Bezpečnostný výber vysokonapäťových{0}}poistiek pre nové energetické vozidlá: kľúčové technológie pre telo keramickej rúrky, zhášanie oblúka jednosmerným prúdom a dizajn inštalácie

Keďže sa systém napájacích batérií nových energetických vozidiel vyvíja smerom k vysokému napätiu, veľkej kapacite a vysokému výkonu, stala sa vysokonapäťová elektrická bezpečnosť dôležitou otázkou pri navrhovaní vozidla a systému batérie. Ako kľúčové nadprúdové ochranné zariadenie v obvode napájacej batérie musí vysokonapäťová poistka rýchlo prerušiť poruchový prúd za abnormálnych podmienok, ako je skrat a silné preťaženie, a obmedziť šírenie chybovej energie prostredníctvom spoľahlivej konštrukcie na zhášanie oblúka. Preto menovité napätie, menovitý prúd, vypínacia schopnosť, výkon zhášania oblúka, izolačné schopnosti a tepelná odolnosť poistky priamo súvisia s bezpečnosťou vysokonapäťového-systému.

 

Na rozdiel od tradičných-obvodov s nízkym napätím, nové napájacie batérie vozidiel poskytujú vysokonapäťový jednosmerný prúd. Pre jednosmerný prúd neexistuje žiadny prirodzený nulový-bod a oblúk sa po skrate nemôže sám ľahko uhasiť. Preto musia mať vysokonapäťové poistky jednosmerného prúdu špeciálne funkcie na obmedzenie prúdu a zhášanie oblúka. Keď dôjde k vážnemu skratu v systéme napájacej batérie, poistka musí vo veľmi krátkom čase dokončiť zatavenie, kontrolu oblúka a prerušenie prúdu, aby sa predišlo ďalšiemu poškodeniu batérie, relé, konektorov a iných vysokonapäťových komponentov chybným prúdom.

 

 

 

Napájacie batérie sa zvyčajne skladajú z veľkého počtu jednotlivých článkov zapojených sériovo a paralelne, aby vytvorili batériovú jednotku, a ich kapacita na ukladanie energie a skratová{0}}energia je oveľa vyššia ako u bežných nízkonapäťových{1}}elektrických systémov. Akonáhle dôjde ku skratu v hlavnom obvode, poruchový prúd sa môže rýchlo zvýšiť vo veľmi krátkom čase. Bez spoľahlivej nadprúdovej ochrany môže teplo generované abnormálnym prúdom spôsobiť prehriatie vodičov, poškodenie izolačných materiálov a dokonca spôsobiť vážnejšie nehody v oblasti tepelnej bezpečnosti.

 

Vysokonapäťové poistky sa zvyčajne inštalujú v hlavnom obvode napájacej batérie, nabíjacom obvode alebo na iných miestach, ktoré si vyžadujú vysokoenergetickú izoláciu{1}}. Keď sa zistí silné preťaženie alebo skrat{3}}prúdu, tavenina dosiahne stav tavenia prostredníctvom vlastného ohrevu a použije médium na zhášanie vnútorného oblúka-na obmedzenie oblúka, čím sa dokončí prerušenie poruchového prúdu v stanovenom čase.

 

Poistka preto nie je „poistka“ v jednoduchom zmysle slova, ale aktívny komponent na izoláciu porúch vo vysokonapäťovom{0}}systéme nových energetických vozidiel. Jeho dizajn musí brať do úvahy ako nízkoenergetickú{2}}prevádzku za normálnych pracovných podmienok, tak aj vysokoenergetickú{3}}možnosť vypínania v poruchových podmienkach.

 

V skutočných produktoch musia štruktúry, ako je keramické teleso EV Fuse, zvyčajne brať do úvahy mechanickú pevnosť, izolačný výkon, tepelnú odolnosť a odolnosť voči vnútornému tlaku. Najmä pri vysokonapäťových a vysokoprúdových aplikáciách bude výber materiálu trubice priamo ovplyvňovať bezpečnostnú rezervu poistky.

 

 

Vysokonapäťové poistky sa zvyčajne skladajú z taveniny, telesa trubice, výplne na zhášanie oblúka, koncového uzáveru a spojovacej konštrukcie. Počas normálnej prevádzky tavenina umožňuje, aby prevádzkový prúd v špecifikovanom rozsahu naďalej prechádzal a jej vlastná strata výkonu by mala byť kontrolovaná v rozumnom rozsahu.

 

Keď je obvod vážne preťažený alebo{0}}skratovaný, miestna teplota taveniny sa rýchlo zvýši a dôjde k poistke.

 

Po prerušení taveniny môže v obvode stále existovať vysoká energia oblúka. V prípade jednosmerných systémov sa oblúk nedá uhasiť spoliehaním sa na prirodzené prekročenie striedavého prúdu nulou, takže je potrebné absorbovať energiu, znížiť teplotu oblúka a obmedziť kanál oblúka pomocou materiálov na zhášanie oblúka.

 

Hasiace prostriedky s granulovaným oblúkom-, ako je kremenný piesok, môžu počas procesu tavenia absorbovať veľké množstvo tepla a pomôcť vytvoriť taviaci produkt s vysokou izolačnou pevnosťou, čím sa dokončí konečná galvanická izolácia.

 

Počas tohto procesu teleso rúry preberá nielen úlohu mechanickej podpory, ale musí odolať aj vysokej teplote a vnútornému tlaku vznikajúcemu počas procesu tavenia. Ak je mechanická pevnosť, tepelná odolnosť alebo izolačný výkon telesa potrubia nedostatočný, môžu sa vyskytnúť problémy, ako je prasknutie potrubia, vonkajší oblúk alebo porucha izolácie, aj keď samotná tavenina môže fungovať normálne.

 

Materiálové prevedenie keramického telesa pre EV poistky sa preto nemôže zameriavať len na mechanické vlastnosti pri normálnej teplote, ale musí zohľadňovať aj komplexné účinky okamžitej vysokej teploty, vysokého napätia a nárazu oblúka počas procesu vypínania skratu.

 

 

Vysokonapäťové poistky v nových energetických vozidlách sa zvyčajne inštalujú do batériových skríň, vysokonapäťových{1}}rozvádzačov alebo na iných miestach s obmedzeným priestorom. Vzhľadom na vysokú úroveň integrácie v týchto oblastiach ovplyvnia prevádzkový stav poistky podmienky rozptylu tepla, inštalačné vzdialenosti a okolité materiály.

 

Ak je poistka dlhodobo vystavená prostrediu s vysokou teplotou, materiál rúrky musí mať dobrú tepelnú stabilitu. Ak materiál pri trvalom tepelnom namáhaní zmäkne, starne, deformuje sa alebo zhoršuje izolačné vlastnosti, bezpečnostná rezerva celej poistky sa môže znížiť.

 

Počas prerušenia poruchy budú miestne teploty oveľa vyššie ako normálne prevádzkové teploty, takže materiály musia byť schopné odolať nielen nepretržitým prevádzkovým teplotám, ale aj krátkodobým-extrémnym teplotným šokom. Toto je obzvlášť dôležité pre nové energetické vozidlá, pretože poruchový prúd systému napájacej batérie môže mať vysokú úroveň energie.

 

Keramické materiály majú vysokú tepelnú odolnosť a elektrické izolačné vlastnosti, preto sa vo veľkej miere používajú v tele rúrky a izolačnej štruktúre vysokonapäťových poistiek. Pre vysokonapäťové automobilové poistky môže hliníková keramická trubica pre vysokonapäťové elektrické poistky poskytnúť lepší komplexný výkon medzi izoláciou, tepelnou odolnosťou a mechanickou stabilitou.

 

 

 

Keramika z oxidu hlinitého je bežným typom elektroizolačného keramického materiálu s vysokým izolačným odporom, tepelnou odolnosťou a mechanickou pevnosťou. Vo vysokonapäťových poistkách je možné použiť hlinitú keramiku na vytvorenie stabilného telesa izolačnej trubice, ktoré poskytuje spoľahlivý uzavretý priestor pre vnútornú taveninu a hasiace médium- oblúka.

 

V porovnaní s niektorými organickými izolačnými materiálmi má hlinitá keramika lepšiu rozmerovú stabilitu pri vysokých teplotách a nezmäkne a nehorí tak ľahko ako horľavé polyméry. Preto vo vysokonapäťových-systémoch nových energetických vozidiel s vysokými požiadavkami na požiarnu bezpečnosť majú keramické rúrkové telesá určité konštrukčné výhody.

 

V prípade poistiek rôznych úrovní napätia sa vyžaduje komplexný návrh založený na faktoroch, ako je elektrická vzdialenosť, pevnosť izolácie, mechanická pevnosť, veľkosť potrubia a vnútorný tlak. Špecifické špecifikácie hliníkovej keramickej trubice pre elektrické automobilové poistky musia zodpovedať štruktúre taveniny a parametrom rozbitia celej poistky a nemožno ich vybrať len na základe veľkosti trubice.

 

 

 

Pri výbere vysokonapäťovej poistky- musíte najprv určiť maximálne prevádzkové napätie systému. Menovité napätie poistky by malo byť schopné pokryť maximálne prevádzkové napätie systému napájacej batérie a ponechať primeranú rezervu pre normálnu prevádzku a prechodné podmienky.

 

Ďalej je menovitý prúd. Menovitý prúd sa nevyberá jednoducho na základe maximálneho trvalého pracovného prúdu vozidla. Tiež je potrebné komplexne vyhodnotiť na základe okolitej teploty, spôsobu inštalácie, podmienok rozptylu tepla, nepretržitého pracovného času a kolísania prúdu. Príliš malý menovitý prúd môže spôsobiť časté zahrievanie alebo dokonca falošné poistky počas normálnej prevádzky, zatiaľ čo príliš veľký menovitý prúd môže znížiť rýchlosť ochrany proti poruche.

 

Vypínacia kapacita je tiež dôležitým indikátorom vysokonapäťových poistiek jednosmerného prúdu-. Dizajnéri musia potvrdiť, že poistka dokáže bezpečne prerušiť poruchový prúd v rámci špecifikovaného rozsahu na základe maximálneho skratového{2}}prúdu napájacej batérie, impedancie systému a štruktúry poruchového obvodu.

 

Okrem toho je potrebné dbať aj na časovo-aktuálne charakteristiky. Rýchlosti tavenia rôznych poistiek nie sú úplne rovnaké a je potrebné ich zvoliť podľa požiadaviek systému na ochranu proti skratu-, ochranu proti preťaženiu a ochranu koordinácie zariadení.

 

 

Systém napájacej batérie môže čeliť dvom abnormálnym stavom: preťaženiu a skratu súčasne. Preťaženie sa zvyčajne prejavuje tak, že prevádzkový prúd naďalej prekračuje normálny konštrukčný rozsah, ale poruchový prúd sa zvyšuje relatívne pomaly; skrat môže spôsobiť, že prúd rýchlo dosiahne vysokú úroveň vo veľmi krátkom čase.

 

Pre rôzne typy porúch musia poistky dosiahnuť zodpovedajúce ochranné charakteristiky prostredníctvom rôznych konštrukcií poistiek. Preto je potrebné navrhnúť štruktúru výrobku zodpovedajúcu keramickému telesu poistky proti preťaženiu a skratu spolu s taveninou, výplňou a menovitou vypínacou schopnosťou.

 

V prípade nových vysokonapäťových{0}}systémov energetických vozidiel musia poistky vytvoriť koordinovaný ochranný vzťah so stýkačmi, obvodmi predbežného nabíjania, BMS a vysokonapäťovými distribučnými systémami. Samotné zlepšenie ochranných schopností určitého zariadenia nemôže nahradiť stratégiu ochrany celého vysokonapäťového-systému.

 

 

Základným technickým problémom vysokonapäťových poistiek jednosmerného prúdu- je ovládanie oblúka. Po roztavení taveniny sa môže medzi dvoma zlommi vytvoriť vysokoteplotný oblúk. Ak oblúk pokračuje, elektrickú izoláciu nie je možné skutočne dosiahnuť.

 

Výplň na zhášanie oblúka a štruktúra trubice spoločne určujú proces chladenia, segmentácie a deionizácie oblúka. Stabilné teleso keramickej rúrky môže zachovať integritu vnútornej štruktúry počas procesu tavenia a poskytuje uzavretý a stabilný priestor pre proces zhášania oblúka.

 

Pre jednosmerné automobilové poistky musí byť keramická štruktúra používaná spoločnosťou Ceramic for DC Automotive Fuses zvyčajne prispôsobená a navrhnutá na základe napätia, prúdu, vypínacej kapacity a vnútorného tlaku. Izolačné vlastnosti materiálu sú len základom a skutočný produkt je ešte potrebné overiť úplným-testom prerušenia skratu.

 

 

Vysokonapäťový{0} systém nových energetických vozidiel má zvyčajne vysoké jednosmerné napätie, takže okrem nadprúdovej ochrany si poistka musí zachovať aj dostatočnú izolačnú schopnosť počas bežných pracovných podmienok a po poistke.

 

Návrh izolácie zahŕňa dielektrickú pevnosť samotného materiálu, ako aj povrchové vzdialenosti, elektrické vzdialenosti, koncové konštrukcie a prostredie inštalácie. Ak je vysokonapäťová poistka príliš blízko k okolitej kovovej konštrukcii alebo ak je na povrchu kontaminácia alebo kondenzácia, môže sa znížiť skutočná hranica izolácie.

 

Pre izolačné keramické konštrukcie, ako je izolačné elektrické steatitové keramické tavené teleso, je potrebné určiť materiálový systém a konštrukčné rozmery na základe špecifických úrovní napätia a podmienok prostredia. Nové energetické vozidlá budú počas skutočnej prevádzky tiež vystavené zmenám teploty, vlhkosti, mechanickým vibráciám a nárazom na vozovku, takže izolačná štruktúra musí mať dlhodobú-stabilitu.

 

 

 

Okrem výkonu samotnej poistky ovplyvňuje bezpečnosť systému aj miesto inštalácie. Vysokonapäťovým poistkám by ste sa mali vyhýbať na preplnených miestach, na miestach s mimoriadne zlým rozptylom tepla alebo na miestach, ktoré sú náchylné na mechanické poškodenie.

 

Ak je inštalačný priestor blízko zdroja vysokého tepla napájacieho akumulátora, je potrebné vyhodnotiť vedenie tepla, vyžarovanie tepla a prúdenie vzduchu. Pri konštrukciách, ktoré si vyžadujú údržbu a výmenu, by sa mal v plnej miere zvážiť aj prevádzkový priestor pre personál údržby a požiadavky na bezpečnú izoláciu vysokého- napätia.

 

Vo vysokonapäťových{0}}distribučných systémoch elektrickej energie musia byť poistky zvyčajne usporiadané spolu so stýkačmi, relé, prípojnicami a pripojovacími svorkami. Pri potrubných konštrukciách, ako je Ceramic Casing for Fuse Link, okolitý priestor ovplyvňuje nielen rozptyl tepla, ale súvisí aj s bezpečnou vzdialenosťou pri poruchových stavoch.
 

 

Overenie vysokonapäťových poistiek pre nové energetické vozidlá by malo zahŕňať normálnu prevádzku aj abnormálne pracovné podmienky. Za normálnych pracovných podmienok je potrebné venovať pozornosť zvýšeniu teploty, trvalej prúdovej zaťažiteľnosti, stabilite odporu a izolačnému výkonu; pri abnormálnych pracovných podmienkach je potrebné zamerať sa na overenie preťaženia, skratu, vypínacej schopnosti a schopnosti odolávať extrémnym prúdom.

 

Okrem toho je potrebné vykonať hodnotenie environmentálnej spoľahlivosti na základe skutočného prostredia používania nových energetických vozidiel vrátane testov, ako sú cykly pri vysokej a nízkej teplote, teplo a vlhkosť, vibrácie, mechanické otrasy a-dlhodobé napájanie.

 

Pri výrobkoch s keramickými rúrovými telesami z oxidu hlinitého je potrebné zamerať sa aj na rozmerovú stálosť, kvalitu povrchu, mechanickú pevnosť a spoľahlivosť samotnej keramiky s koncovými kovovými dielmi. Materiálové parametre Al2O3 hliníkovej keramickej trubice pre vysokonapäťovú poistku- môžu pravdivo odrážať úroveň bezpečnosti výrobku iba vtedy, ak sú overené spolu s celkovou konštrukciou poistky.
 

 

Ako sa napäťová platforma napájacích batérií neustále zvyšuje, vysokonapäťové systémy sa postupne vyvíjajú z tradičnej platformy stoviek voltov na vyššie úrovne napätia. Vyššie systémové napätie môže znížiť prevádzkový prúd pri rovnakom výkone, čím sa znížia straty vodičov v káblových zväzkoch a prípojniciach, no zároveň kladie vyššie požiadavky na izoláciu, zhášanie oblúka a ochranu pred poruchami.

 

Jedným z budúcich smerov vývoja vysokonapäťových poistiek-je miniaturizácia a vysoká hustota výkonu. Obmedzený priestor na inštaláciu vo vozidle vyžaduje, aby poistka ďalej zmenšila svoju veľkosť pri zachovaní vypínacej kapacity a zlepšila svoju schopnosť zvládať poruchovú energiu na jednotku objemu.

 

Ďalším dôležitým smerom je optimalizácia materiálu. Alumina Keramická izolačná trubica pre poistku vyžaduje rovnováhu medzi dielektrickou pevnosťou, tepelnou stabilitou, mechanickou pevnosťou a konzistenciou spracovania. So zvyšujúcou sa štandardizáciou nových platforiem energetických vozidiel sa dôležitými výrobnými ukazovateľmi stanú aj rozmerová presnosť a stálosť šarží keramických rúrových karosérií.

 

Okrem toho sa bude naďalej zvyšovať integrácia poistiek a vysokonapäťových{0}}distribučných systémov energie. Budúce riešenia vysokonapäťovej ochrany-budú musieť brať do úvahy nielen výkon jednotlivých poistiek, ale budú tiež vyžadovať-koordináciu na úrovni systému so stýkačmi, obvodmi predbežného nabíjania, BMS, vysokonapäťovými konektormi a prípojnicami.

 

 

Z hľadiska bezpečnostného dizajnu by mal materiál telesa rúrky vysokonapäťovej poistky spĺňať aspoň niekoľko základných požiadaviek: má dostatočnú mechanickú pevnosť, aby odolal vnútornému tlaku generovanému procesom rozbitia; má stabilný izolačný výkon, aby spĺňal dlhodobé-požiadavky na prevádzku vysokonapäťového-systému; má dobrú tepelnú odolnosť na udržanie štrukturálnej stability v prostredí s abnormálne vysokou teplotou; mala by mať tiež dobrú rozmerovú konzistenciu, aby sa zabezpečil presný montážny vzťah medzi taveninou, plnivom a koncovou štruktúrou.

 

Pre vysokonapäťové{0}}aplikácie v nových energetických vozidlách je reprezentatívnym riešením keramických rúrok keramická trubica pre vysokonapäťovú poistku z 95 % hliníka.

 

Jeho skutočnú aplikáciu je stále potrebné overiť na základe konkrétneho menovitého napätia poistky, menovitého prúdu, skratového-prúdu a mechanickej štruktúry.

 

Pre rôzne typy pomocných obvodov existujú aj rozdiely vo veľkosti a ochranných parametroch poistiek. Napríklad pomocné poistky elektrického vozidla s keramickým telom sú vhodnejšie na prispôsobenie na základe prevádzkového prúdu, menovitého napätia, inštalačného priestoru a iných podmienok pomocného napájacieho obvodu, a nie na jednoduché použitie konštrukčných parametrov hlavného obvodu napájacej batérie.

 

 

 

Bezpečnosť vysokonapäťových poistiek nových energetických vozidiel-neurčuje jeden parameter, ale konštrukcia taveniny, médium na zhášanie oblúka, materiál trubice, koncová konštrukcia, spôsob inštalácie a stratégia ochrany vysokonapäťového systému.

 

Vo vysokonapäťových{0}}jednosmerných systémoch musia poistky rýchlo obmedziť energiu, keď dôjde k poruche, a zároveň zabezpečiť, aby oblúk vytvorený počas procesu lámania nespôsobil sekundárne poškodenie okolitých štruktúr. Preto je nevyhnutný ko-návrh materiálov, konštrukcie a elektrických parametrov.

 

Pre vysokonapäťové{0}}automobilové aplikácie,Hliníková keramická trubica pre vysokonapäťové{0}}automobilové poistkynielenže preberá funkcie izolácie a mechanickej podpory, ale podieľa sa aj na celom procese riadenia energie pri poruche poistky. Ako sa nové energetické vozidlá vyvíjajú smerom k vysokému napätiu, vysokému výkonu a vysokej integrácii, význam tohto konceptu{1}}na úrovni systému bude ďalej narastať.

 

Celkovo by sa výber vysokonapäťových poistiek nemal zameriavať len na dva základné parametre menovitého napätia a menovitého prúdu, ale je potrebné zvážiť aj maximálny skratový-prúd, časové-charakteristiky prúdu, vypínaciu schopnosť, teplotu okolia, izolačnú vzdialenosť, miesto inštalácie a údržbu.