Varnostna izbira visoko{0}}napetostnih varovalk za nova energetska vozila: ključne tehnologije za ohišje iz keramične cevi, gašenje obloka z enosmernim tokom in zasnova namestitve

Ko se električni akumulatorski sistem novih energetskih vozil razvija proti visoki napetosti, veliki zmogljivosti in visoki moči, je visoko{0}}napetostna električna varnost postala pomembno vprašanje pri načrtovanju vozila in akumulatorskega sistema. Visoko{2}}napetostna varovalka mora kot ključna pretokovna zaščitna naprava v tokokrogu električnega akumulatorja hitro prekiniti okvarjeni tok v nenormalnih pogojih, kot sta kratek stik in huda preobremenitev, ter omejiti širjenje energije napake prek zanesljive strukture za gašenje obloka. Zato so nazivna napetost, nazivni tok, izklopna zmogljivost, zmogljivost gašenja obloka, izolacija in toplotna odpornost varovalke neposredno povezani z varnostjo visokonapetostnega-sistema.

 

Za razliko od tradicionalnih nizko-napetostnih tokokrogov nove energetske baterije za vozila oddajajo visoko{1}}napetostni enosmerni tok. Za enosmerni tok ni naravnega ničelnega -točka prehoda in lok se po kratkem stiku ne more enostavno sam ugasniti. Zato morajo imeti visoko{5}}napetostne enosmerne varovalke posebne zmogljivosti za omejevanje toka in gašenje obloka. Ko pride do resnega kratkega stika v sistemu napajalne baterije, mora varovalka v zelo kratkem času dokončati talilno taljenje, nadzor obloka in prekinitev toka, da se prepreči nadaljnja poškodba baterije, relejev, konektorjev in drugih visoko-napetostnih komponent zaradi okvarjenega toka.

 

 

 

Napajalne baterije so običajno sestavljene iz velikega števila posameznih celic, ki so zaporedno in vzporedno povezane v paket baterij, njihova zmogljivost shranjevanja energije in energija kratkega-stika pa sta veliko večji od običajnih nizko{1}}napetostnih električnih sistemov. Ko pride do kratkega stika v glavnem tokokrogu, lahko tok napake v zelo kratkem času hitro naraste. Brez zanesljive pretokovne zaščite lahko toplota, ki jo ustvari neobičajni tok, povzroči pregrevanje prevodnikov, poškodbe izolacijskih materialov in celo povzroči resnejše nesreče zaradi toplotne varnosti.

 

Visok{0}}napetostne varovalke so običajno nameščene v glavnem tokokrogu napajalne baterije, polnilnem tokokrogu ali na drugih lokacijah, kjer je potrebna visoko{1}}izolacija napake. Ko je zaznana huda preobremenitev ali tok kratkega-toka, talina doseže stanje taljenja z lastnim segrevanjem in uporabi notranji-medij za gašenje obloka, da omeji oblok, s čimer se v določenem času zaključi izklop toka napake.

 

Zato varovalka ni "varovalka" v preprostem smislu, ampak aktivna komponenta za izolacijo napake v visoko-napetostnem sistemu vozil z novo energijo. Njegova zasnova mora upoštevati delovanje z nizko-porabo energije v normalnih delovnih pogojih in visoko{3}}zmožnosti izklopa energije v pogojih napake.

 

V dejanskih izdelkih morajo strukture, kot je EV Fuse Ceramic Body, običajno upoštevati mehansko trdnost, izolacijo, toplotno odpornost in vzdržljivost notranjega tlaka. Zlasti pri visokonapetostnih in visokotokovnih aplikacijah bo izbira materiala cevi neposredno vplivala na varnostno mejo varovalke.

 

 

Visok{0}}napetostne varovalke so običajno sestavljene iz taline, telesa cevi, polnila za gašenje obloka, končne kapice in povezovalne strukture. Med normalnim delovanjem talina omogoča, da delovni tok v določenem območju še naprej prehaja, lastno izgubo moči pa je treba nadzorovati v razumnem območju.

 

Ko je tokokrog močno preobremenjen ali kratek-stik, bo lokalna temperatura taline hitro narasla in prišlo bo do varovalke.

 

Po razpadu taline lahko v tokokrogu še vedno obstaja visoka energija obloka. Pri sistemih z enosmernim tokom obloka ni mogoče ugasniti z zanašanjem na naravni prehod izmeničnega toka skozi ničlo, zato je treba absorbirati energijo, zmanjšati temperaturo obloka in omejiti kanal obloka z materiali za gašenje obloka.

 

Zrnati obločni-sredstva za gašenje, kot je kremenčev pesek, lahko absorbirajo veliko količino toplote med postopkom taljenja in pomagajo oblikovati izdelek taljenja z visoko izolacijsko trdnostjo, s čimer se dokonča končna galvanska ločitev.

 

Med tem postopkom telo cevi ne prevzame le vloge mehanske podpore, ampak mora prenesti tudi visoko temperaturo in notranji tlak, ki nastaneta med postopkom taljenja. Če je mehanska trdnost, toplotna odpornost ali izolacijska zmogljivost telesa cevi nezadostna, lahko pride do težav, kot so pretrganje cevi, zunanji oblok ali okvara izolacije, tudi če sama talina lahko deluje normalno.

 

Zato se materialna zasnova keramičnega ohišja za varovalke EV ne more osredotočiti le na mehanske lastnosti pri normalni temperaturi, ampak mora upoštevati tudi celovite učinke trenutne visoke temperature, visoke napetosti in udarca obloka med postopkom prekinitve kratkega stika.

 

 

Visok{0}}napetostne varovalke v vozilih z novo energijo so običajno nameščene v baterijskih omarah, visokonapetostnih razdelilnih omaricah ali na drugih mestih z omejenim prostorom. Zaradi visoke stopnje integracije na teh območjih bodo pogoji odvajanja toplote, razmik med namestitvijo in okoliški materiali vplivali na stanje delovanja varovalke.

 

Če je varovalka dlje časa izpostavljena okolju z visoko temperaturo, mora imeti material cevi dobro toplotno stabilnost. Če se material pod dolgotrajno toplotno obremenitvijo zmehča, postara, deformira ali poslabša izolacijske lastnosti, se lahko varnostna meja celotne varovalke zmanjša.

 

Med prekinitvijo napake bodo lokalne temperature veliko višje od običajnih delovnih temperatur, zato morajo biti materiali sposobni prenesti ne le stalne delovne temperature, ampak tudi kratkotrajne ekstremne toplotne šoke. To je še posebej pomembno za nova energetska vozila, ker ima lahko tok napake akumulatorskega sistema visoko raven energije.

 

Keramični materiali imajo visoko toplotno odpornost in električne izolacijske lastnosti, zato se pogosto uporabljajo v telesu cevi in ​​izolacijski strukturi visokonapetostnih-varovalk. Za visoko{2}}napetostne avtomobilske varovalke lahko keramična cev iz aluminijevega oksida za visokonapetostno varovalko EV zagotovi boljšo celovito zmogljivost med izolacijo, toplotno odpornostjo in mehansko stabilnostjo.

 

 

 

Keramika iz aluminijevega oksida je običajna vrsta električno izolacijskega keramičnega materiala z visoko izolacijsko odpornostjo, toplotno odpornostjo in mehansko trdnostjo. Pri visokonapetostnih-varovalkah je mogoče uporabiti keramiko iz aluminijevega oksida za oblikovanje stabilnega izolacijskega telesa cevi, ki zagotavlja zanesljiv zaprt prostor za notranjo talino in-medij za gašenje obloka.

 

V primerjavi z nekaterimi organskimi izolacijskimi materiali ima keramika iz aluminijevega oksida boljšo dimenzijsko stabilnost pri visokih temperaturah ter se ne zmehča in ne zgori tako zlahka kot vnetljivi polimeri. Zato imajo v visokonapetostnem-sistemu novih energetskih vozil z visokimi zahtevami glede požarne varnosti keramične cevi določene strukturne prednosti.

 

Za varovalke z različnimi nivoji napetosti je potrebna celovita zasnova, ki temelji na dejavnikih, kot so električni odmik, izolacijska trdnost, mehanska trdnost, velikost cevi in ​​notranji tlak. Posebne specifikacije keramične cevi iz aluminijevega oksida za električno avtomobilsko varovalko se morajo ujemati s strukturo taline in prekinitvenimi parametri celotne varovalke in jih ni mogoče izbrati samo na podlagi velikosti cevi.

 

 

 

Ko izbirate visoko{0}}napetostno varovalko, morate najprej določiti največjo delovno napetost sistema. Nazivna napetost varovalke mora biti sposobna pokriti največjo delovno napetost napajalnega akumulatorskega sistema in pustiti razumno rezervo za normalno delovanje in prehodne pogoje.

 

Sledi nazivni tok. Nazivni tok ni preprosto izbran na podlagi največjega trajnega delovnega toka vozila. Prav tako ga je treba celovito ovrednotiti glede na temperaturo okolja, način namestitve, pogoje odvajanja toplote, neprekinjen delovni čas in trenutna nihanja. Prevelik nazivni tok lahko med normalnim delovanjem povzroči pogosto pregrevanje ali celo lažne varovalke, previsok nazivni tok pa lahko zmanjša hitrost zaščite pred okvarami.

 

Prekinitvena zmogljivost je tudi pomemben pokazatelj visoko{0}}napetostnih enosmernih varovalk. Načrtovalci morajo potrditi, da lahko varovalka varno prekine tok napake v določenem območju na podlagi največjega toka kratkega-toka napajalne baterije, impedance sistema in strukture vezja napake.

 

Poleg tega je treba paziti tudi na časovno-tokovne značilnosti. Hitrosti taljenja različnih varovalk niso popolnoma enake in jih je treba izbrati glede na sistemske zahteve za zaščito pred kratkim-stikom, zaščito pred preobremenitvijo in zaščito pri usklajevanju naprav.

 

 

Sistem napajalne baterije se lahko sooči z dvema neobičajnima stanjema: preobremenitvijo in kratkim stikom hkrati. Preobremenitev se običajno kaže kot obratovalni tok, ki še naprej presega normalno konstrukcijsko območje, toda napakni tok narašča razmeroma počasi; kratek stik lahko povzroči, da tok hitro doseže visoko raven v zelo kratkem času.

 

Za različne vrste napak morajo varovalke doseči ustrezne zaščitne lastnosti z različnimi izvedbami varovalk. Zato je treba strukturo izdelka, ki ustreza keramičnemu ohišju varovalke za zaščito pred preobremenitvijo in kratkim stikom, oblikovati skupaj s talino, polnilom in nazivno izklopno zmogljivostjo.

 

Za visokonapetostne-sisteme novih energetskih vozil morajo varovalke oblikovati tudi usklajeno zaščitno razmerje s kontaktorji, tokokrogi prednapolnjenosti, BMS in visokonapetostnimi-distribucijskimi sistemi. Samo izboljšanje zaščitne zmogljivosti določene naprave ne more nadomestiti zaščitne strategije celotnega visokonapetostnega-sistema.

 

 

Glavna tehnična težava visoko{0}}napetostnih enosmernih varovalk je nadzor obloka. Ko se talina stopi, lahko med obema prelomoma-nastane visokotemperaturni lok. Če se oblok nadaljuje, električne izolacije ni mogoče resnično doseči.

 

Polnilo za gašenje obloka in struktura cevi skupaj določata proces hlajenja, segmentacije in deionizacije obloka. Stabilno ohišje keramične cevi lahko ohrani celovitost notranje strukture med postopkom taljenja, kar zagotavlja zaprt in stabilen prostor za postopek gašenja obloka.

 

Za enosmerne avtomobilske varovalke je treba keramično strukturo, ki jo uporablja Ceramic for DC Automotive Fuses, običajno ujemati in oblikovati glede na napetost, tok, prekinitveno zmogljivost in notranji tlak. Izolacijska zmogljivost materiala je le osnova, dejanski izdelek pa je treba še preveriti s popolnim-preskusom prekinitve kratkega stika.

 

 

Visok{0}}napetostni sistem vozil na novo energijo ima običajno visoko enosmerno napetost, zato mora varovalka poleg pretokovne zaščite vzdrževati tudi zadostno izolacijsko sposobnost med normalnimi delovnimi pogoji in po taljenju.

 

Zasnova izolacije vključuje dielektrično trdnost samega materiala, pa tudi plazilne poti, električne razdalje, končne strukture in okolje namestitve. Če je visoko{1}}napetostna varovalka preblizu okoliške kovinske strukture ali če je na površini kontaminacija ali kondenzacija, se lahko dejanska izolacijska meja zmanjša.

 

Za izolacijske keramične strukture, kot je izolacijsko steatitno keramično staljeno telo, je treba sistem materiala in strukturne dimenzije določiti na podlagi specifičnih ravni napetosti in okoljskih pogojev. Nova energetska vozila bodo med dejanskim delovanjem doživljala tudi temperaturne spremembe, spremembe vlažnosti, mehanske vibracije in udarce s ceste, zato mora biti izolacijska struktura dolgoročno stabilna-.

 

 

 

Poleg samega delovanja varovalke na varnost sistema vpliva tudi lokacija namestitve. Visoko{1}}napetostnim varovalkam se je treba izogibati na prenatrpanih lokacijah, ki imajo izjemno slabe pogoje za odvajanje toplote ali so dovzetne za mehanske poškodbe.

 

Če je prostor za namestitev blizu vira visoke toplote akumulatorja, je treba oceniti toplotno prevodnost, toplotno sevanje in pretok zraka. Pri strukturah, ki zahtevajo vzdrževanje in zamenjavo, je treba v celoti upoštevati tudi delovni prostor za vzdrževalno osebje in zahteve glede visokonapetostne varnostne izolacije.

 

V visokonapetostnih sistemih za distribucijo električne energije je treba varovalke običajno namestiti skupaj s kontaktorji, releji, zbiralkami in priključnimi sponkami. Pri cevnih strukturah, kot je keramično ohišje za talilni vložek, okoliški prostor ne vpliva le na odvajanje toplote, ampak je povezan tudi z varno razdaljo v pogojih napake.
 

 

Preverjanje visokonapetostnih-varovalk za nova energetska vozila mora zajemati normalno delovanje in neobičajne delovne pogoje. V normalnih delovnih pogojih je treba pozornost posvetiti dvigu temperature, nosilnosti neprekinjenega toka, stabilnosti upora in izolacijskim lastnostim; v neobičajnih delovnih pogojih se je treba osredotočiti na preverjanje preobremenitve, kratkega stika, prekinitvene sposobnosti in sposobnosti vzdržati ekstremne tokove.

 

Poleg tega je treba izvesti oceno okoljske zanesljivosti na podlagi dejanskega okolja uporabe novih energijskih vozil, vključno s preskusi, kot so cikli visokih in nizkih temperatur, vročina in vlaga, vibracije, mehanski udarci in dolgotrajno-napajanje.

 

Pri izdelkih, ki uporabljajo cevna telesa iz aluminijevega oksida, se je treba osredotočiti tudi na dimenzijsko skladnost, kakovost površine, mehansko trdnost in zanesljivost sestavljanja same keramike s končnimi kovinskimi deli. Parametri materiala keramične cevi iz aluminijevega oksida Al2O3 za visoko-napetostno varovalko lahko resnično odražajo raven varnosti izdelka le, če so preverjeni skupaj s celotno strukturo varovalke.
 

 

Ker se napetostna platforma električnih baterij še naprej povečuje, se-visokonapetostni sistemi postopoma razvijajo s tradicionalne platforme na stotine voltov na višje napetostne ravni. Višja sistemska napetost lahko zmanjša delovni tok pri enaki moči, s čimer se zmanjšajo izgube prevodnikov v žičnih snopih in zbiralkah, hkrati pa postavlja višje zahteve glede izolacije, gašenja obloka in zaščite pred napakami.

 

Ena od smeri prihodnjega razvoja visokonapetostnih-varovalk je miniaturizacija in visoka gostota moči. Omejen prostor za vgradnjo v vozilu zahteva, da varovalka dodatno zmanjša svojo velikost, hkrati pa ohrani svojo prekinitveno zmogljivost in izboljša svojo zmogljivost ravnanja z energijo napake na enoto prostornine.

 

Druga pomembna usmeritev je optimizacija materialov. Keramična izolacijska cev iz aluminijevega oksida za varovalko zahteva ravnotežje med dielektrično trdnostjo, toplotno stabilnostjo, mehansko trdnostjo in doslednostjo obdelave. Ko se standardizacija novih platform za energetska vozila povečuje, bosta dimenzijska natančnost in konsistentnost serije karoserij iz keramičnih cevi prav tako postala pomembna kazalnika proizvodnje.

 

Poleg tega se bo še naprej povečevala integracija varovalk in visoko{0}}napetostnih distribucijskih sistemov. Prihodnje rešitve za-visokonapetostno zaščito ne bodo morale upoštevati le delovanja posameznih varovalk, ampak bodo zahtevale tudi koordinacijo-na nivoju sistema s kontaktorji, vezji predpolnjenja, BMS, visoko{4}}napetostnimi konektorji in zbiralkami.

 

 

Z vidika varnostne zasnove mora material ohišja cevi visokonapetostne varovalke izpolnjevati vsaj nekaj osnovnih zahtev: imeti mora zadostno mehansko trdnost, da prenese notranji tlak, ki nastane pri procesu zloma; ima stabilno izolacijo, da izpolnjuje-zahteve dolgoročnega delovanja visoko-napetostnega sistema; ima dobro toplotno odpornost za ohranjanje strukturne stabilnosti v okoljih z nenormalno visoko temperaturo; imeti mora tudi dobro dimenzijsko skladnost, da se zagotovi natančno razmerje sestavljanja med talino, polnilom in končno strukturo.

 

Za visoko{0}}napetostne aplikacije v novih energetskih vozilih je 95-odstotna keramična cev iz aluminijevega oksida za visokonapetostno varovalko reprezentativna rešitev materiala za keramične cevi.

 

Njegovo dejansko uporabo je treba še preveriti na podlagi specifične nazivne napetosti varovalke, nazivnega toka, toka kratkega-toka in mehanske strukture.

 

Za različne tipe pomožnih tokokrogov obstajajo tudi razlike v velikosti in zaščitnih parametrih varovalk. Na primer, pomožne varovalke za električna vozila s keramičnimi ohišji so bolj primerne za ujemanje na podlagi delovnega toka, nazivne napetosti, prostora za namestitev in drugih pogojev pomožnega napajalnega tokokroga, namesto da preprosto uporabijo konstrukcijske parametre glavnega tokokroga napajalne baterije.

 

 

 

Varnost visokonapetostnih-varovalk za nova energetska vozila ni določena z enim samim parametrom, temveč z zasnovo taline, medijem za gašenje obloka, materialom cevi, končno strukturo, načinom namestitve in visoko{1}}napetostno strategijo zaščite sistema.

 

V visoko-napetostnih sistemih enosmernega toka morajo varovalke hitro omejiti energijo po pojavu napake, hkrati pa zagotoviti, da oblok, ki nastane med postopkom prekinitve, ne povzroči sekundarne škode na okoliških strukturah. Zato je potrebno so-načrtovanje materialov, strukturnih in električnih parametrov.

 

Za visoko{0}}napetostne avtomobilske aplikacije,Keramična cev iz aluminijevega oksida za visoko{0}}napetostno avtomobilsko varovalkone prevzame samo izolacijskih in mehanskih podpornih funkcij, temveč sodeluje tudi pri celotnem procesu nadzora energije pri izpadu varovalke. Ko se nova energetska vozila razvijajo v smeri visoke napetosti, visoke moči in visoke integracije, se bo pomembnost tega koncepta-zasnove sistemske ravni še povečala.

 

Na splošno se izbira visokonapetostnih-varovalk ne bi smela osredotočati samo na dva osnovna parametra nazivne napetosti in nazivnega toka, temveč je treba upoštevati tudi največji tok kratkega-toka, časovne-tokovne karakteristike, izklopno zmogljivost, temperaturo okolja, izolacijsko razdaljo, mesto namestitve in vzdrževanje.