Безопасен избор на-предпазители за високо напрежение за нови енергийни превозни средства: ключови технологии за корпус от керамични тръби, гасене на постоянна дъга и дизайн на инсталацията

Тъй като захранващата акумулаторна система на новите енергийни превозни средства се развива към високо напрежение, голям капацитет и висока мощност, електрическата безопасност при високо-напрежение се превърна във важен въпрос при проектирането на автомобила и акумулаторната система. Като ключово устройство за защита от свръхток във веригата на захранващата батерия, предпазителят за високо-напрежение трябва бързо да прекъсне тока на повреда при необичайни условия, като късо съединение и силно претоварване, и да ограничи разпространението на енергията на повреда чрез надеждна структура за гасене на дъгата. Следователно номиналното напрежение, номиналният ток, капацитетът на прекъсване, ефективността на гасене на дъгата, изолацията и възможностите за устойчивост на топлина на предпазителя са пряко свързани с безопасността на високо-системата за напрежение.

 

За разлика от традиционните вериги с ниско-напрежение, новите енергийни батерии за превозни средства извеждат постоянен ток с високо{1}}напрежение. Няма естествена нулева{3}}точка за пресичане на постоянен ток и дъгата не може лесно да се изгаси след възникване на късо съединение. Следователно предпазителите за постоянен ток с високо{5}}напрежение трябва да имат специални способности за ограничаване на тока и гасене на дъгата. Когато възникне сериозно късо съединение в захранващата акумулаторна система, предпазителят трябва да завърши стапянето, контрола на дъгата и прекъсването на тока за много кратко време, за да се избегне по-нататъшно увреждане на батерията, релетата, конекторите и други компоненти с високо-напрежение от тока на повреда.

 

 

 

Захранващите батерии обикновено се състоят от голям брой единични клетки, свързани последователно и паралелно, за да образуват батериен пакет, и техният капацитет за съхранение на енергия и енергия на късо- съединение са много по-високи от обикновените електрически системи с ниско- напрежение. След като възникне късо съединение в главната верига, токът на повреда може да нарасне бързо за много кратко време. Без надеждна защита от свръхток топлината, генерирана от необичаен ток, може да причини прегряване на проводниците, повреда на изолационните материали и дори да причини по-сериозни аварии, свързани с термичната безопасност.

 

Предпазителите за високо напрежение обикновено се инсталират в главната верига на захранващата батерия, веригата за зареждане или други места, които изискват изолация на повреда с висока{1}}енергия. Когато се открие силно претоварване или ток на късо{3}} съединение, стопилката достига състоянието на топене чрез собственото си нагряване и използва вътрешната дъгогасителна-среда за ограничаване на дъгата, като по този начин завършва прекъсването на тока на повреда в рамките на определеното време.

 

Следователно предпазителят не е „предпазител“ в прост смисъл, а активен компонент за изолиране на повреда в системата за високо-напрежение на превозни средства с нова енергия. Дизайнът му трябва да вземе предвид както работата с ниска-мощност при нормални работни условия, така и възможностите за прекъсване с висока-енергия при условия на повреда.

 

В действителните продукти структури като EV Fuse Ceramic Body обикновено трябва да вземат предвид механичната якост, изолационните характеристики, устойчивостта на топлина и издръжливостта на вътрешно налягане. Особено за приложения с високо напрежение и висок ток, изборът на материал на тръбата ще повлияе пряко на границата на безопасност на предпазителя.

 

 

Предпазителите за високо{0}} напрежение обикновено се състоят от стопилка, тяло на тръбата, пълнител за гасене на дъгата, крайна капачка и свързваща структура. По време на нормална работа, стопилката позволява на работния ток в определения диапазон да продължи да преминава и собствената й загуба на мощност трябва да се контролира в рамките на разумен диапазон.

 

Когато веригата е силно претоварена или късо-съединена, локалната температура на стопилката ще се повиши бързо и ще се появи предпазител.

 

След като стопилката се разпадне, във веригата все още може да съществува висока енергия на дъгата. За системи с постоянен ток дъгата не може да бъде изгасена, като се разчита на естественото преминаване през нулата на променливотоковия ток, така че е необходимо да се абсорбира енергия, да се намали температурата на дъгата и да се ограничи канала на дъгата чрез материали за гасене на дъгата.

 

Гранулирана дъго{0}}гасителна среда, като кварцов пясък, може да абсорбира голямо количество топлина по време на процеса на топене и да помогне за образуването на продукт на топене с висока якост на изолация, като по този начин завършва окончателната галванична изолация.

 

По време на този процес тялото на тръбата не само поема ролята на механична опора, но също така трябва да издържи на високата температура и вътрешното налягане, генерирани по време на процеса на топене. Ако механичната якост, топлоустойчивостта или изолационните характеристики на тялото на тръбата са недостатъчни, могат да възникнат проблеми като разкъсване на тръбата, външна дъга или повреда на изолацията, дори ако самата стопилка може да работи нормално.

 

Следователно дизайнът на материала на керамичното тяло за EV предпазители не може да се съсредоточи само върху механичните свойства при нормална температура, но също така трябва да вземе предвид всеобхватните ефекти от моментна висока температура, високо напрежение и въздействие на дъгата по време на процеса на прекъсване на късо съединение.

 

 

Предпазителите за високо{0}}напрежение в превозни средства с нова енергия обикновено се монтират в кутии за батерии,-разпределителни кутии за високо напрежение или други места с ограничено пространство. Поради високото ниво на интеграция в тези области, условията на разсейване на топлината, разстоянието при монтажа и околните материали ще повлияят на работния статус на предпазителя.

 

Ако предпазителят е изложен на среда с висока температура за дълго време, материалът на тръбата трябва да има добра термична стабилност. Ако материалът омекне, остарее, деформира или влоши изолационните си свойства при продължителен термичен стрес, границата на безопасност на целия предпазител може да бъде намалена.

 

По време на прекъсване на повреда местните температури ще бъдат много по-високи от нормалните работни температури, така че материалите трябва да могат да издържат не само на продължителни работни температури, но и на краткотрайни екстремни термични удари. Това е особено важно за нови енергийни превозни средства, тъй като токът на повреда на захранващата акумулаторна система може да има високо ниво на енергия.

 

Керамичните материали имат висока топлоустойчивост и електроизолационни свойства, така че се използват широко в тялото на тръбата и изолационната структура на предпазители за високо напрежение. За -автомобилни предпазители с високо напрежение керамичната тръба от алуминиев оксид за предпазител за електромобили с високо напрежение може да осигури по-добра цялостна производителност между изолация, устойчивост на топлина и механична стабилност.

 

 

 

Керамиката от алуминиев оксид е често срещан тип електроизолационен керамичен материал с висока устойчивост на изолация, устойчивост на топлина и механична якост. При високоволтовите предпазители може да се използва алуминиева керамика за образуване на стабилно изолиращо тръбно тяло, за да се осигури надеждно затворено пространство за вътрешната стопилка и -гасителната среда на дъгата.

 

В сравнение с някои органични изолационни материали, алуминиевата керамика има по-добра стабилност на размерите при условия на висока температура и не се размеква и гори толкова лесно, колкото запалимите полимери. Следователно, в системата за високо-напрежение на нови енергийни превозни средства с високи изисквания за пожарна безопасност, керамичните тръбни тела имат определени структурни предимства.

 

За предпазители с различни нива на напрежение се изисква цялостен дизайн въз основа на фактори като електрическо разстояние, изолационна якост, механична якост, размер на тръбата и вътрешно налягане. Специфичните спецификации на керамичната тръба от алуминиев оксид за електрически автомобилни предпазители трябва да съответстват на структурата на стопилката и параметрите на счупване на целия предпазител и не могат да бъдат избрани въз основа само на размера на тръбата.

 

 

 

Когато избирате предпазител за високо{0}}напрежение, първо трябва да определите максималното работно напрежение на системата. Номиналното напрежение на предпазителя трябва да може да покрие максималното работно напрежение на захранващата батерия и да остави разумен запас за нормална работа и преходни условия.

 

Следва номиналният ток. Номиналният ток не се избира просто въз основа на максималния непрекъснат работен ток на превозното средство. Той също така трябва да бъде цялостно оценен въз основа на температурата на околната среда, метода на инсталиране, условията на разсейване на топлината, непрекъснатото работно време и текущите колебания. Твърде малък номинален ток може да причини често нагряване или дори фалшиви предпазители по време на нормална работа, докато прекалено висок номинален ток може да намали скоростта на защита при повреда.

 

Капацитетът на прекъсване също е важен показател за предпазителите за постоянен ток с високо{0}}напрежение. Проектантите трябва да потвърдят, че предпазителят може безопасно да прекъсне тока на повреда в рамките на определения диапазон въз основа на максималния ток на късо- съединение на захранващата батерия, системния импеданс и структурата на веригата на повреда.

 

Освен това е необходимо да се обърне внимание и на време-токовите характеристики. Скоростите на топене на различните предпазители не са съвсем еднакви и те трябва да бъдат избрани според изискванията на системата за защита от късо- съединение, защита от претоварване и защита при координиране на устройството.

 

 

Системата на захранващата батерия може да се сблъска с две необичайни условия: претоварване и късо съединение едновременно. Претоварването обикновено се проявява като работният ток продължава да надвишава нормалния проектен диапазон, но токът на повреда нараства сравнително бавно; късо съединение може да доведе до бързо достигане на високо ниво на тока за много кратък период от време.

 

За различните видове повреди предпазителите трябва да постигнат съответни защитни характеристики чрез различни конструкции на предпазители. Следователно структурата на продукта, съответстваща на керамичния корпус за предпазител за защита от претоварване и късо съединение, трябва да бъде проектирана заедно със стопилката, пълнителя и номиналната мощност на прекъсване.

 

За системи за високо-напрежение на нови енергийни превозни средства предпазителите също трябва да формират координирана защитна връзка с контактори, вериги за предварително зареждане, BMS и разпределителни системи за високо{1}}напрежение. Подобряването на способността за защита на определено устройство само по себе си не може да замени стратегията за защита на цялата-система за високо напрежение.

 

 

Основна техническа трудност на предпазителите за постоянен ток с високо{0}}напрежение е контролът на дъгата. След като стопилката се разтопи, между двете фрактури може да се образува високо{2}}температурна дъга. Ако дъгата продължава, електрическата изолация не може да бъде наистина постигната.

 

Пълнителят за гасене на дъгата и структурата на тръбата заедно определят процеса на охлаждане, сегментиране и дейонизация на дъгата. Стабилното тяло на керамичната тръба може да поддържа целостта на вътрешната структура по време на процеса на топене, осигурявайки затворено и стабилно пространство за процеса на гасене на дъгата.

 

За автомобилни предпазители с постоянен ток, керамичната структура, използвана от Ceramic for DC Automotive Fuses, обикновено трябва да бъде съчетана и проектирана въз основа на напрежение, ток, капацитет на прекъсване и вътрешно налягане. Изолационните характеристики на материала са само основата и действителният продукт все още трябва да бъде проверен чрез пълен тест за прекъсване на късо съединение.

 

 

Системата за високо{0}}напрежение на новите енергийни превозни средства обикновено има високо постоянно напрежение, така че в допълнение към защитата от свръхток, предпазителят също трябва да поддържа достатъчна изолационна способност по време на нормални работни условия и след предпазител.

 

Проектирането на изолацията включва диелектричната якост на самия материал, както и разстоянията на пълзене, електрическите хлабини, крайните структури и средата на инсталиране. Ако предпазителят за високо напрежение е твърде близо до околната метална конструкция или ако има замърсяване или кондензация на повърхността, действителната граница на изолация може да бъде намалена.

 

За изолиращи керамични конструкции като изолиращо електрическо стеатитно керамично сплавено тяло, материалната система и структурните размери трябва да се определят въз основа на специфични нива на напрежение и условия на околната среда. Новите енергийни превозни средства също ще претърпят температурни промени, промени във влажността, механични вибрации и удари на пътя по време на реална работа, така че изолационната структура трябва да има дългосрочна -стабилност.

 

 

 

В допълнение към работата на самия предпазител, мястото на инсталиране също влияе върху безопасността на системата. -Предпазителите за високо напрежение трябва да се избягват на претъпкани места, имат изключително лоши условия за разсейване на топлината или са податливи на механични повреди.

 

Ако мястото за инсталиране е близо до източник на висока топлина на захранващата батерия, топлопроводимостта, топлинното излъчване и въздушният поток трябва да бъдат оценени. За конструкции, които се нуждаят от поддръжка и подмяна, трябва също така да се вземат изцяло предвид работното пространство за персонала по поддръжката и-изискванията за изолация за безопасност при високо напрежение.

 

В -системите за електроразпределение с високо напрежение предпазителите обикновено трябва да бъдат поставени заедно с контактори, релета, шини и свързващи клеми. За тръбни конструкции като керамичен корпус за предпазител, околното пространство не само влияе на разсейването на топлината, но също така е свързано с безопасното разстояние при условия на повреда.
 

 

Проверката на-предпазители за високо напрежение за превозни средства с нова енергия трябва да обхваща както нормална работа, така и необичайни работни условия. При нормални условия на работа трябва да се обърне внимание на повишаването на температурата, постоянния капацитет на ток, стабилността на съпротивлението и характеристиките на изолацията; при необичайни работни условия е необходимо да се съсредоточите върху проверката на претоварване, късо съединение, капацитет на прекъсване и способност да издържат на екстремни токове.

 

Освен това оценката на екологичната надеждност трябва да се извърши въз основа на действителната среда на използване на превозни средства с нова енергия, включително тестове като цикли на висока и ниска температура, топлина и влажност, вибрации, механични удари и дългосрочно-зареждане с енергия.

 

За продукти, използващи тръбни тела от алуминиев оксид, е необходимо също така да се съсредоточите върху последователността на размерите, качеството на повърхността, механичната якост и надеждността на сглобяване на самата керамика с крайните метални части. Параметрите на материала на керамичната тръба от алуминиев оксид Al2O3 за високо-предпазител могат наистина да отразяват нивото на безопасност на продукта само ако са проверени заедно с цялостната структура на предпазителя.
 

 

Тъй като платформата за напрежение на захранващите батерии продължава да се увеличава, системите с високо{0}}напрежение постепенно се развиват от традиционната платформа от стотици волта към по-високи нива на напрежение. По-високото системно напрежение може да намали работния ток при същата мощност, като по този начин намалява загубите на проводници в кабелните снопове и шините, но в същото време поставя и по-високи изисквания към изолацията, гасенето на дъгата и защитата от повреда.

 

Една от бъдещите посоки на развитие на-предпазителите за високо напрежение е миниатюризацията и високата плътност на мощността. Ограниченото пространство за инсталиране на превозното средство изисква предпазителят да намали допълнително размера си, като същевременно запази своя капацитет на прекъсване и подобри капацитета си за обработка на енергия при повреда на единица обем.

 

Друга важна посока е оптимизацията на материалите. Керамичната изолационна тръба от алуминиев оксид за предпазител изисква баланс между диелектрична якост, термична стабилност, механична якост и последователност на обработка. Тъй като стандартизацията на новите платформи за енергийни превозни средства се увеличава, точността на размерите и консистенцията на партидите на корпусите от керамични тръби също ще станат важни производствени показатели.

 

Освен това интегрирането на предпазители и-системи за електроразпределение с високо напрежение ще продължи да се увеличава. Бъдещите решения за защита от високо-напрежение ще трябва не само да вземат предвид характеристиките на индивидуалните предпазители, но също така да изискват координация-на ниво система с контактори, вериги за предварително зареждане, BMS, съединители за високо{4}}напрежение и шини.

 

 

От гледна точка на дизайна за безопасност, материалът на тялото на тръбата на предпазителя за високо напрежение трябва поне да отговаря на няколко основни изисквания: има достатъчна механична якост, за да издържи на вътрешното налягане, генерирано от процеса на счупване; има стабилна изолационна производителност, за да отговори на-изискванията за дългосрочна работа на високо-системата с напрежение; има добра устойчивост на топлина за поддържане на структурна стабилност в среда с необичайно висока температура; той също така трябва да има добра консистенция на размерите, за да осигури точна връзка на сглобяване между стопилката, пълнителя и крайната структура.

 

За-приложения за нови енергийни превозни средства с високо напрежение керамичната тръба от 95% алуминиев оксид за високоволтов предпазител е представително решение за материал за керамични тръби.

 

Действителното му приложение все още трябва да бъде проверено въз основа на номиналното напрежение на предпазителя, номиналния ток, тока на късо{0}} съединение и механичната структура.

 

За различните видове спомагателни вериги също има разлики в размера и параметрите на защита на предпазителите. Например спомагателните предпазители за електрически превозни средства с керамично тяло са по-подходящи за съвпадение въз основа на работния ток, номиналното напрежение, пространството за инсталиране и други условия на спомагателната захранваща верига, вместо просто да се прилагат проектните параметри на главната верига на захранващата батерия.

 

 

 

Безопасността на предпазителите за високо-напрежение на нови енергийни превозни средства не се определя от един-единствен параметър, а от дизайна на стопилката, дъгогасителната среда, материала на тръбата, структурата на края, метода на инсталиране и стратегията за защита на-системата с високо напрежение.

 

В системите за постоянен ток с високо- напрежение предпазителите трябва бързо да ограничат енергията след възникване на повреда, като същевременно гарантират, че дъгата, генерирана по време на процеса на прекъсване, не причинява вторична повреда на околните структури. Следователно е необходим съвместен дизайн между материалите, структурните и електрическите параметри.

 

За-автомобилни приложения с високо напрежение,Керамична тръба от алуминий за -автомобилни предпазители с високо напрежениене само поема функциите за изолация и механична поддръжка, но също така участва в целия процес на контрол на енергията при отказ на предпазител. Тъй като новите енергийни превозни средства се развиват към високо напрежение, висока мощност и висока степен на интеграция, значението на тази концепция за проектиране-на ниво система ще нарасне допълнително.

 

Като цяло, изборът на предпазители за високо напрежение не трябва да се съсредоточава само върху двата основни параметъра номинално напрежение и номинален ток, но също така трябва да вземе предвид максималния ток на късо съединение, времето-характеристики на тока, капацитет на прекъсване, температура на околната среда, изолационно разстояние, място на монтаж и поддръжка.