A nagyfeszültségű{0}}biztosítékok biztonsági választéka új energetikai járművekhez: kulcsfontosságú technológiák a kerámia csőtesthez, az egyenáramú ívoltáshoz és a telepítési tervezéshez

Ahogy az új energetikai járművek akkumulátor-rendszere a nagyfeszültség, nagy kapacitás és nagy teljesítmény felé fejlődik, a nagy{0}}feszültségű elektromos biztonság fontos kérdéssé vált a jármű és az akkumulátorrendszer tervezésében. Az akkumulátor áramkörének kulcsfontosságú túláramvédelmi eszközeként a nagy-feszültségű biztosítéknak gyorsan le kell szakítania a hibaáramot rendellenes körülmények között, például rövidzárlat és súlyos túlterhelés esetén, és egy megbízható ívoltó szerkezeten keresztül korlátoznia kell a hibaenergia terjedését. Ezért a biztosíték névleges feszültsége, névleges árama, megszakítóképessége, ívoltási teljesítménye, szigetelése és hőállósága közvetlenül összefügg a nagyfeszültségű rendszer biztonságával.

 

A hagyományos alacsony feszültségű{0}}áramköröktől eltérően az új energiájú járművek akkumulátorai nagy-feszültségű egyenáramot bocsátanak ki. A DC-nek nincs természetes nulla-keresztezése, és az ív nem tud könnyen kialudni rövidzárlat után. Ezért a nagyfeszültségű{5}}egyenáramú biztosítékoknak speciális áramkorlátozó és ívoltó képességekkel kell rendelkezniük. Ha súlyos rövidzárlat lép fel az akkumulátor-rendszerben, a biztosítéknak nagyon rövid időn belül be kell fejeznie az olvadékbiztosítékot, az ívvezérlést és az áramlezárást, hogy elkerülje az akkumulátor, a relék, a csatlakozók és más nagyfeszültségű alkatrészek további károsodását a hibaáram miatt.

 

 

 

Az akkumulátorok általában nagyszámú, sorosan és párhuzamosan kapcsolt egyedi cellából állnak, amelyek egy akkumulátorcsomagot alkotnak, és energiatároló kapacitásuk és rövidzárási energiájuk sokkal nagyobb, mint a hagyományos alacsony feszültségű{1}}elektromos rendszereké. Ha rövidzárlat lép fel a főáramkörben, a hibaáram nagyon rövid időn belül gyorsan megemelkedhet. Megbízható túláramvédelem nélkül a rendellenes áram által termelt hő a vezetők túlmelegedését, a szigetelőanyagok károsodását, sőt súlyosabb hőbiztonsági baleseteket is okozhat.

 

A nagy-feszültségű biztosítékokat általában az akkumulátor fő áramkörébe, a töltőáramkörbe vagy más olyan helyre szerelik be, ahol nagy-energiájú hibaleválasztásra van szükség. Súlyos túlterhelés-zárlati áram észlelésekor az olvadék saját melegítésén keresztül éri el az olvadási állapotot, és a belső ívoltó közeget használja az ív korlátozására, ezáltal a hibaáram-lezárást a megadott időn belül befejezi.

 

Ezért a biztosíték nem egyszerű értelemben vett „biztosíték”, hanem aktív hibaleválasztó komponens az új energiájú járművek nagyfeszültségű{0}}rendszerében. Tervezésénél figyelembe kell venni a normál munkakörülmények között az alacsony-teljesítményű működést, valamint a nagy-energia-megszakítási képességet hibaállapotok esetén.

 

A tényleges termékekben az olyan szerkezeteknek, mint az EV Fuse Ceramic Body, általában figyelembe kell venniük a mechanikai szilárdságot, a szigetelési teljesítményt, a hőállóságot és a belső nyomásállóságot. Különösen nagyfeszültségű és nagyáramú alkalmazásoknál a cső anyagának megválasztása közvetlenül befolyásolja a biztosíték biztonsági rátáját.

 

 

A nagyfeszültségű{0}}biztosítékok általában olvadékból, csőtestből, ívoltó töltőanyagból, végsapkából és csatlakozó szerkezetből állnak. Normál működés közben az olvadék lehetővé teszi, hogy a megadott tartományon belüli üzemi áram továbbhaladjon, és saját teljesítményveszteségét ésszerű tartományon belül kell szabályozni.

 

Ha az áramkör erősen túlterhelt vagy rövidre{0}}zárt, az olvadék helyi hőmérséklete gyorsan megemelkedik, és biztosíték lép fel.

 

Az olvadék felszakadása után az áramkörben továbbra is nagy ívenergia lehet. Az egyenáramú rendszerek esetében az ív nem oltható ki a váltakozó áram természetes nulla-átmenetére támaszkodva, ezért szükséges az energia elnyelése, az ív hőmérsékletének csökkentése és az ívcsatorna korlátozása az ívoltó anyagokon keresztül.

 

A szemcsés ív-oltóanyag, mint például a kvarchomok, nagy mennyiségű hőt képes elnyelni az olvasztási folyamat során, és elősegíti a nagy szigetelési szilárdságú olvadó termék kialakítását, ezzel befejezve a végső galvanikus szigetelést.

 

A folyamat során a csőtest nemcsak a mechanikai alátámasztó szerepet tölti be, hanem az olvasztási folyamat során keletkező magas hőmérsékletet és belső nyomást is ki kell bírnia. Ha a csőtest mechanikai szilárdsága, hőállósága vagy szigetelési teljesítménye nem megfelelő, akkor is előfordulhatnak olyan problémák, mint a csőszakadás, a külső ívképződés vagy a szigetelés meghibásodása, még akkor is, ha maga az olvadék megfelelően működik.

 

Ezért az EV-biztosítékok kerámia testének anyagtervezésénél nem csak a mechanikai tulajdonságokra kell összpontosítani normál hőmérsékleten, hanem figyelembe kell venni a pillanatnyi magas hőmérséklet, a magas feszültség és az ívhatás átfogó hatásait is a rövidzárlati megszakítási folyamat során.

 

 

Az új energiájú járművekben a nagyfeszültségű{0}}biztosítékokat általában akkumulátordobozokba, nagy-feszültségű elosztódobozokba vagy más korlátozott helyekre szerelik. A magas szintű integráció miatt ezeken a területeken a hőleadás körülményei, a telepítési távolság és a környező anyagok egyaránt befolyásolják a biztosíték működési állapotát.

 

Ha a biztosíték hosszú ideig magas hőmérsékletű környezetnek van kitéve, a cső anyagának jó hőstabilitással kell rendelkeznie. Ha az anyag meglágyul, elöregszik, deformálódik vagy rontja a szigetelési tulajdonságokat tartós hőterhelés hatására, a teljes biztosíték biztonsági ráhagyása csökkenhet.

 

Hibakimaradás esetén a helyi hőmérséklet sokkal magasabb lesz, mint a normál üzemi hőmérséklet, ezért az anyagoknak nem csak a folyamatos üzemi hőmérsékletnek kell ellenállniuk, hanem a rövid -szélsőséges hősokknak is. Ez különösen fontos az új energetikai járműveknél, mivel az akkumulátor-rendszer hibaáramának energiaszintje nagy lehet.

 

A kerámia anyagok magas hőállósággal és elektromos szigetelő tulajdonságokkal rendelkeznek, ezért széles körben használják őket a nagyfeszültségű biztosítékok csőtestében és szigetelőszerkezetében. A nagyfeszültségű-autóipari biztosítékok esetében az alumínium-oxid kerámiacső nagyfeszültségű elektromos biztosítékokhoz jobb átfogó teljesítményt nyújt a szigetelés, a hőállóság és a mechanikai stabilitás között.

 

 

 

Az alumínium-oxid kerámia az elektromos szigetelő kerámia anyagok gyakori típusa, nagy szigetelési ellenállással, hőállósággal és mechanikai szilárdsággal. A nagyfeszültségű-biztosítékokban az alumínium-oxid kerámiából stabil szigetelőcső testet lehet kialakítani, amely megbízhatóan zárt teret biztosít a belső olvadék- és ívoltó{2}}közeg számára.

 

Néhány szerves szigetelőanyaghoz képest az alumínium-oxid kerámiák jobb méretstabilitásúak magas hőmérsékleti körülmények között, és nem lágyulnak meg és égnek olyan könnyen, mint a gyúlékony polimerek. Ezért a magas tűzbiztonsági követelményeket támasztó új energiahordozó járművek nagyfeszültségű rendszerében a kerámia csőtesteknek vannak bizonyos szerkezeti előnyei.

 

A különböző feszültségszintű biztosítékok esetében átfogó tervezésre van szükség olyan tényezők alapján, mint az elektromos hézag, a szigetelési szilárdság, a mechanikai szilárdság, a csőméret és a belső nyomás. Az Alumina Ceramic Tube for Electrical Automotive Fuse speciális specifikációinak meg kell felelniük a teljes biztosíték olvadékszerkezetének és törési paramétereinek, és nem választhatók ki pusztán a csőméret alapján.

 

 

 

A nagyfeszültségű{0}}biztosíték kiválasztásakor először meg kell határoznia a rendszer maximális üzemi feszültségét. A biztosíték névleges feszültségének képesnek kell lennie fedezni az akkumulátor-rendszer maximális üzemi feszültségét, és ésszerű mozgásteret kell hagynia a normál működéshez és a tranziens állapotokhoz.

 

A következő a névleges áram. A névleges áramot nem egyszerűen a jármű maximális folyamatos üzemi árama alapján választják ki. Ezenkívül átfogóan értékelni kell a környezeti hőmérséklet, a beépítési mód, a hőleadás feltételei, a folyamatos munkaidő és az áramingadozások alapján. A túl kicsi névleges áram gyakori felmelegedést vagy akár hamis biztosítékokat is okozhat normál működés közben, míg a túl nagy névleges áram csökkentheti a hibavédelmi sebességet.

 

A megszakítási kapacitás szintén fontos mutatója a nagyfeszültségű{0}}egyenáramú biztosítékoknak. A tervezőknek meg kell győződniük arról, hogy a biztosíték biztonságosan meg tudja szakítani a hibaáramot a megadott tartományon belül, az akkumulátor maximális rövidzárási árama, a rendszer impedanciája és a hibaáramkör szerkezete alapján.

 

Ezenkívül ügyelni kell az idő{0}}jelenlegi jellemzőire is. A különböző biztosítékok olvadási sebessége nem teljesen azonos, és azokat a rendszer rövidzár-védelemmel, túlterhelés elleni védelemmel és eszközkoordinációs védelemmel kapcsolatos követelményei szerint kell kiválasztani.

 

 

Az akkumulátor-rendszer két rendellenes állapottal szembesülhet: túlterheléssel és rövidzárlattal egyszerre. A túlterhelés általában abban nyilvánul meg, hogy az üzemi áram továbbra is meghaladja a normál tervezési tartományt, de a hibaáram viszonylag lassan növekszik; rövidzárlat miatt az áram nagyon rövid időn belül gyorsan magas szintet érhet el.

 

Különböző hibatípusok esetén a biztosítékoknak megfelelő védelmi jellemzőket kell elérniük a különböző biztosítékok kialakításával. Ezért a túlterhelés- és rövidzárlatvédelmi biztosíték kerámia testének megfelelő termékszerkezetet az olvadékkal, a töltőanyaggal és a névleges szakítóképességgel együtt kell megtervezni.

 

Az új energetikai járművek nagyfeszültségű{0}}rendszereinél a biztosítékoknak koordinált védelmi kapcsolatot kell kialakítaniuk a kontaktorokkal, az előtöltő áramkörökkel, a BMS-sel és a nagyfeszültségű{1}}elosztó rendszerekkel. Egy bizonyos eszköz védelmi képességének javítása önmagában nem helyettesítheti az egész nagyfeszültségű rendszer védelmi stratégiáját.

 

 

A nagyfeszültségű{0}}egyenáramú biztosítékok alapvető műszaki nehézsége az ívszabályozás. Az olvadék megolvadása után a két törés között magas hőmérsékletű ív{2}}képződhet. Ha az ív folytatódik, az elektromos leválasztás nem valósítható meg.

 

Az ívoltó töltőanyag és a csőszerkezet együttesen határozzák meg az ív hűtési, szegmentálási és ionmentesítési folyamatát. A stabil kerámia csőtest meg tudja őrizni a belső szerkezet integritását az olvasztási folyamat során, zárt és stabil teret biztosítva az ívoltási folyamat számára.

 

Az egyenáramú autóipari biztosítékok esetében a Ceramic for DC Automotive Fuses által használt kerámia szerkezetet általában a feszültség, az áramerősség, a megszakítóképesség és a belső nyomás alapján kell megtervezni és megtervezni. Az anyag szigetelési teljesítménye csak az alap, és a tényleges terméket még ellenőrizni kell egy teljes rövidzárlati próbával-.

 

 

Az új energiájú járművek nagyfeszültségű{0}}rendszere általában nagy egyenfeszültségű, így a túláramvédelem mellett a biztosítéknak megfelelő szigetelési képességet is fenn kell tartania normál munkakörülmények között és a biztosítás után is.

 

A szigetelés tervezése magában foglalja magának az anyagnak a dielektromos szilárdságát, valamint a kúszási távolságokat, az elektromos hézagokat, a végszerkezeteket és a beépítési környezetet. Ha a nagyfeszültségű biztosíték túl közel van a környező fémszerkezethez, vagy ha szennyeződés vagy páralecsapódás van a felületen, a tényleges szigetelési ráhagyás csökkenhet.

 

Szigetelő kerámia szerkezeteknél, mint például a szigetelő elektromos szteatit kerámia olvasztott test, az anyagrendszert és a szerkezeti méreteket meghatározott feszültségszintek és környezeti feltételek alapján kell meghatározni. Az új energiával rendelkező járművek hőmérséklet-változásokat, páratartalom-változásokat, mechanikai rezgéseket és útütközéseket is tapasztalnak a tényleges működés során, ezért a szigetelő szerkezetnek hosszú távon stabilnak kell lennie-.

 

 

 

A biztosíték teljesítményén kívül a beépítési hely is befolyásolja a rendszer biztonságát. A nagy-feszültségű biztosítékokat kerülni kell a túlzsúfolt helyeken, rendkívül rossz hőelvezetési feltételek mellett, vagy érzékenyek a mechanikai sérülésekre.

 

Ha a telepítési hely közel van az akkumulátor magas hőforrásához, akkor a hővezetést, a hősugárzást és a légáramlást értékelni kell. A karbantartást és cserét igénylő szerkezeteknél a karbantartó személyzet működési területét és a nagyfeszültségű biztonsági leválasztási követelményeket is teljes mértékben figyelembe kell venni.

 

A nagyfeszültségű{0}}elosztó rendszerekben a biztosítékokat általában kontaktorokkal, relékkel, gyűjtősínekkel és csatlakozókapcsokkal együtt kell elhelyezni. Az olyan csőszerkezeteknél, mint a kerámia burkolat a biztosítékhoz, a környező tér nemcsak a hőelvezetést befolyásolja, hanem a hibaállapotok biztonságos távolságával is összefügg.
 

 

Az új energiaellátású járművek nagyfeszültségű{0}}biztosítékainak ellenőrzésének ki kell terjednie a normál működésre és a rendellenes működési körülményekre is. Normál munkakörülmények között figyelmet kell fordítani a hőmérséklet-emelkedésre, a folyamatos áramterhelhetőségre, az ellenállás-stabilitásra és a szigetelési teljesítményre; rendellenes munkakörülmények között a túlterhelés, a rövidzárlat, a megszakítóképesség és a szélsőséges áramoknak való ellenálló képesség ellenőrzésére kell összpontosítani.

 

Ezenkívül a környezeti megbízhatóság értékelését is el kell végezni az új energiafelhasználású járművek tényleges használati környezete alapján, beleértve az olyan teszteket, mint a magas és alacsony hőmérsékleti ciklusok, a hő és a páratartalom, a vibráció, a mechanikai ütés és a hosszú távú{0}}feszültség.

 

A timföldkerámia csőtesteket használó termékeknél a kerámia és a fém végrészekkel való összeszerelési megbízhatóságra is figyelmet kell fordítani. Az Al2O3 alumínium-oxid kerámia cső nagyfeszültségű olvadóbiztosítékhoz anyagparaméterei csak akkor tükrözhetik igazán a termék biztonsági szintjét, ha azokat a biztosíték általános szerkezetével együtt ellenőrizzük.
 

 

Ahogy az akkumulátorok feszültségplatformja folyamatosan növekszik, a nagyfeszültségű rendszerek fokozatosan fejlődnek a több száz voltos hagyományos platformról a magasabb feszültségszintek felé. A magasabb rendszerfeszültség csökkentheti az üzemi áramot azonos teljesítmény mellett, ezzel csökkentve a vezetékek veszteségét a kábelkötegekben és a gyűjtősínekben, ugyanakkor magasabb követelményeket támaszt a szigeteléssel, az ívoltással és a hibavédelemmel szemben.

 

A nagyfeszültségű biztosítékok egyik jövőbeli fejlesztési iránya{0}}a miniatürizálás és a nagy teljesítménysűrűség. A korlátozott járműbeépítési hely megköveteli, hogy a biztosíték tovább csökkentse méretét, miközben megőrizze megszakítóképességét, és javítsa térfogategységenkénti hibaenergia-kezelési kapacitását.

 

Egy másik fontos irány az anyagoptimalizálás. Az alumínium-oxid kerámia szigetelőcső biztosítékhoz egyensúlyt igényel a dielektromos szilárdság, a hőstabilitás, a mechanikai szilárdság és a feldolgozási konzisztencia között. Az új energetikai járműplatformok szabványosításának növekedésével a kerámiacsöves karosszériák méretpontossága és tételkonzisztenciája is fontos gyártási mutatóvá válik.

 

Ezen túlmenően a biztosítékok és a nagyfeszültségű{0}}elosztó rendszerek integrálása tovább fog növekedni. A jövőbeli nagyfeszültségű védelmi megoldásoknak nem csak az egyedi biztosítékok teljesítményét kell figyelembe venniük, hanem rendszerszintű koordinációt is megkövetelnek a kontaktorokkal, előtöltő áramkörökkel, BMS-sel, nagyfeszültségű csatlakozókkal és gyűjtősínekkel.

 

 

A biztonsági tervezés szempontjából a nagyfeszültségű biztosítékcső testének anyagának legalább néhány alapvető követelménynek meg kell felelnie: elegendő mechanikai szilárdságú ahhoz, hogy ellenálljon a törési folyamat által keltett belső nyomásnak; stabil szigetelési teljesítménnyel rendelkezik, hogy megfeleljen a nagy-feszültségű rendszer hosszú távú működési követelményeinek; jó hőállósággal rendelkezik, hogy fenntartsa a szerkezeti stabilitást rendkívül magas hőmérsékletű környezetben; jó méretkonzisztenciával kell rendelkeznie, hogy biztosítsa az olvadék, a töltőanyag és a végszerkezet közötti pontos összeszerelési kapcsolatot.

 

A nagyfeszültségű, új energiájú járművekhez{0}} a 95%-os alumínium-oxid kerámia cső nagyfeszültségű biztosítékhoz egy reprezentatív kerámiacső anyagmegoldás.

 

A tényleges alkalmazását még ellenőrizni kell az adott biztosíték névleges feszültsége, névleges áramerőssége, rövidzár{0}áram és mechanikai szerkezete alapján.

 

Különböző típusú segédáramkörök esetében a biztosítékok méretében és védelmi paramétereiben is eltérések vannak. Például a kerámia karosszériájú elektromos járművek segédbiztosítékai alkalmasabbak az üzemi áram, a névleges feszültség, a beépítési hely és a segédáramkör egyéb körülményei alapján történő egyeztetésre, ahelyett, hogy egyszerűen alkalmaznák az akkumulátor fő áramkörének tervezési paramétereit.

 

 

 

Az új energiájú járművek nagyfeszültségű{0}}biztosítékainak biztonságát nem egyetlen paraméter határozza meg, hanem az olvadék kialakítása, az ívoltó közeg, a cső anyaga, a végszerkezet, a beépítési mód és a nagyfeszültségű rendszer védelmi stratégiája.

 

A nagyfeszültségű-egyenáramú rendszerekben a biztosítékoknak gyorsan korlátozniuk kell az energiát a hiba fellépése után, miközben biztosítaniuk kell, hogy a törési folyamat során keletkező ív ne okozzon másodlagos károsodást a környező szerkezetekben. Ezért az anyagok, a szerkezeti és az elektromos paraméterek együtt-tervezése szükséges.

 

Nagyfeszültségű{0}}autóipari alkalmazásokhozAlumínium-oxid kerámia cső nagy{0}}feszültségű autóipari biztosítékokhoznemcsak a szigetelési és mechanikai támogatási funkciókat látja el, hanem részt vesz a teljes biztosítékkiesés energiaszabályozási folyamatában is. Ahogy az új energetikai járművek a nagyfeszültségű, nagy teljesítményű és magas szintű integráció felé fejlődnek, ennek a rendszerszintű tervezési koncepciónak a jelentősége tovább fog nőni.

 

Összességében a nagyfeszültségű{0}}biztosítékok kiválasztásánál nem csak a névleges feszültségre és a névleges áramra kell összpontosítani, hanem figyelembe kell venni a maximális zárlati áramot, az idő{2}}áram jellemzőit, a megszakítási képességet, a környezeti hőmérsékletet, a szigetelési távolságot, a telepítés helyét és a karbantartást is.