Sigurnosni izbor visokonaponskih -osigurača za nova energetska vozila: ključne tehnologije za kućište keramičke cijevi, gašenje istosmjernog luka i dizajn instalacije

Kako se sustav baterija za napajanje novih energetskih vozila razvija prema visokom naponu, velikom kapacitetu i velikoj snazi, električna sigurnost visokog{0}}napona postala je važno pitanje u dizajnu vozila i sustava baterija. Kao ključni uređaj za zaštitu od prekomjerne struje u strujnom krugu akumulatora, visoko{2}}naponski osigurač treba brzo prekinuti struju kvara u nenormalnim uvjetima kao što su kratki spoj i ozbiljno preopterećenje i ograničiti širenje energije kvara kroz pouzdanu strukturu za gašenje luka. Stoga su nazivni napon, nazivna struja, prekidna sposobnost, učinak gašenja luka, izolacija i otpornost na toplinu osigurača izravno povezani sa sigurnošću visokonaponskog-sustava.

 

Za razliku od tradicionalnih nisko{0}}naponskih krugova, nove energetske baterije za vozila proizvode istosmjernu-naponsku struju. Ne postoji prirodna nulta -točka prijelaza za DC, a luk se ne može lako ugasiti nakon što dođe do kratkog spoja. Stoga visoko{5}}naponski istosmjerni osigurači moraju imati posebne mogućnosti ograničenja struje i gašenja luka. Kada dođe do ozbiljnog kratkog spoja u sustavu baterije za napajanje, osigurač mora završiti taljenje, kontrolu luka i prekid struje u vrlo kratkom vremenu kako bi se izbjeglo daljnje oštećenje baterije, releja, konektora i drugih-naponskih komponenti strujom kvara.

 

 

 

Baterije za napajanje obično se sastoje od velikog broja pojedinačnih ćelija spojenih u seriju i paralelno kako bi se formirala baterija, a njihov kapacitet pohrane energije i energija kratkog-spoja mnogo su veći od običnih nisko{1}}naponskih električnih sustava. Nakon što se dogodi kratki spoj u glavnom krugu, struja kvara može brzo porasti u vrlo kratkom vremenu. Bez pouzdane prekostrujne zaštite, toplina koju stvara abnormalna struja može uzrokovati pregrijavanje vodiča, oštećenje izolacijskih materijala, pa čak i uzrokovati ozbiljnije nesreće u vezi s toplinskom sigurnošću.

 

Visok{0}}naponski osigurači obično se ugrađuju u glavni strujni krug baterije, strujni krug za punjenje ili na druga mjesta koja zahtijevaju visoko{1}}izolaciju kvara energije. Kada se detektira jako preopterećenje ili struja kratkog-spoja, talina dostiže stanje taljenja vlastitim zagrijavanjem i koristi unutarnji{4}}medij za gašenje luka da ograniči luk, čime se dovršava prekid struje kvara unutar navedenog vremena.

 

Stoga osigurač nije "osigurač" u jednostavnom smislu, već aktivna komponenta za izolaciju greške u visokonaponskom-sustavu novih energetskih vozila. Njegov dizajn treba uzeti u obzir rad niske-napone u normalnim radnim uvjetima i visoku{3}}energetsku prekidnu sposobnost u uvjetima kvara.

 

U stvarnim proizvodima, strukture kao što je EV Fuse Ceramic Body obično moraju uzeti u obzir mehaničku čvrstoću, izolacijsku izvedbu, otpornost na toplinu i izdržljivost unutarnjeg pritiska. Posebno za aplikacije visokog napona i velike struje, izbor materijala cijevi izravno će utjecati na sigurnosnu marginu osigurača.

 

 

Visok{0}}naponski osigurači obično se sastoje od taline, tijela cijevi, punila za gašenje luka, završne kapice i spojne strukture. Tijekom normalnog rada, talina dopušta radnoj struji unutar navedenog raspona da nastavi prolaziti, a vlastiti gubitak snage treba kontrolirati unutar razumnog raspona.

 

Kada je strujni krug ozbiljno preopterećen ili kratko-spojen, lokalna temperatura taline brzo će porasti i doći će do osigurača.

 

Nakon što talina pukne, visoka energija luka može još uvijek postojati u krugu. Za istosmjerne sustave, luk se ne može ugasiti oslanjanjem na prirodni prolaz AC kroz nulu, tako da je potrebno apsorbirati energiju, smanjiti temperaturu luka i ograničiti kanal luka pomoću materijala za gašenje luka.

 

Zrnati-medij za gašenje požara kao što je kvarcni pijesak može apsorbirati veliku količinu topline tijekom procesa taljenja i pomoći u stvaranju proizvoda taljenja visoke izolacijske čvrstoće, čime se dovršava konačna galvanska izolacija.

 

Tijekom ovog procesa, tijelo cijevi ne samo da preuzima ulogu mehaničke potpore, već također mora izdržati visoku temperaturu i unutarnji tlak koji nastaju tijekom procesa spajanja. Ako je mehanička čvrstoća, otpornost na toplinu ili izolacijska izvedba tijela cijevi nedovoljna, mogu se pojaviti problemi poput puknuća cijevi, vanjskog luka ili kvara izolacije čak i ako sama talina može raditi normalno.

 

Stoga se materijalni dizajn keramičkog tijela za EV osigurače ne može usredotočiti samo na mehanička svojstva pri normalnoj temperaturi, već također mora uzeti u obzir sveobuhvatne učinke trenutne visoke temperature, visokog napona i udara luka tijekom procesa prekida kratkog spoja.

 

 

Visoko{0}}naponski osigurači u novim energetskim vozilima obično se ugrađuju u akumulatorske kutije, visoko-naponske razvodne kutije ili na druga mjesta s ograničenim prostorom. Zbog visoke razine integracije u tim područjima, uvjeti rasipanja topline, razmak ugradnje i okolni materijali utjecat će na radni status osigurača.

 

Ako je osigurač dulje vrijeme izložen okolini visoke temperature, materijal cijevi mora imati dobru toplinsku stabilnost. Ako materijal omekša, stari, deformira ili pogorša izolacijska svojstva pod dugotrajnim toplinskim naprezanjem, sigurnosna granica cijelog osigurača može se smanjiti.

 

Tijekom prekida kvara, lokalne temperature bit će mnogo više od normalnih radnih temperatura, tako da materijali moraju biti u stanju izdržati ne samo stalne radne temperature, već i kratkotrajne ekstremne toplinske udare. Ovo je posebno važno za nova energetska vozila jer struja kvara sustava akumulatora može imati visoku razinu energije.

 

Keramički materijali imaju visoku otpornost na toplinu i električna izolacijska svojstva, pa se široko koriste u tijelu cijevi i izolacijskim strukturama visokonaponskih osigurača. Za visoko{2}}naponske automobilske osigurače, aluminijeva keramička cijev za visokonaponski EV osigurač može pružiti bolje opsežne performanse između izolacije, otpornosti na toplinu i mehaničke stabilnosti.

 

 

 

Aluminijeva keramika je uobičajena vrsta električnog izolacijskog keramičkog materijala s visokim otporom izolacije, toplinskom otpornošću i mehaničkom čvrstoćom. U visoko{1}}naponskim osiguračima, aluminijeva keramika može se koristiti za oblikovanje stabilnog izolacijskog tijela cijevi kako bi se osigurao pouzdani zatvoreni prostor za unutarnju taljevinu i-medij za gašenje luka.

 

U usporedbi s nekim organskim izolacijskim materijalima, aluminijeva keramika ima bolju dimenzijsku stabilnost u uvjetima visoke temperature i ne omekšava i ne gori tako lako kao zapaljivi polimeri. Stoga, u visoko{1}}naponskom sustavu novih energetskih vozila s visokim zahtjevima za sigurnost od požara, tijela keramičkih cijevi imaju određene strukturne prednosti.

 

Za osigurače različitih naponskih razina potreban je sveobuhvatan dizajn na temelju čimbenika kao što su električni razmak, izolacijska čvrstoća, mehanička čvrstoća, veličina cijevi i unutarnji tlak. Specifične specifikacije aluminijeve keramičke cijevi za električne automobilske osigurače moraju odgovarati strukturi taline i prekidnim parametrima cijelog osigurača i ne mogu se odabrati samo na temelju veličine cijevi.

 

 

 

Prilikom odabira-visokonaponskog osigurača prvo trebate odrediti maksimalni radni napon sustava. Nazivni napon osigurača trebao bi moći pokriti maksimalni radni napon sustava baterija i ostaviti razumnu marginu za normalan rad i prijelazne uvjete.

 

Sljedeća je nazivna struja. Nazivna struja nije jednostavno odabrana na temelju maksimalne trajne radne struje vozila. Također je potrebno sveobuhvatno procijeniti na temelju temperature okoline, načina ugradnje, uvjeta rasipanja topline, kontinuiranog radnog vremena i strujnih fluktuacija. Pretjerano mala nazivna struja može uzrokovati često zagrijavanje ili čak lažne osigurače tijekom normalnog rada, dok pretjerano velika nazivna struja može smanjiti brzinu zaštite od greške.

 

Prekidna sposobnost također je važan pokazatelj visoko{0}}naponskih istosmjernih osigurača. Projektanti moraju potvrditi da osigurač može sigurno prekinuti struju kvara unutar navedenog raspona na temelju maksimalne struje kratkog-spoja baterije, impedancije sustava i strukture kruga kvara.

 

Osim toga, potrebno je obratiti pozornost i na vreme-strujne karakteristike. Brzine taljenja različitih osigurača nisu potpuno iste i potrebno ih je odabrati u skladu sa zahtjevima sustava za zaštitu od kratkog-spoja, zaštitu od preopterećenja i zaštitu od koordinacije uređaja.

 

 

Sustav baterije za napajanje može se suočiti s dva nenormalna stanja: preopterećenjem i kratkim spojem u isto vrijeme. Preopterećenje se obično očituje kao radna struja koja nastavlja prelaziti normalni projektirani raspon, ali struja kvara raste relativno sporo; kratki spoj može uzrokovati da struja brzo dosegne visoku razinu u vrlo kratkom vremenskom razdoblju.

 

Za različite vrste kvarova, osigurači moraju postići odgovarajuće zaštitne karakteristike kroz različite izvedbe osigurača. Stoga strukturu proizvoda koja odgovara keramičkom tijelu za osigurač za zaštitu od preopterećenja i kratkog spoja treba dizajnirati zajedno s talinom, punilom i nazivnom prekidnom sposobnošću.

 

Za visokonaponske-sustave za nova energetska vozila, osigurači također trebaju formirati koordinirani zaštitni odnos s kontaktorima, krugovima prednaboja, BMS-om i visoko{1}}naponskim distribucijskim sustavima. Samo poboljšanje mogućnosti zaštite određenog uređaja ne može zamijeniti strategiju zaštite cijelog-visokonaponskog sustava.

 

 

Glavna tehnička poteškoća visoko{0}}naponskih istosmjernih osigurača je kontrola luka. Nakon što se talina otopi, između dva prijeloma može se stvoriti-luk visoke temperature. Ako se luk nastavi, električna izolacija se ne može doista postići.

 

Punilo za gašenje luka i struktura cijevi zajedno određuju proces hlađenja, segmentacije i deionizacije luka. Stabilno tijelo keramičke cijevi može održati integritet unutarnje strukture tijekom procesa spajanja, pružajući zatvoren i stabilan prostor za proces gašenja luka.

 

Za istosmjerne automobilske osigurače, keramičku strukturu koju koristi Ceramic for DC Automotive Fuses obično treba uskladiti i dizajnirati na temelju napona, struje, prekidne sposobnosti i unutarnjeg tlaka. Izolacijska izvedba materijala samo je osnova, a stvarni proizvod još treba provjeriti potpunim-testom prekida kratkog spoja.

 

 

Visok{0}}naponski sustav novih energetskih vozila obično ima visok istosmjerni napon, tako da osim zaštite od prekomjerne struje, osigurač također mora održavati dovoljnu sposobnost izolacije tijekom normalnih radnih uvjeta i nakon spajanja.

 

Dizajn izolacije uključuje dielektričnu čvrstoću samog materijala, kao i puzne staze, električne razmake, krajnje strukture i okruženje instalacije. Ako je visokonaponski -osigurač preblizu okolnoj metalnoj strukturi ili ako na površini ima onečišćenja ili kondenzacije, stvarna margina izolacije može biti smanjena.

 

Za izolacijske keramičke strukture kao što je izolacijsko steatitno keramičko spojeno tijelo, sustav materijala i strukturne dimenzije moraju se odrediti na temelju specifičnih razina napona i uvjeta okoline. Nova energetska vozila također će doživjeti promjene temperature, promjene vlažnosti, mehaničke vibracije i udarce na cestu tijekom stvarnog rada, tako da izolacijska struktura mora imati dugoročnu -stabilnost.

 

 

 

Osim performansi samog osigurača, mjesto ugradnje također utječe na sigurnost sustava. Visoko{1}}naponske osigurače treba izbjegavati na prenapučenim mjestima, imaju izuzetno loše uvjete rasipanja topline ili su osjetljivi na mehanička oštećenja.

 

Ako je prostor za ugradnju blizu izvora visoke topline akumulatora, potrebno je procijeniti toplinsko provođenje, toplinsko zračenje i protok zraka. Za strukture koje zahtijevaju održavanje i zamjenu, radni prostor za osoblje za održavanje i zahtjevi za visoko{1}}sigurnosnu izolaciju također bi trebali biti u potpunosti uzeti u obzir.

 

U visoko{0}}naponskim distribucijskim sustavima osigurači obično moraju biti postavljeni zajedno s kontaktorima, relejima, sabirnicama i priključnim terminalima. Za strukture cijevi kao što je keramičko kućište za osigurač, okolni prostor ne samo da utječe na rasipanje topline, već je povezan i sa sigurnom udaljenošću u uvjetima kvara.
 

 

Provjera visokonaponskih-osigurača za nova energetska vozila trebala bi obuhvatiti normalan rad i neuobičajene radne uvjete. U normalnim radnim uvjetima potrebno je obratiti pozornost na porast temperature, trajnu nosivost struje, stabilnost otpora i izolacijska svojstva; pod neuobičajenim radnim uvjetima, potrebno je usredotočiti se na provjeru preopterećenja, kratkog spoja, prekidne sposobnosti i sposobnosti podnošenja ekstremnih struja.

 

Osim toga, procjena ekološke pouzdanosti mora se provesti na temelju stvarnog okruženja korištenja novih energetskih vozila, uključujući testove kao što su ciklusi visoke i niske temperature, toplina i vlaga, vibracije, mehanički udari i dugotrajno-napajanje.

 

Za proizvode koji koriste cijevna tijela od aluminijevog oksida, također je potrebno usredotočiti se na konzistentnost dimenzija, kvalitetu površine, mehaničku čvrstoću i pouzdanost sklapanja same keramike s krajnjim metalnim dijelovima. Parametri materijala Al2O3 aluminijeve keramičke cijevi za visoko-naponski osigurač mogu istinski odražavati razinu sigurnosti proizvoda samo ako su provjereni zajedno s cjelokupnom strukturom osigurača.
 

 

Kako naponska platforma baterija za napajanje nastavlja rasti, visoko{0}}naponski sustavi postupno se razvijaju od tradicionalne platforme od stotina volti do viših naponskih razina. Viši napon sustava može smanjiti radnu struju pod istom snagom, čime se smanjuju gubici vodiča u kabelskim snopovima i sabirnicama, ali u isto vrijeme također postavlja veće zahtjeve za izolaciju, gašenje luka i zaštitu od kvara.

 

Jedan od budućih smjerova razvoja visokonaponskih-osigurača je minijaturizacija i velika gustoća snage. Ograničeni prostor za ugradnju u vozilu zahtijeva da osigurač dodatno smanji svoju veličinu, a da pritom zadrži svoju prekidnu sposobnost i poboljša svoj kapacitet upravljanja energijom kvara po jedinici volumena.

 

Drugi važan smjer je optimizacija materijala. Keramička izolatorska cijev od glinice za osigurač zahtijeva ravnotežu između dielektrične čvrstoće, toplinske stabilnosti, mehaničke čvrstoće i dosljednosti obrade. Kako se standardizacija novih platformi za energetska vozila bude povećavala, točnost dimenzija i dosljednost šarže karoserija od keramičkih cijevi također će postati važni pokazatelji proizvodnje.

 

Osim toga, integracija osigurača i visoko{0}}naponskih distribucijskih sustava nastavit će se povećavati. Buduća visoko{2}}rješenja za zaštitu od visokog napona neće morati uzeti u obzir samo performanse pojedinačnih osigurača, već će zahtijevati i koordinaciju-na razini sustava s kontaktorima, krugovima prednapona, BMS-om, visoko-naponskim konektorima i sabirnicama.

 

 

Iz perspektive sigurnosnog dizajna,-materijal tijela cijevi visokonaponskog osigurača trebao bi ispunjavati barem nekoliko osnovnih zahtjeva: ima dovoljnu mehaničku čvrstoću da izdrži unutarnji pritisak koji nastaje procesom lomljenja; ima stabilnu izolacijsku izvedbu kako bi zadovoljio dugoročne-radne zahtjeve visoko-naponskog sustava; ima dobru otpornost na toplinu kako bi održao strukturnu stabilnost u okruženjima s nenormalno visokim temperaturama; također treba imati dobru konzistentnost dimenzija kako bi se osigurao točan odnos sklopa između taline, punila i krajnje strukture.

 

Za visoko{0}}naponske primjene novih energetskih vozila, 95% aluminijeva keramička cijev za visokonaponski osigurač reprezentativno je rješenje za keramičke cijevi.

 

Njegovu stvarnu primjenu tek treba provjeriti na temelju specifičnog nazivnog napona osigurača, nazivne struje, struje kratkog-spoja i mehaničke strukture.

 

Za različite vrste pomoćnih krugova također postoje razlike u veličini i zaštitnim parametrima osigurača. Na primjer, keramički pomoćni osigurači za karoseriju električnih vozila prikladniji su za usklađivanje na temelju radne struje, nazivnog napona, prostora za ugradnju i drugih uvjeta pomoćnog kruga napajanja, umjesto jednostavne primjene parametara dizajna glavnog kruga baterije.

 

 

 

Sigurnost visokonaponskih-osigurača za nova energetska vozila nije određena jednim parametrom, već dizajnom taline, medijem za gašenje luka, materijalom cijevi, krajnjom strukturom, metodom ugradnje i strategijom zaštite visoko{1}}naponskog sustava.

 

U visoko{0}}naponskim istosmjernim sustavima, osigurači moraju brzo ograničiti energiju nakon što dođe do kvara, istovremeno osiguravajući da luk nastao tijekom procesa prekidanja ne uzrokuje sekundarno oštećenje okolnih struktura. Stoga je potreban ko-dizajn između materijala, strukturnih i električnih parametara.

 

Za visoko{0}}naponske automobilske primjene,Aluminij keramička cijev za visoko{0}}naponski automobilski osiguračne samo da preuzima funkcije izolacije i mehaničke podrške, već također sudjeluje u cjelokupnom procesu kontrole energije kvara osigurača. Kako se nova energetska vozila razvijaju prema visokom naponu, visokoj snazi ​​i visokoj integraciji, važnost ovog koncepta dizajna-na razini sustava dodatno će rasti.

 

Općenito, odabir visoko{0}}naponskih osigurača ne treba se usredotočiti samo na dva osnovna parametra nazivnog napona i nazivne struje, već treba uzeti u obzir i maksimalnu-struju kratkog spoja, vremenske-strujne karakteristike, prekidnu sposobnost, temperaturu okoline, izolacijski razmak, mjesto postavljanja i održavanje.