Wybór bezpiecznych bezpieczników wysokonapięciowych-do pojazdów nowej generacji: kluczowe technologie korpusu lampy ceramicznej, gaszenie łuku prądu stałego i projekt instalacji

Ponieważ układ akumulatorów w pojazdach nowych źródeł energii rozwija się w kierunku wysokiego napięcia, dużej pojemności i dużej mocy, bezpieczeństwo elektryczne wysokiego napięcia stało się ważną kwestią przy projektowaniu pojazdu i układu akumulatorów. Jako kluczowe zabezpieczenie nadprądowe w obwodzie akumulatora, bezpiecznik wysokonapięciowy musi szybko odcinać prąd zwarciowy w nietypowych warunkach, takich jak zwarcie i poważne przeciążenie, oraz ograniczać rozprzestrzenianie się energii zwarciowej poprzez niezawodną konstrukcję gaszącą łuk. Dlatego napięcie znamionowe, prąd znamionowy, zdolność wyłączania, skuteczność gaszenia łuku, izolacja i odporność cieplna bezpiecznika są bezpośrednio związane z bezpieczeństwem systemu-wysokiego napięcia.

 

W odróżnieniu od tradycyjnych obwodów-niskiego napięcia, nowe akumulatory do pojazdów energetycznych wytwarzają prąd stały o wysokim-natężeniu. Nie ma naturalnego punktu przejścia przez zero-dla prądu stałego, a łuk nie może łatwo zgasnąć sam po wystąpieniu zwarcia. Dlatego bezpieczniki prądu stałego-wysokonapięciowego muszą mieć specjalne możliwości ograniczania prądu i gaszenia łuku. Kiedy w systemie akumulatora zasilającego wystąpi poważne zwarcie, bezpiecznik musi zakończyć topienie, kontrolę łuku i odcięcie prądu w bardzo krótkim czasie, aby uniknąć dalszego uszkodzenia akumulatora, przekaźników, złączy i innych elementów-pod wysokim napięciem przez prąd zwarciowy.

 

 

 

Akumulatory zasilające zwykle składają się z dużej liczby pojedynczych ogniw połączonych szeregowo i równolegle, tworząc pakiet akumulatorów, a ich pojemność magazynowania energii i energia zwarcia-są znacznie wyższe niż w przypadku zwykłych systemów elektrycznych niskiego-napięcia. Gdy w obwodzie głównym wystąpi zwarcie, prąd zwarciowy może gwałtownie wzrosnąć w bardzo krótkim czasie. Bez niezawodnego zabezpieczenia nadprądowego ciepło generowane przez nieprawidłowy prąd może spowodować przegrzanie przewodów, uszkodzenie materiałów izolacyjnych, a nawet spowodować poważniejsze wypadki związane z bezpieczeństwem termicznym.

 

Bezpieczniki-wysokonapięciowego są zwykle instalowane w głównym obwodzie akumulatora, obwodzie ładowania lub w innych miejscach, które wymagają-izolacji uszkodzeń związanych z wysoką energią. W przypadku wykrycia poważnego przeciążenia lub-prądu zwarciowego stopiony materiał osiąga stan topnienia poprzez własne nagrzewanie i wykorzystuje środek do gaszenia łuku wewnętrznego-w celu ograniczenia łuku, kończąc w ten sposób odcięcie prądu zwarciowego w określonym czasie.

 

Dlatego bezpiecznik nie jest „bezpiecznikiem” w prostym sensie, ale aktywnym elementem izolującym awarie w systemie-wysokiego napięcia pojazdów nowych źródeł energii. Jego projekt musi uwzględniać zarówno działanie przy niskim{{2} poborze mocy w normalnych warunkach pracy, jak i zdolność wyłączania-wysokiej energii w warunkach awarii.

 

W rzeczywistych produktach konstrukcje takie jak korpus ceramiczny EV Fuse zwykle muszą uwzględniać wytrzymałość mechaniczną, właściwości izolacyjne, odporność na ciepło i wytrzymałość na ciśnienie wewnętrzne. Szczególnie w przypadku zastosowań wysokiego napięcia i prądu wybór materiału rury będzie miał bezpośredni wpływ na margines bezpieczeństwa bezpiecznika.

 

 

Bezpieczniki wysokonapięciowe-składają się zazwyczaj ze stopu, korpusu rurki, wypełniacza gaszącego łuk, zaślepki i elementu łączącego. Podczas normalnej pracy stop umożliwia dalszy przepływ prądu roboczego w określonym zakresie, a jego własne straty mocy powinny być kontrolowane w rozsądnym zakresie.

 

Kiedy obwód jest poważnie przeciążony lub-zwarty, lokalna temperatura stopionego materiału gwałtownie wzrasta i następuje zadziałanie bezpiecznika.

 

Po przełamaniu się stopu w obwodzie może nadal występować wysoka energia łuku. W przypadku systemów prądu stałego łuku nie można ugasić, opierając się na naturalnym przejściu prądu przemiennego przez zero, dlatego konieczne jest pochłonięcie energii, obniżenie temperatury łuku i ograniczenie kanału łuku przez materiały gaszące łuk.

 

Granulowane środki gaśnicze-łukowe, takie jak piasek kwarcowy, mogą pochłaniać dużą ilość ciepła podczas procesu topienia i pomagać w tworzeniu produktu stapiającego o dużej wytrzymałości izolacji, kończąc w ten sposób ostateczną izolację galwaniczną.

 

Podczas tego procesu korpus rury nie tylko pełni rolę mechanicznego podparcia, ale także musi wytrzymać wysoką temperaturę i ciśnienie wewnętrzne powstające podczas procesu stapiania. Jeśli wytrzymałość mechaniczna, odporność cieplna lub właściwości izolacyjne korpusu rury są niewystarczające, mogą wystąpić problemy, takie jak pęknięcie rury, wyładowanie łukowe lub awaria izolacji, nawet jeśli sam stop może działać normalnie.

 

Dlatego konstrukcja materiału korpusu ceramicznego bezpieczników EV nie może skupiać się tylko na właściwościach mechanicznych w normalnej temperaturze, ale musi także uwzględniać kompleksowe skutki chwilowej wysokiej temperatury, wysokiego napięcia i uderzenia łuku podczas procesu wyłączania zwarcia.

 

 

Bezpieczniki-wysokonapięciowego w pojazdach nowych energii są zwykle instalowane w skrzynkach akumulatorów, skrzynkach rozdzielczych-wysokiego napięcia lub w innych miejscach o ograniczonej przestrzeni. Ze względu na wysoki poziom integracji w tych obszarach, warunki rozpraszania ciepła, odstępy między instalacjami i otaczające materiały będą miały wpływ na stan działania bezpiecznika.

 

Jeśli bezpiecznik jest narażony na działanie środowiska o wysokiej temperaturze przez długi czas, materiał rury musi mieć dobrą stabilność termiczną. Jeśli materiał mięknie, starzeje się, odkształca się lub pogarsza właściwości izolacyjne pod wpływem długotrwałego naprężenia termicznego, margines bezpieczeństwa całego bezpiecznika może zostać zmniejszony.

 

Podczas przerwania zwarcia lokalne temperatury będą znacznie wyższe niż normalne temperatury robocze, dlatego materiały muszą być w stanie wytrzymać nie tylko ciągłe temperatury robocze, ale także krótkotrwałe-ekstremalne szoki termiczne. Jest to szczególnie ważne w przypadku nowych pojazdów zasilanych energią, ponieważ prąd zwarciowy układu akumulatora może charakteryzować się dużym poziomem energii.

 

Materiały ceramiczne mają wysoką odporność na ciepło i właściwości izolacji elektrycznej, dlatego są szeroko stosowane w korpusie lampy i strukturze izolacji-bezpieczników wysokiego napięcia. W przypadku bezpieczników samochodowych-wysokonapięciowego rura ceramiczna z tlenku glinu do bezpieczników EV wysokiego napięcia może zapewnić lepsze kompleksowe działanie w zakresie izolacji, odporności na ciepło i stabilności mechanicznej.

 

 

 

Ceramika z tlenku glinu jest powszechnym rodzajem elektroizolacyjnego materiału ceramicznego o wysokiej rezystancji izolacji, odporności cieplnej i wytrzymałości mechanicznej. W bezpiecznikach-wysokonapięciowych ceramikę z tlenku glinu można zastosować do utworzenia stabilnego korpusu rury izolacyjnej, zapewniającej niezawodnie zamkniętą przestrzeń dla wewnętrznego środka gaśniczego topiącego i-łuku.

 

W porównaniu z niektórymi organicznymi materiałami izolacyjnymi, ceramika z tlenku glinu ma lepszą stabilność wymiarową w warunkach wysokiej temperatury i nie mięknie i nie pali się tak łatwo jak palne polimery. Dlatego w systemie-wysokonapięciowego pojazdów nowej generacji o wysokich wymaganiach w zakresie bezpieczeństwa pożarowego ceramiczne korpusy rurowe mają pewne zalety konstrukcyjne.

 

W przypadku bezpieczników o różnych poziomach napięcia wymagany jest kompleksowy projekt oparty na takich czynnikach, jak odstęp elektryczny, wytrzymałość izolacji, wytrzymałość mechaniczna, rozmiar rury i ciśnienie wewnętrzne. Specyficzne specyfikacje rurki ceramicznej z tlenku glinu do elektrycznych bezpieczników samochodowych muszą odpowiadać strukturze stopu i parametrom niszczenia całego bezpiecznika i nie można ich wybrać na podstawie samego rozmiaru rurki.

 

 

 

Wybierając bezpiecznik-wysokonapięciowy, należy najpierw określić maksymalne napięcie robocze systemu. Napięcie znamionowe bezpiecznika powinno być w stanie pokryć maksymalne napięcie robocze systemu akumulatorowego i pozostawić rozsądny margines dla normalnej pracy i warunków przejściowych.

 

Następny jest prąd znamionowy. Prąd znamionowy nie jest wybierany po prostu na podstawie maksymalnego ciągłego prądu roboczego pojazdu. Należy go również kompleksowo ocenić na podstawie temperatury otoczenia, metody instalacji, warunków odprowadzania ciepła, ciągłego czasu pracy i wahań prądu. Zbyt mały prąd znamionowy może powodować częste nagrzewanie się lub nawet fałszywe bezpieczniki podczas normalnej pracy, natomiast zbyt duży prąd znamionowy może zmniejszyć prędkość działania zabezpieczenia przed zwarciem.

 

Zdolność wyłączania jest także ważnym wskaźnikiem-wysokonapięciowych bezpieczników prądu stałego. Projektanci muszą potwierdzić, że bezpiecznik może bezpiecznie odciąć prąd zwarciowy w określonym zakresie w oparciu o maksymalny-prąd zwarciowy akumulatora mocy, impedancję systemu i strukturę obwodu zwarciowego.

 

Ponadto należy zwrócić uwagę na charakterystykę czasową-prądową. Prędkości topienia różnych bezpieczników nie są dokładnie takie same i należy je wybrać zgodnie z wymaganiami systemu w zakresie-zabezpieczenia przed zwarciem, zabezpieczeniem przed przeciążeniem i zabezpieczeniem koordynacji urządzeń.

 

 

W systemie akumulatorów zasilających mogą wystąpić dwa nietypowe warunki: jednoczesne przeciążenie i zwarcie. Przeciążenie zwykle objawia się tym, że prąd roboczy w dalszym ciągu przekracza normalny zakres projektowy, ale prąd zwarciowy rośnie stosunkowo powoli; zwarcie może spowodować, że prąd szybko osiągnie wysoki poziom w bardzo krótkim czasie.

 

W przypadku różnych typów usterek bezpieczniki muszą osiągnąć odpowiednie właściwości ochronne dzięki różnym konstrukcjom bezpieczników. Dlatego też strukturę produktu odpowiadającą korpusowi ceramicznemu bezpiecznika zabezpieczającego przed przeciążeniem i zwarciem należy zaprojektować razem z materiałem stopionym, wypełniaczem i znamionową zdolnością wyłączania.

 

W przypadku systemów wysokiego-pojazdów zasilanych energią elektryczną bezpieczniki muszą także tworzyć skoordynowaną ochronę ze stycznikami, obwodami wstępnego ładowania, BMS i systemami dystrybucji wysokiego-napięcia. Poprawa zdolności ochronnych pojedynczego urządzenia nie może zastąpić strategii ochrony całego systemu-wysokiego napięcia.

 

 

Podstawową trudnością techniczną związaną z bezpiecznikami prądu stałego-wysokonapięciowego jest kontrola łuku. Po stopieniu stopu pomiędzy dwoma pęknięciami może-utworzyć się łuk wysokotemperaturowy. Jeśli łuk będzie się nadal utrzymywał, nie będzie można osiągnąć prawdziwej izolacji elektrycznej.

 

Wypełniacz gaszący łuk i konstrukcja rury wspólnie determinują proces chłodzenia, segmentacji i dejonizacji łuku. Stabilny korpus rury ceramicznej może zachować integralność struktury wewnętrznej podczas procesu stapiania, zapewniając zamkniętą i stabilną przestrzeń dla procesu gaszenia łuku.

 

W przypadku bezpieczników samochodowych prądu stałego struktura ceramiczna stosowana przez firmę Ceramic for DC Automotive Fuse zwykle musi być dopasowana i zaprojektowana w oparciu o napięcie, prąd, zdolność wyłączania i ciśnienie wewnętrzne. Właściwości izolacyjne materiału stanowią jedynie podstawę, a rzeczywisty produkt nadal wymaga sprawdzenia za pomocą pełnego-testu zwarciowego.

 

 

W systemie wysokiego-pojazdów nowej generacji występuje zwykle wysokie napięcie prądu stałego, dlatego oprócz zabezpieczenia nadprądowego bezpiecznik musi także utrzymywać wystarczającą zdolność izolacyjną podczas normalnych warunków pracy i po włączeniu bezpiecznika.

 

Projekt izolacji uwzględnia wytrzymałość dielektryczną samego materiału, a także odległości upływu, odstępy elektryczne, konstrukcje końcowe i środowisko instalacji. Jeśli bezpiecznik-wysokonapięciowego znajduje się zbyt blisko otaczającej konstrukcji metalowej lub jeśli na powierzchni występuje zanieczyszczenie lub kondensacja, rzeczywisty margines izolacji może zostać zmniejszony.

 

W przypadku izolacyjnych konstrukcji ceramicznych, takich jak izolacyjny korpus ceramiczny ze steatytu, system materiałów i wymiary konstrukcyjne należy określić w oparciu o określone poziomy napięcia i warunki środowiskowe. Nowe pojazdy energetyczne będą również narażone na zmiany temperatury, zmiany wilgotności, wibracje mechaniczne i uderzenia na drodze podczas rzeczywistej eksploatacji, dlatego struktura izolacji musi mieć-długoterminową stabilność.

 

 

 

Oprócz wydajności samego bezpiecznika, miejsce instalacji wpływa również na bezpieczeństwo systemu. Należy unikać bezpieczników-wysokonapięciowych w miejscach o dużym natężeniu ruchu, w których warunki odprowadzania ciepła są wyjątkowo słabe lub są podatne na uszkodzenia mechaniczne.

 

Jeśli przestrzeń instalacyjna znajduje się blisko źródła ciepła akumulatora zasilającego, należy ocenić przewodzenie ciepła, promieniowanie cieplne i przepływ powietrza. W przypadku konstrukcji wymagających konserwacji i wymiany należy również w pełni uwzględnić przestrzeń roboczą dla personelu konserwacyjnego oraz wymagania dotyczące izolacji wysokiego napięcia.

 

W systemach dystrybucji energii-wysokiego napięcia bezpieczniki zwykle muszą być rozmieszczone razem ze stycznikami, przekaźnikami, szynami zbiorczymi i zaciskami przyłączeniowymi. W przypadku konstrukcji rurowych, takich jak osłona ceramiczna wkładki bezpiecznikowej, otaczająca przestrzeń nie tylko wpływa na rozpraszanie ciepła, ale jest również powiązana z bezpieczną odległością w przypadku uszkodzenia.
 

 

Weryfikacja bezpieczników wysokonapięciowych-w pojazdach nowych źródeł energii powinna obejmować zarówno normalne działanie, jak i nietypowe warunki pracy. W normalnych warunkach pracy należy zwrócić uwagę na wzrost temperatury, obciążalność prądową ciągłą, stabilność rezystancji i wydajność izolacji; w nienormalnych warunkach pracy należy skoncentrować się na sprawdzeniu przeciążenia, zwarcia, zdolności wyłączania i odporności na ekstremalne prądy.

 

Ponadto należy przeprowadzić ocenę niezawodności środowiskowej w oparciu o rzeczywiste środowisko użytkowania pojazdów nowych na energię, włączając testy takie jak cykle wysokich i niskich temperatur, ciepło i wilgotność, wibracje, wstrząsy mechaniczne i-długoterminowe zasilanie.

 

W przypadku produktów wykorzystujących korpusy rur ceramicznych z tlenku glinu należy również skupić się na spójności wymiarowej, jakości powierzchni, wytrzymałości mechanicznej i niezawodności montażu samej ceramiki z końcowymi częściami metalowymi. Parametry materiałowe rurki ceramicznej z tlenku glinu Al2O3 do bezpiecznika wysokonapięciowego-mogą naprawdę odzwierciedlać poziom bezpieczeństwa produktu tylko wtedy, gdy zostaną zweryfikowane razem z ogólną strukturą bezpiecznika.
 

 

W miarę ciągłego rozwoju platformy napięciowej akumulatorów zasilających,-systemy wysokiego napięcia stopniowo ewoluują od tradycyjnej platformy o napięciu setek woltów do wyższych poziomów napięcia. Wyższe napięcie systemowe może zmniejszyć prąd roboczy przy tej samej mocy, zmniejszając w ten sposób straty w przewodach w wiązkach przewodów i szynach zbiorczych, ale jednocześnie stawia wyższe wymagania w zakresie izolacji, gaszenia łuku i ochrony przed zwarciami.

 

Jednym z przyszłych kierunków rozwoju bezpieczników wysokonapięciowych-jest miniaturyzacja i duża gęstość mocy. Ograniczona przestrzeń montażowa pojazdu wymaga dalszego zmniejszenia rozmiaru bezpiecznika przy jednoczesnym zachowaniu zdolności wyłączania i poprawy zdolności przenoszenia energii zwarciowej na jednostkę objętości.

 

Kolejnym ważnym kierunkiem jest optymalizacja materiałowa. Rurka izolacyjna ceramiczna z tlenku glinu do bezpiecznika wymaga równowagi między wytrzymałością dielektryczną, stabilnością termiczną, wytrzymałością mechaniczną i konsystencją przetwarzania. W miarę wzrostu standaryzacji platform nowych pojazdów energetycznych dokładność wymiarowa i spójność partii ceramicznych korpusów rur również staną się ważnymi wskaźnikami produkcyjnymi.

 

Ponadto integracja bezpieczników i systemów dystrybucji energii-wysokiego napięcia będzie w dalszym ciągu wzrastać. Przyszłe rozwiązania w zakresie ochrony wysokiego-napięcia będą musiały uwzględniać nie tylko działanie poszczególnych bezpieczników, ale także wymagać-koordynacji na poziomie systemu ze stycznikami, obwodami wstępnego ładowania, BMS,-złączami wysokiego napięcia i szynami zbiorczymi.

 

 

Z punktu widzenia projektu bezpieczeństwa materiał, z którego wykonana jest rurka bezpiecznikowa-wysokonapięciowego, powinien co najmniej spełniać kilka podstawowych wymagań: mieć wystarczającą wytrzymałość mechaniczną, aby wytrzymać ciśnienie wewnętrzne wytwarzane w procesie pękania; ma stabilną izolację, która spełnia-wymagania długoterminowej pracy systemu wysokiego-napięcia; ma dobrą odporność na ciepło, aby utrzymać stabilność strukturalną w środowiskach o nienormalnie wysokiej temperaturze; powinien również mieć dobrą konsystencję wymiarową, aby zapewnić dokładny związek montażowy pomiędzy stopionym materiałem, wypełniaczem i strukturą końcową.

 

W przypadku-wysokonapięciowych zastosowań w pojazdach nowych źródeł energii reprezentatywnym rozwiązaniem jest rura ceramiczna zawierająca 95% tlenku glinu do bezpieczników wysokonapięciowych.

 

Jego rzeczywiste zastosowanie nadal wymaga sprawdzenia w oparciu o napięcie znamionowe bezpiecznika, prąd znamionowy,-prąd zwarciowy i konstrukcję mechaniczną.

 

Dla różnych typów obwodów pomocniczych występują również różnice w wielkości i parametrach ochronnych bezpieczników. Na przykład bezpieczniki pomocnicze do pojazdów elektrycznych z korpusem ceramicznym są bardziej odpowiednie do dopasowywania w oparciu o prąd roboczy, napięcie znamionowe, przestrzeń montażową i inne warunki obwodu zasilania pomocniczego, zamiast po prostu stosować parametry projektowe głównego obwodu akumulatora.

 

 

 

Bezpieczeństwo nowych bezpieczników wysokonapięciowych do pojazdów-nie zależy od pojedynczego parametru, ale od konstrukcji stopu, środka gaśniczego, materiału rurek, konstrukcji końcówki, metody instalacji i strategii ochrony systemu wysokiego-napięcia.

 

W systemach-prądu stałego wysokiego napięcia bezpieczniki muszą szybko ograniczać energię po wystąpieniu usterki, zapewniając jednocześnie, że łuk powstający podczas procesu wyłączania nie spowoduje wtórnego uszkodzenia otaczających konstrukcji. Dlatego konieczne jest wspólne-projektowanie materiałów, parametrów konstrukcyjnych i elektrycznych.

 

W przypadku-zastosowań motoryzacyjnych wysokiego napięciaRurka ceramiczna z tlenku glinu do bezpieczników samochodowych-wysokonapięciowegonie tylko przejmuje funkcje izolacyjne i mechaniczne, ale uczestniczy w całym procesie kontroli energii awarii bezpiecznika. W miarę rozwoju nowych pojazdów energetycznych w kierunku wysokiego napięcia, dużej mocy i wysokiej integracji, znaczenie tej koncepcji projektowania na poziomie systemu-w dalszym ciągu będzie rosło.

 

Ogólnie rzecz biorąc, przy wyborze bezpieczników wysokonapięciowych nie należy koncentrować się tylko na dwóch podstawowych parametrach, czyli napięciu znamionowym i prądzie znamionowym, ale należy także wziąć pod uwagę maksymalny-prąd zwarciowy, charakterystykę czasową-prądową, zdolność wyłączania, temperaturę otoczenia, odległość izolacji, miejsce instalacji i konserwację.