Sigurnosni odabir visokonaponskih-osigurača za nova energetska vozila: ključne tehnologije za tijelo od keramičke cijevi, gašenje DC luka i dizajn instalacije

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

 

Za razliku od tradicionalnih niskonaponskih-kola, novi energetski akumulatori za vozila proizvode jednosmjernu struju visokog{1}}napona. Ne postoji prirodna tačka ukrštanja nule- za jednosmernu struju i luk se ne može lako ugasiti nakon kratkog spoja. Stoga, visokonaponski DC osigurači moraju imati posebne mogućnosti ograničavanja struje i gašenja luka. Kada dođe do ozbiljnog kratkog spoja u sistemu akumulatora za napajanje, osigurač mora završiti spajanje taline, kontrolu luka i prekid struje u vrlo kratkom vremenu kako bi se izbjegla daljnja oštećenja baterije, releja, konektora i drugih komponenti visokog{7}}napona strujom kvara.

 

 

 

Baterije za napajanje obično se sastoje od velikog broja pojedinačnih ćelija povezanih serijski i paralelno da formiraju baterijski paket, a njihov kapacitet skladištenja energije i energija kratkog-spoja su mnogo veći od običnih niskonaponskih-električnih sistema. Jednom kada dođe do kratkog spoja u glavnom kolu, struja kvara može brzo porasti za vrlo kratko vrijeme. Bez pouzdane zaštite od prekomjerne struje, toplina koju stvara abnormalna struja može uzrokovati pregrijavanje provodnika, oštećenje izolacijskih materijala, pa čak i uzrokovati ozbiljnije nesreće u pogledu toplinske sigurnosti.

 

Visokonaponski{0}}osigurači se obično instaliraju u glavnom strujnom krugu baterije, krugu za punjenje ili na drugim lokacijama koje zahtijevaju-visokoenergetsku izolaciju kvara. Kada se otkrije ozbiljno preopterećenje ili struja kratkog-spojnog spoja, talina dolazi do stanja topljenja vlastitim zagrijavanjem i koristi medij za gašenje unutrašnjeg luka{4}}da ograniči luk, čime se završava prekid struje kvara unutar određenog vremena.

 

Stoga, osigurač nije "osigurač" u jednostavnom smislu, već aktivna komponenta za izolaciju kvara u visokonaponskom-sistemu novih energetskih vozila. Njegov dizajn treba da uzme u obzir i rad niske{2}}radne snage u normalnim radnim uslovima i visoko{3}}mogućnost prekidanja energije u uslovima kvara.

 

U stvarnim proizvodima, strukture kao što je EV Fuse Ceramic Body obično treba da uzmu u obzir mehaničku čvrstoću, performanse izolacije, otpornost na toplotu i izdržljivost unutrašnjeg pritiska. Posebno za aplikacije visokog napona i velike struje, izbor materijala cijevi će direktno utjecati na sigurnosnu marginu osigurača.

 

 

Visokonaponski{0}}osigurači se obično sastoje od taline, tijela cijevi, punila za gašenje luka, završnog poklopca i spojne strukture. Tokom normalnog rada, talina omogućava da radna struja unutar specificiranog opsega nastavi da prolazi, a sopstveni gubitak snage treba kontrolisati u razumnom opsegu.

 

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

 

Nakon prekida taline, velika energija luka može i dalje postojati u krugu. Za DC sisteme, luk se ne može ugasiti oslanjajući se na prirodni prelazak nule naizmjenične struje, tako da je potrebno apsorbirati energiju, smanjiti temperaturu luka i ograničiti kanal luka kroz materijale za gašenje luka.

 

Granulirani{0}}mediji za gašenje luka kao što je kvarcni pijesak mogu apsorbirati veliku količinu topline tokom procesa spajanja i pomoći u formiranju proizvoda za topljenje visoke izolacijske čvrstoće, čime se završava konačna galvanska izolacija.

 

Tokom ovog procesa, tijelo cijevi ne samo da preuzima ulogu mehaničke potpore, već također treba da izdrži visoku temperaturu i unutrašnji pritisak koji nastaju tokom procesa spajanja. Ako mehanička čvrstoća, otpornost na toplinu ili izolacijski učinak tijela cijevi nisu dovoljni, mogu se pojaviti problemi kao što su pucanje cijevi, vanjski luk ili kvar izolacije čak i ako sama talina može normalno funkcionirati.

 

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

 

 

Visokonaponski -osigurači u novim energetskim vozilima obično se postavljaju u kutije za baterije, visoko-razvodne kutije ili na druge lokacije sa ograničenim prostorom. Zbog visokog nivoa integracije u ovim područjima, uslovi odvođenja toplote, razmak instalacije i okolni materijali će uticati na radni status osigurača.

 

Ako je osigurač dugo vremena izložen visokoj temperaturi, materijal cijevi mora imati dobru termičku stabilnost. Ako materijal omekša, stari, deformira ili degradira izolacijska svojstva pod stalnim toplinskim naprezanjem, sigurnosna granica cijelog osigurača može biti smanjena.

 

Tokom prekida kvara, lokalne temperature će biti mnogo veće od normalnih radnih temperatura, tako da materijali moraju biti u stanju izdržati ne samo kontinuirane radne temperature već i kratkoročne{0}}ekstremne termičke udare. Ovo je posebno važno za vozila sa novim pogonom jer struja kvara u sistemu akumulatora može imati visok nivo energije.

 

Keramički materijali imaju visoku otpornost na toplinu i električnu izolaciju, tako da se široko koriste u tijelu cijevi i izolacijskoj strukturi visokonaponskih -osigurača. Za automobilske osigurače visokog{2}}napona, aluminijska keramička cijev za visokonaponski EV osigurač može pružiti bolje sveobuhvatne performanse između izolacije, otpornosti na toplinu i mehaničke stabilnosti.

 

 

 

Aluminijska keramika je uobičajen tip električnog izolacijskog keramičkog materijala s visokom otpornošću izolacije, otpornošću na toplinu i mehaničkom čvrstoćom. U visokonaponskim -osiguračima, aluminijska keramika se može koristiti za formiranje stabilnog izolacijskog cijevnog tijela kako bi se osigurao pouzdan zatvoreni prostor za interni talini i{2}}medij za gašenje luka.

 

U poređenju sa nekim organskim izolacionim materijalima, aluminijska keramika ima bolju dimenzijsku stabilnost u uslovima visoke temperature i ne omekšava i ne gori tako lako kao zapaljivi polimeri. Stoga, u visokonaponskom-sistemu novih energetskih vozila sa visokim zahtjevima za sigurnost od požara, keramička tijela cijevi imaju određene strukturne prednosti.

 

Za osigurače različitih naponskih nivoa, potreban je sveobuhvatan dizajn zasnovan na faktorima kao što su električni razmak, čvrstoća izolacije, mehanička čvrstoća, veličina cevi i unutrašnji pritisak. Specifične specifikacije aluminijske keramičke cijevi za električne automobilske osigurače moraju odgovarati strukturi taline i parametrima lomljenja cijelog osigurača i ne mogu se odabrati samo na osnovu veličine cijevi.

 

 

 

Prilikom odabira -osigurača visokog napona, prvo morate odrediti maksimalni radni napon sistema. Nazivni napon osigurača treba da bude u stanju da pokrije maksimalni radni napon sistema akumulatora i ostavi razumnu marginu za normalan rad i prelazne uslove.

 

Sljedeća je nazivna struja. Nazivna struja se ne bira jednostavno na osnovu maksimalne kontinuirane radne struje vozila. Takođe ga treba sveobuhvatno proceniti na osnovu temperature okoline, metode instalacije, uslova odvođenja toplote, neprekidnog radnog vremena i strujnih fluktuacija. Previše mala nazivna struja može uzrokovati često zagrijavanje ili čak lažne osigurače tijekom normalnog rada, dok pretjerano velika nazivna struja može smanjiti brzinu zaštite od kvara.

 

Prekidni kapacitet je također važan pokazatelj visokonaponskih DC osigurača. Dizajneri moraju potvrditi da osigurač može sigurno odsjeći struju kvara unutar specificiranog raspona na osnovu maksimalne struje kratkog-spoja napojne baterije, impedance sistema i strukture kola kvara.

 

Osim toga, potrebno je obratiti pažnju i na vremenske{0}}trenutne karakteristike. Brzine topljenja različitih osigurača nisu potpuno iste, i potrebno ih je odabrati u skladu sa zahtjevima sistema za zaštitu od kratkog-spoja, zaštitu od preopterećenja i zaštitu koordinacije uređaja.

 

 

Sistem baterija za napajanje može se suočiti s dva abnormalna stanja: preopterećenjem i kratkim spojem u isto vrijeme. Preopterećenje se obično manifestuje kao radna struja koja nastavlja da premašuje normalni projektovani opseg, ali struja kvara raste relativno sporo; kratki spoj može uzrokovati da struja brzo dostigne visok nivo u vrlo kratkom vremenskom periodu.

 

Za različite tipove kvarova, osigurači moraju postići odgovarajuće karakteristike zaštite kroz različite dizajne osigurača. Stoga, struktura proizvoda koja odgovara keramičkom tijelu za osigurač za zaštitu od preopterećenja i kratkog spoja mora biti dizajnirana zajedno sa talinom, punilom i nazivnom prekidnom sposobnošću.

 

Za visokonaponske sisteme za nova energetska vozila, osigurači također moraju formirati koordinirani zaštitni odnos sa kontaktorima, strujnim krugovima, BMS-om i visoko-distributivnim sistemima. Samo poboljšanje zaštitne sposobnosti određenog uređaja ne može zamijeniti strategiju zaštite cijelog visokonaponskog-sistema.

 

 

Osnovna tehnička poteškoća visokonaponskih{0}}DC osigurača je kontrola luka. Nakon što se talina otopi, između dva loma može se formirati luk visoke temperature. Ako se luk nastavi, električna izolacija se ne može zaista postići.

 

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

 

Za DC automobilske osigurače, keramička struktura koju koristi Ceramic za DC automobilske osigurače obično mora biti usklađena i dizajnirana na osnovu napona, struje, prekidne sposobnosti i unutrašnjeg pritiska. Izolacijski učinak materijala je samo osnova, a stvarni proizvod još uvijek treba provjeriti kroz potpuni-test prekida kratkog spoja.

 

 

Visokonaponski-sistem novih energetskih vozila obično ima visok istosmjerni napon, tako da osim zaštite od prekomjerne struje, osigurač također treba da održava dovoljnu izolacijsku sposobnost tokom normalnih radnih uvjeta i nakon učvršćivanja.

 

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

 

Za izolacione keramičke strukture kao što je izolaciona električna steatitna keramička spojena tela, sistem materijala i strukturne dimenzije treba da se odrede na osnovu specifičnih nivoa napona i uslova okoline. Nova energetska vozila će također doživjeti promjene temperature, promjene vlažnosti, mehaničke vibracije i udare na put tokom stvarnog rada, tako da izolacijska struktura mora imati dugotrajnu-stabilnost.

 

 

 

Pored performansi samog osigurača, lokacija ugradnje također utiče na sigurnost sistema. Osigurače visokog napona-treba izbjegavati na prenaseljenim lokacijama, imaju ekstremno loše uslove odvođenja topline ili su podložni mehaničkim oštećenjima.

 

Ako je prostor za instalaciju blizu izvora visoke topline električne baterije, potrebno je procijeniti provodljivost topline, toplinsko zračenje i protok zraka. Za strukture koje zahtijevaju održavanje i zamjenu, operativni prostor za osoblje za održavanje i zahtjevi za sigurnosnu izolaciju visokog napona također treba u potpunosti razmotriti.

 

U visokonaponskim{0}}sistemima za distribuciju električne energije, osigurači se obično moraju postaviti zajedno sa kontaktorima, relejima, sabirnicama i priključnim terminalima. Za cijevne strukture kao što je keramičko kućište za utičnicu osigurača, okolni prostor ne utiče samo na rasipanje topline, već je također povezan sa sigurnom udaljenosti u uvjetima kvara.
 

 

Provjera visokonaponskih-osigurača za vozila nove energije treba da obuhvati i normalan rad i nenormalne uslove rada. U normalnim radnim uslovima, pažnju treba obratiti na porast temperature, trajnu nosivost struje, stabilnost otpora i performanse izolacije; u nenormalnim radnim uslovima, potrebno je fokusirati se na provjeru preopterećenja, kratkog spoja, prekidne sposobnosti i sposobnosti izdržavanja ekstremnih struja.

 

Osim toga, procjenu ekološke pouzdanosti potrebno je izvršiti na osnovu stvarnog okruženja korištenja novih energetskih vozila, uključujući testove kao što su ciklusi visokih i niskih temperatura, toplina i vlažnost, vibracije, mehanički udari i dugotrajno{0}}napajanje.

 

Za proizvode koji koriste aluminijsko keramičke cijevi, također je potrebno fokusirati se na konzistenciju dimenzija, kvalitet površine, mehaničku čvrstoću i pouzdanost montaže same keramike sa krajnjim metalnim dijelovima. Parametri materijala Al2O3 aluminijumske keramičke cijevi za visokonaponski-osigurač mogu istinski odražavati nivo sigurnosti proizvoda samo ako su provjereni zajedno sa cjelokupnom strukturom osigurača.
 

 

Kako naponska platforma energetskih baterija nastavlja da raste, visoko-sistemi se postepeno razvijaju od tradicionalne platforme od stotina volti do viših nivoa napona. Veći napon sistema može smanjiti radnu struju pod istom snagom, čime se smanjuju gubici provodnika u snopovima žica i sabirnica, ali istovremeno postavlja i veće zahtjeve za izolaciju, gašenje luka i zaštitu od kvara.

 

Jedan od budućih pravaca razvoja visokonaponskih{0}}osigurača je minijaturizacija i velika gustina snage. Ograničeni prostor za instalaciju vozila zahtijeva da osigurač dodatno smanji svoju veličinu uz zadržavanje prekidne sposobnosti i poboljša kapacitet upravljanja energijom kvara po jedinici volumena.

 

Drugi važan pravac je optimizacija materijala. Aluminijska keramička izolacijska cijev za osigurač zahtijeva ravnotežu između dielektrične čvrstoće, termičke stabilnosti, mehaničke čvrstoće i konzistencije obrade. Kako se standardizacija platformi novih energetskih vozila povećava, točnost dimenzija i konzistentnost serije keramičkih cijevi također će postati važni proizvodni pokazatelji.

 

Osim toga, integracija osigurača i visokonaponskih{0}}sistema za distribuciju električne energije nastavit će se povećavati. Buduća rješenja za zaštitu od visokog{2}}napona ne samo da će trebati uzeti u obzir performanse pojedinačnih osigurača, već će zahtijevati i koordinaciju-na nivou sistema sa kontaktorima, krugovima za pretpunjenje, BMS, visoko-konektorima i sabirnicama.

 

 

Iz perspektive sigurnosnog dizajna, materijal kućišta visokonaponske cijevi osigurača trebao bi zadovoljiti barem nekoliko osnovnih zahtjeva: ima dovoljnu mehaničku čvrstoću da izdrži unutrašnji pritisak nastao procesom lomljenja; ima stabilne performanse izolacije kako bi zadovoljio dugotrajne-zahtjeve rada visokog-sistema; ima dobru otpornost na toplinu za održavanje strukturalne stabilnosti u okruženjima s nenormalno visokim temperaturama; također treba imati dobru konzistenciju dimenzija kako bi se osigurao precizan odnos montaže između taline, punila i krajnje strukture.

 

Za visokonaponsku{0}}primenu u novim energetskim vozilima, 95% Alumina keramička cijev za visokonaponske osigurače predstavlja reprezentativno rješenje keramičkih cijevi.

 

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

 

Za različite vrste pomoćnih kola postoje i razlike u veličini i zaštitnim parametrima osigurača. Na primjer, pomoćni osigurači za električna vozila s keramičkim tijelom su prikladniji za usklađivanje na osnovu radne struje, nazivnog napona, prostora za instalaciju i drugih uvjeta pomoćnog strujnog kruga, umjesto da se jednostavno primjenjuju projektni parametri glavnog kruga akumulatora.

 

 

 

Sigurnost visokonaponskih -osigurača za nova energetska vozila nije određena jednim parametrom, već dizajnom taline, sredstvom za gašenje luka, materijalom cijevi, krajnjom strukturom, metodom ugradnje i strategijom zaštite visokonaponskog sistema.

 

U visoko-naponskim DC sistemima, osigurači moraju brzo ograničiti energiju nakon pojave kvara, istovremeno osiguravajući da luk koji se stvara tokom procesa prekida ne uzrokuje sekundarno oštećenje okolnih struktura. Stoga je neophodan zajednički dizajn između materijala, strukturnih i električnih parametara.

 

Za{0}}visokonaponske automobilske aplikacije,Aluminijska keramička cijev za automobilski osigurač visokog{0}}naponane samo da preuzima funkcije izolacije i mehaničke potpore, već također učestvuje u cjelokupnom procesu kontrole energije kvara osigurača. Kako se nova energetska vozila razvijaju prema visokom naponu, velikoj snazi ​​i visokoj integraciji, značaj koncepta dizajna ovog sistema{1}}i dalje će se povećavati.

 

Sve u svemu, odabir visokonaponskih{0}}osigurača ne treba se fokusirati samo na dva osnovna parametra nazivnog napona i nazivne struje, već treba uzeti u obzir i maksimalnu-struju kratkog spoja, vremenske{2}}karakteristike struje, prekidnu sposobnost, temperaturu okoline, izolacijsku udaljenost, lokaciju ugradnje i održavanje.