un timp foarte scurt pentru a evita deteriorarea ulterioară a bateriei, releelor, conectorilor și altor componente de înaltă-tensiune din cauza curentului de defect.

 

 

 

Bateriile de putere constau de obicei dintr-un număr mare de celule unice conectate în serie și paralel pentru a forma un pachet de baterii, iar capacitatea lor de stocare a energiei și energia de scurt{0}}circuit sunt mult mai mari decât sistemele electrice obișnuite de joasă-tensiune. Odată ce apare un scurtcircuit în circuitul principal, curentul de defect poate crește rapid într-un timp foarte scurt. Fără o protecție fiabilă la supracurent, căldura generată de curentul anormal poate provoca supraîncălzirea conductorilor, deteriorarea materialelor de izolație și chiar cauza accidentelor de siguranță termică mai grave.

 

Siguranțele de-înaltă tensiune sunt instalate de obicei în circuitul principal al bateriei de alimentare, circuitul de încărcare sau în alte locații care necesită izolarea defecțiunilor de-energie ridicată. Când este detectată o suprasarcină severă sau un curent de scurt-circuit, topitura ajunge la starea de topire prin propria încălzire și folosește mijlocul de stingere a arcului intern-pentru a limita arcul, completând astfel întreruperea curentului de defect în timpul specificat.

 

Prin urmare, siguranța nu este o „siguranță” într-un sens simplu, ci o componentă activă de izolare a defecțiunilor în sistemul de-înaltă tensiune al vehiculelor cu energie nouă. Designul său trebuie să ia în considerare atât funcționarea cu putere redusă-în condiții normale de lucru, cât și capabilitățile ridicate de rupere de-energie în condiții de defecțiune.

 

În produsele reale, structurile precum EV Fuse Ceramic Body trebuie de obicei să țină cont de rezistența mecanică, performanța izolației, rezistența la căldură și rezistența la presiunea internă. În special pentru aplicații de înaltă tensiune și curent ridicat, alegerea materialului tubului va afecta direct marja de siguranță a siguranței.

 

 

Siguranțele de-înaltă tensiune constau, de obicei, dintr-o topitură, corp de tub, umplutură de stingere a arcului, capac de capăt și structură de conectare. În timpul funcționării normale, topirea permite curentului de funcționare din intervalul specificat să continue să treacă, iar pierderea de putere proprie trebuie controlată într-un interval rezonabil.

 

Când circuitul este supraîncărcat sau scurt{0}}circuitat, temperatura locală a topiturii va crește rapid și va apărea o siguranță.

 

După ce topirea se rupe, în circuit poate exista încă o energie mare a arcului. Pentru sistemele de curent continuu, arcul nu poate fi stins bazându-se pe trecerea naturală cu zero a AC, deci este necesar să se absoarbă energie, să se reducă temperatura arcului și să se limiteze canalul arcului prin materialele de stingere a arcului.

 

Mijloacele de stingere cu arc granular-cum ar fi nisipul de cuarț pot absorbi o cantitate mare de căldură în timpul procesului de topire și pot ajuta la formarea unui produs de topire cu rezistență ridicată a izolației, completând astfel izolarea galvanică finală.

 

În timpul acestui proces, corpul țevii nu numai că își asumă rolul de suport mecanic, dar trebuie și să reziste la temperaturi ridicate și presiune internă generate în timpul procesului de topire. Dacă rezistența mecanică, rezistența la căldură sau performanța de izolație a corpului țevii este insuficientă, pot apărea probleme precum ruperea țevii, arcul extern sau defecțiunea izolației chiar dacă topitura în sine poate funcționa normal.

 

Prin urmare, designul material al corpului ceramic pentru siguranțe EV nu se concentrează numai pe proprietățile mecanice la temperatură normală, ci trebuie să ia în considerare și efectele cuprinzătoare ale temperaturii ridicate instantanee, tensiunii înalte și impactului arcului în timpul procesului de întrerupere a scurtcircuitului.

 

 

Siguranțele de-înaltă tensiune ale vehiculelor cu energie nouă sunt instalate de obicei în cutii de baterii, cutii de-distribuție de înaltă tensiune sau în alte locații cu spațiu limitat. Datorită nivelului ridicat de integrare în aceste zone, condițiile de disipare a căldurii, distanța la instalare și materialele din jur vor afecta toate starea de funcționare a siguranței.

 

Dacă siguranța este expusă la un mediu cu temperatură ridicată pentru o perioadă lungă de timp, materialul tubului trebuie să aibă o stabilitate termică bună. Dacă materialul se înmoaie, îmbătrânește, se deformează sau degradează proprietățile de izolare sub presiune termică susținută, marja de siguranță a întregii siguranțe poate fi redusă.

 

În timpul întreruperii defecțiunii, temperaturile zonei locale vor fi mult mai mari decât temperaturile normale de funcționare, astfel încât materialele trebuie să poată rezista nu numai la temperaturi de funcționare continue, ci și la șocuri termice extreme pe termen scurt-. Acest lucru este deosebit de important pentru vehiculele cu energie nouă, deoarece curentul de defect al sistemului de baterie de putere poate avea un nivel mare de energie.

 

Materialele ceramice au rezistență ridicată la căldură și proprietăți de izolare electrică, așa că sunt utilizate pe scară largă în corpul tubului și în structura de izolație a siguranțelor de-înaltă tensiune. Pentru siguranțele auto de înaltă-tensiune, tubul ceramic din alumină pentru siguranța EV de înaltă tensiune poate oferi o performanță mai bună între izolație, rezistență la căldură și stabilitate mecanică.

 

 

 

Ceramica cu alumină este un tip comun de material ceramic izolator electric, cu rezistență ridicată la izolație, rezistență la căldură și rezistență mecanică. În siguranțele de-înaltă tensiune, ceramica de alumină poate fi utilizată pentru a forma un corp de tub izolator stabil pentru a oferi un spațiu închis de încredere pentru mediul de stingere a topiturii și arcului-intern.

 

În comparație cu unele materiale izolante organice, ceramica cu alumină are o stabilitate dimensională mai bună în condiții de temperatură ridicată și nu se înmoaie și nu ard la fel de ușor ca polimerii inflamabili. Prin urmare, în sistemul de-înaltă tensiune al vehiculelor cu energie nouă cu cerințe ridicate de siguranță la incendiu, corpurile de țevi ceramice au anumite avantaje structurale.

 

Pentru siguranțe de diferite niveluri de tensiune, este necesară o proiectare cuprinzătoare, bazată pe factori precum spațiul electric, rezistența izolației, rezistența mecanică, dimensiunea țevii și presiunea internă. Specificațiile specifice ale tubului ceramic de alumină pentru siguranța auto electrică trebuie să se potrivească cu structura topiturii și parametrii de rupere a întregii siguranțe și nu pot fi selectate numai pe baza dimensiunii tubului.

 

 

 

Când selectați o siguranță de -înaltă tensiune, mai întâi trebuie să determinați tensiunea maximă de funcționare a sistemului. Tensiunea nominală a siguranței ar trebui să poată acoperi tensiunea maximă de funcționare a sistemului de baterii de alimentare și să lase o marjă rezonabilă pentru funcționarea normală și condiții tranzitorii.

 

Urmează curentul nominal. Curentul nominal nu este selectat pur și simplu pe baza curentului maxim de lucru continuu al vehiculului. De asemenea, trebuie să fie evaluat cuprinzător pe baza temperaturii ambientale, a metodei de instalare, a condițiilor de disipare a căldurii, a timpului de lucru continuu și a fluctuațiilor curentului. Un curent nominal excesiv de mic poate provoca încălzire frecventă sau chiar siguranțe false în timpul funcționării normale, în timp ce un curent nominal excesiv de mare poate reduce viteza de protecție a erorilor.

 

Capacitatea de întrerupere este, de asemenea, un indicator important al siguranțelor de curent continuu de{0}}înaltă tensiune. Proiectanții trebuie să confirme că siguranța poate întrerupe în siguranță curentul de defecțiune în intervalul specificat pe baza curentului maxim de scurt-circuit al bateriei de alimentare, impedanța sistemului și structura circuitului de defecțiune.

 

În plus, este necesar să se acorde atenție caracteristicilor curente-de timp. Vitezele de topire ale diferitelor siguranțe nu sunt exact aceleași și trebuie selectate în funcție de cerințele sistemului pentru protecția la scurt-circuit, protecția la suprasarcină și protecția coordonării dispozitivului.

 

 

Sistemul de alimentare cu baterii se poate confrunta cu două condiții anormale: suprasarcină și scurtcircuit în același timp. Suprasarcina se manifestă de obicei prin faptul că curentul de funcționare continuă să depășească intervalul normal de proiectare, dar curentul de defect crește relativ lent; un scurtcircuit poate face ca curentul să atingă rapid un nivel ridicat într-o perioadă foarte scurtă de timp.

 

Pentru diferite tipuri de defecțiuni, siguranțele trebuie să atingă caracteristicile de protecție corespunzătoare prin diferite modele de siguranță. Prin urmare, structura produsului corespunzătoare corpului ceramic pentru siguranța de protecție la suprasarcină și scurtcircuit trebuie proiectată împreună cu topitura, umplutura și capacitatea nominală de rupere.

 

Pentru sistemele de înaltă-tensiune pentru vehicule cu energie noi, siguranțele trebuie, de asemenea, să formeze o relație de protecție coordonată cu contactoarele, circuitele de preîncărcare, BMS și sistemele de distribuție de-înaltă tensiune. Îmbunătățirea capacității de protecție a unui anumit dispozitiv nu poate înlocui strategia de protecție a întregului sistem de-înaltă tensiune.

 

 

O dificultate tehnică de bază a siguranțelor DC de-înaltă tensiune este controlul arcului. După topirea topiturii, între cele două fracturi se poate forma un arc de temperatură înaltă-. Dacă arcul continuă, izolarea electrică nu poate fi realizată cu adevărat.

 

Umplutura de stingere a arcului și structura tubului determină împreună procesul de răcire, segmentare și deionizare a arcului. Corpul tubului ceramic stabil poate menține integritatea structurii interne în timpul procesului de topire, oferind un spațiu închis și stabil pentru procesul de stingere a arcului.

 

Pentru siguranțele auto DC, structura ceramică utilizată de Ceramic pentru siguranțe auto DC trebuie de obicei adaptată și proiectată pe baza tensiunii, curentului, capacității de rupere și presiunii interne. Performanța de izolație a materialului este doar baza, iar produsul real trebuie să fie verificat printr-un test complet de întrerupere a unui scurt-circuit.

 

 

Sistemul de înaltă-tensiune al vehiculelor cu energie nouă are de obicei o tensiune de curent continuu ridicată, așa că, pe lângă protecția la supracurent, siguranța trebuie să mențină o capacitate de izolație suficientă în timpul condițiilor normale de lucru și după fuziune.

 

Proiectarea izolației implică rezistența dielectrică a materialului în sine, precum și distanțele de curgere, degajările electrice, structurile de capăt și mediul de instalare. Dacă siguranța de-înaltă tensiune este prea aproape de structura metalică înconjurătoare sau dacă există contaminare sau condens pe suprafață, marginea reală de izolație poate fi redusă.

 

Pentru izolarea structurilor ceramice, cum ar fi corpul izolator electric cu steatită ceramică topită, sistemul de material și dimensiunile structurale trebuie determinate pe baza nivelurilor specifice de tensiune și a condițiilor de mediu. Vehiculele cu energie noi vor experimenta, de asemenea, schimbări de temperatură, schimbări de umiditate, vibrații mecanice și impacturi rutiere în timpul funcționării efective, astfel încât structura de izolație trebuie să aibă stabilitate-pe termen lung.

 

 

 

Pe lângă performanța siguranței în sine, locul de instalare afectează și siguranța sistemului. Siguranțele de înaltă-tensiune ar trebui evitate în locații supraaglomerate, au condiții extrem de slabe de disipare a căldurii sau sunt susceptibile la deteriorări mecanice.

 

Dacă spațiul de instalare este aproape de o sursă mare de căldură a bateriei de alimentare, trebuie evaluate conducția căldurii, radiația de căldură și fluxul de aer. Pentru structurile care necesită întreținere și înlocuire, spațiul de operare pentru personalul de întreținere și cerințele de izolare de siguranță de înaltă-tensiune ar trebui, de asemenea, luate în considerare pe deplin.

 

În sistemele de distribuție a energiei de înaltă tensiune-, siguranțele trebuie de obicei prevăzute împreună cu contactoare, relee, bare colectoare și terminale de conectare. Pentru structurile de conducte, cum ar fi carcasa ceramică pentru legătura fuzibilă, spațiul înconjurător nu numai că afectează disiparea căldurii, ci este și legat de distanța de siguranță în condiții de defecțiune.
 

 

Verificarea siguranțelor de-înaltă tensiune pentru vehiculele cu energie nouă ar trebui să acopere atât funcționarea normală, cât și condițiile anormale de lucru. În condiții normale de lucru, trebuie acordată atenție creșterii temperaturii, capacității de transport continuu a curentului, stabilității rezistenței și performanței izolației; în condiții anormale de lucru, este necesar să se concentreze asupra verificării suprasarcinii, scurtcircuitului, capacității de rupere și capacității de a rezista la curenți extremi.

 

În plus, evaluarea fiabilității mediului trebuie efectuată pe baza mediului de utilizare real al vehiculelor cu energie nouă, inclusiv teste precum cicluri de temperatură înaltă și scăzută, căldură și umiditate, vibrații, șocuri mecanice și energizare-pe termen lung.

 

Pentru produsele care utilizează corpuri de tuburi ceramice din alumină, este, de asemenea, necesar să se concentreze pe consistența dimensională, calitatea suprafeței, rezistența mecanică și fiabilitatea asamblarii ceramicii în sine cu părțile metalice de capăt. Parametrii de material ai tubului ceramic de alumină Al2O3 pentru siguranța de -înaltă tensiune pot reflecta cu adevărat nivelul de siguranță al produsului numai dacă sunt verificați împreună cu structura generală a siguranței.
 

 

Pe măsură ce platforma de tensiune a bateriilor de putere continuă să crească, sistemele de-tensiune înaltă se dezvoltă treptat de la platforma tradițională de sute de volți la niveluri de tensiune mai ridicate. Tensiunea mai mare a sistemului poate reduce curentul de funcționare la aceeași putere, reducând astfel pierderile de conductor în cablajele de fire și barele colectoare, dar, în același timp, impune și cerințe mai mari privind izolarea, stingerea arcului și protecția împotriva defecțiunilor.

 

Una dintre direcțiile viitoare de dezvoltare a siguranțelor de-înaltă tensiune este miniaturizarea și densitatea mare de putere. Spațiul limitat de instalare al vehiculului necesită ca siguranța să își reducă și mai mult dimensiunea, menținând în același timp capacitatea de rupere și să își îmbunătățească capacitatea de gestionare a energiei defectelor pe unitate de volum.

 

O altă direcție importantă este optimizarea materialelor. Tubul izolator ceramic din alumină pentru siguranță necesită un echilibru între rezistența dielectrică, stabilitatea termică, rezistența mecanică și consistența procesării. Pe măsură ce standardizarea platformelor de vehicule cu energie nouă crește, precizia dimensională și consistența lotului a corpurilor de tuburi ceramice vor deveni, de asemenea, indicatori importanți de producție.

 

În plus, integrarea siguranțelor și a sistemelor de distribuție a energiei de înaltă{0}}tensiune va continua să crească. Viitoarele soluții de protecție la-tensiune înaltă nu vor trebui să ia în considerare doar performanța siguranței individuale, ci și coordonarea-la nivel de sistem cu contactoare, circuite de preîncărcare, BMS, conectori de-înaltă tensiune și bare colectoare.

 

 

Din perspectiva proiectării siguranței, materialul corpului tubului cu siguranțe de înaltă{0}}tensiune ar trebui să îndeplinească cel puțin câteva cerințe de bază: are o rezistență mecanică suficientă pentru a rezista presiunii interne generate de procesul de rupere; are performanțe stabile de izolație pentru a îndeplini cerințele de funcționare pe termen lung-a sistemului de înaltă-tensiune; are o rezistență bună la căldură pentru a menține stabilitatea structurală în medii cu temperaturi anormal de ridicate; ar trebui să aibă, de asemenea, o consistență dimensională bună pentru a asigura o relație de asamblare precisă între topitură, umplutură și structura finală.

 

Pentru aplicații pentru vehicule cu energie nouă de înaltă-tensiune, tubul ceramic de alumină 95% pentru siguranța de înaltă tensiune este o soluție reprezentativă de material pentru tuburi ceramice.

 

Aplicația sa reală trebuie încă verificată pe baza tensiunii nominale a siguranței, a curentului nominal, a curentului de scurt-circuit și a structurii mecanice.

 

Pentru diferite tipuri de circuite auxiliare, există și diferențe în dimensiunea și parametrii de protecție a siguranțelor. De exemplu, siguranțele auxiliare pentru vehicule electrice cu caroserie ceramică sunt mai potrivite pentru potrivire în funcție de curentul de funcționare, tensiunea nominală, spațiul de instalare și alte condiții ale circuitului de alimentare auxiliară, mai degrabă decât aplicarea pur și simplu a parametrilor de proiectare ai circuitului principal al bateriei de alimentare.

 

 

 

Siguranța siguranțelor de înaltă-tensiune pentru vehicule cu energie nouă nu este determinată de un singur parametru, ci de proiectarea topiturii, mediu de stingere a arcului, materialul tubului, structura finală, metoda de instalare și strategia de protecție a sistemului de-înaltă tensiune.

 

În sistemele cu curent continuu de înaltă-tensiune, siguranțele trebuie să limiteze rapid energia după ce apare o defecțiune, asigurându-se în același timp că arcul generat în timpul procesului de rupere nu provoacă daune secundare structurilor din jur. Prin urmare, este necesară o co-proiectare între materiale, parametri structurali și electrici.

 

Pentru aplicații de-înaltă tensiune auto,Tub ceramic din alumină pentru siguranțe auto de înaltă tensiunenu numai că își asumă funcțiile de izolație și suport mecanic, dar participă și la întregul proces de control al energiei defectării siguranțelor. Pe măsură ce vehiculele cu energie nouă se dezvoltă spre înaltă tensiune, putere mare și integrare ridicată, importanța acestui concept de design la nivel de sistem-va crește și mai mult.

 

În general, selecția siguranțelor de-înaltă tensiune nu ar trebui să se concentreze numai pe cei doi parametri de bază: tensiunea nominală și curentul nominal, ci trebuie să ia în considerare și curentul maxim de scurt-circuit, caracteristicile curentului de timp-, capacitatea de întrerupere, temperatura ambiantă, distanța de izolație, locația de instalare și întreținerea.