Bezpečnostní výběr vysokonapěťových pojistek pro nová energetická vozidla: klíčové technologie pro těleso keramické trubky, zhášení stejnosměrného oblouku a návrh instalace

Jak se systém napájecích baterií nových energetických vozidel vyvíjí směrem k vysokému napětí, velké kapacitě a vysokému výkonu, stala se vysokonapěťová elektrická bezpečnost důležitým problémem při návrhu vozidla a systému baterií. Jako klíčové nadproudové ochranné zařízení v obvodu napájecí baterie musí vysokonapěťová pojistka rychle přerušit poruchový proud za abnormálních podmínek, jako je zkrat a silné přetížení, a omezit šíření poruchové energie prostřednictvím spolehlivé struktury pro zhášení oblouku. Jmenovité napětí, jmenovitý proud, vypínací schopnost, výkon zhášení oblouku, izolační a tepelná odolnost pojistky přímo souvisí s bezpečností vysokonapěťového-systému.

 

Na rozdíl od tradičních nízkonapěťových -obvodů poskytují nové energetické baterie vozidel vysokonapěťový stejnosměrný proud. Pro stejnosměrný proud neexistuje žádný přirozený nulový- bod křížení a oblouk se po zkratu nemůže sám snadno uhasit. Vysokonapěťové stejnosměrné pojistky proto musí mít speciální schopnosti omezovat proud a uhasit oblouk. Když dojde k vážnému zkratu v systému napájecí baterie, pojistka musí ve velmi krátké době dokončit tavnou pojistku, kontrolu oblouku a přerušení proudu, aby se zabránilo dalšímu poškození baterie, relé, konektorů a dalších vysokonapěťových součástí chybným proudem.

 

 

 

Napájecí baterie se obvykle skládají z velkého počtu jednotlivých článků zapojených sériově a paralelně do bateriové sady a jejich kapacita akumulace energie a energie při zkratu jsou mnohem vyšší než u běžných nízkonapěťových{1}}elektrických systémů. Jakmile dojde ke zkratu v hlavním obvodu, může poruchový proud ve velmi krátké době rychle narůst. Bez spolehlivé nadproudové ochrany může teplo generované abnormálním proudem způsobit přehřátí vodičů, poškození izolačních materiálů a dokonce způsobit vážnější havárie tepelné bezpečnosti.

 

Vysokonapěťové pojistky se obvykle instalují do hlavního obvodu napájecí baterie, nabíjecího obvodu nebo jiných míst, která vyžadují vysokoenergetickou izolaci proti poruchám. Když je detekováno silné přetížení nebo zkrat{3}}proud, tavenina dosáhne stavu tavení prostřednictvím vlastního ohřevu a použije médium pro zhášení vnitřního oblouku-k omezení oblouku, čímž se dokončí přerušení poruchového proudu ve stanoveném čase.

 

Pojistka tedy není „pojistka“ v jednoduchém smyslu, ale aktivní součást izolující poruchu ve vysokonapěťovém{0}}systému nových energetických vozidel. Jeho konstrukce musí brát v úvahu jak nízký-provoz za normálních pracovních podmínek, tak i vysokou-schopnost vypínání za poruchových podmínek.

 

Ve skutečných produktech musí konstrukce, jako je keramické tělo pojistek EV, obvykle brát v úvahu mechanickou pevnost, izolační výkon, tepelnou odolnost a odolnost proti vnitřnímu tlaku. Zejména u vysokonapěťových a vysokoproudých aplikací bude volba materiálu trubice přímo ovlivňovat bezpečnostní rezervu pojistky.

 

 

Vysokonapěťové pojistky se obvykle skládají z taveniny, těla trubky, výplně zhášecího oblouku, koncovky a spojovací struktury. Během normálního provozu tavenina umožňuje, aby provozní proud ve specifikovaném rozsahu nadále procházel a její vlastní ztráta výkonu by měla být řízena v rozumném rozsahu.

 

Když je obvod silně přetížen nebo{0}}zkratován, místní teplota taveniny rychle vzroste a dojde k pojistce.

 

Po přerušení taveniny může v okruhu stále existovat vysoká energie oblouku. U stejnosměrných systémů nelze oblouk uhasit spoléháním se na přirozený přechod střídavého proudu nulou, takže je nutné absorbovat energii, snížit teplotu oblouku a omezit kanál oblouku pomocí materiálů pro zhášení oblouku.

 

Hasicí prostředky s granulovaným obloukem-, jako je křemenný písek, mohou během procesu tavení absorbovat velké množství tepla a pomoci vytvořit tavný produkt s vysokou izolační pevností, čímž dokončí konečnou galvanickou izolaci.

 

Během tohoto procesu tělo trubky přebírá nejen roli mechanické podpory, ale také musí odolávat vysoké teplotě a vnitřnímu tlaku generovanému během procesu tavení. Pokud je mechanická pevnost, tepelná odolnost nebo izolační výkon tělesa trubky nedostatečný, mohou nastat problémy, jako je prasknutí trubky, vnější oblouk nebo porucha izolace, i když tavenina samotná může fungovat normálně.

 

Materiálové provedení keramického tělesa pro EV pojistky se proto nemůže zaměřit pouze na mechanické vlastnosti při normální teplotě, ale musí také zohledňovat komplexní účinky okamžité vysoké teploty, vysokého napětí a nárazu oblouku během procesu vypínání zkratu.

 

 

Vysokonapěťové pojistky v nových energetických vozidlech jsou obvykle instalovány v bateriových skříních, vysokonapěťových rozvodných skříních nebo na jiných místech s omezeným prostorem. Vzhledem k vysoké úrovni integrace v těchto oblastech ovlivní provozní stav pojistky podmínky rozptylu tepla, instalační vzdálenost a okolní materiály.

 

Pokud je pojistka vystavena prostředí s vysokou teplotou po dlouhou dobu, materiál trubky musí mít dobrou tepelnou stabilitu. Pokud materiál měkne, stárne, deformuje se nebo zhoršuje izolační vlastnosti při trvalém tepelném namáhání, může se snížit bezpečnostní rezerva celé pojistky.

 

Během přerušení poruchy budou teploty v místní oblasti mnohem vyšší než normální provozní teploty, takže materiály musí být schopny odolat nejen nepřetržitým provozním teplotám, ale také krátkodobým-extrémním teplotním šokům. To je zvláště důležité pro nová energetická vozidla, protože poruchový proud systému napájecí baterie může mít vysokou úroveň energie.

 

Keramické materiály mají vysokou tepelnou odolnost a elektrické izolační vlastnosti, takže se široce používají v těle trubice a izolační struktuře vysokonapěťových pojistek. U vysokonapěťových automobilových pojistek může hliníková keramická trubice pro vysokonapěťové EV pojistky poskytnout lepší komplexní výkon mezi izolací, tepelnou odolností a mechanickou stabilitou.

 

 

 

Keramika z oxidu hlinitého je běžným typem elektroizolačního keramického materiálu s vysokou izolační odolností, tepelnou odolností a mechanickou pevností. U vysokonapěťových pojistek lze keramiku z oxidu hlinitého použít k vytvoření stabilního izolačního tělesa trubice, které poskytuje spolehlivý uzavřený prostor pro vnitřní tavné a obloukové-hasící médium.

 

V porovnání s některými organickými izolačními materiály má hlinitá keramika lepší rozměrovou stabilitu za podmínek vysokých teplot a nezměkne a nehoří tak snadno jako hořlavé polymery. Ve vysokonapěťovém-systému nových energetických vozidel s vysokými požadavky na požární bezpečnost mají keramická trubková tělesa určité konstrukční výhody.

 

U pojistek různých úrovní napětí je vyžadován komplexní návrh založený na faktorech, jako je elektrická vůle, izolační síla, mechanická pevnost, velikost potrubí a vnitřní tlak. Specifické specifikace hliníkové keramické trubice pro elektrické automobilové pojistky musí odpovídat struktuře taveniny a parametrům rozbití celé pojistky a nelze je vybrat pouze na základě velikosti trubky.

 

 

 

Při výběru vysokonapěťové pojistky- musíte nejprve určit maximální provozní napětí systému. Jmenovité napětí pojistky by mělo být schopno pokrýt maximální provozní napětí systému napájecí baterie a ponechat přiměřenou rezervu pro normální provoz a přechodné podmínky.

 

Dále je jmenovitý proud. Jmenovitý proud se nevybírá jednoduše na základě maximálního trvalého pracovního proudu vozidla. Musí být také komplexně vyhodnocena na základě okolní teploty, způsobu instalace, podmínek rozptylu tepla, nepřetržité pracovní doby a kolísání proudu. Příliš malý jmenovitý proud může způsobit časté zahřívání nebo dokonce falešné pojistky během normálního provozu, zatímco příliš velký jmenovitý proud může snížit rychlost ochrany proti poruchám.

 

Vypínací schopnost je také důležitým indikátorem vysokonapěťových stejnosměrných pojistek. Konstruktéři musí potvrdit, že pojistka dokáže bezpečně přerušit poruchový proud ve stanoveném rozsahu na základě maximálního zkratového-proudu napájecí baterie, impedance systému a struktury poruchového obvodu.

 

Kromě toho je také nutné věnovat pozornost časově-aktuálním charakteristikám. Rychlosti tavení různých pojistek nejsou úplně stejné a je třeba je vybrat podle požadavků systému na ochranu proti zkratu,{2}}přetížení a ochranu koordinace zařízení.

 

 

Systém napájecí baterie může čelit dvěma abnormálním stavům: přetížení a zkratu současně. Přetížení se obvykle projevuje tak, že provozní proud nadále překračuje normální návrhový rozsah, ale poruchový proud se zvyšuje relativně pomalu; zkrat může způsobit, že proud rychle dosáhne vysoké úrovně ve velmi krátké době.

 

Pro různé typy poruch musí pojistky dosáhnout odpovídající ochranné charakteristiky prostřednictvím různých konstrukcí pojistek. Proto je třeba strukturu výrobku odpovídající keramickému tělesu pro pojistku na ochranu proti přetížení a zkratu navrhnout společně s taveninou, výplní a jmenovitou vypínací schopností.

 

U nových vysokonapěťových systémů energetických vozidel- musí pojistky také vytvořit koordinovaný ochranný vztah se stykači, obvody předběžného nabíjení, BMS a vysokonapěťovými distribučními systémy. Samotné zlepšení ochranné schopnosti určitého zařízení nemůže nahradit strategii ochrany celého vysokonapěťového-systému.

 

 

Základním technickým problémem vysokonapěťových stejnosměrných pojistek- je ovládání oblouku. Po roztavení taveniny se mezi oběma zlomy může vytvořit vysokoteplotní oblouk. Pokud oblouk pokračuje, nelze skutečně dosáhnout elektrické izolace.

 

Výplň pro zhášení oblouku a struktura trubky společně určují proces chlazení, segmentace a deionizace oblouku. Stabilní těleso keramické trubice může zachovat integritu vnitřní struktury během procesu tavení a poskytuje uzavřený a stabilní prostor pro proces zhášení oblouku.

 

U stejnosměrných automobilových pojistek musí být keramická struktura používaná společností Ceramic pro stejnosměrné automobilové pojistky obvykle přizpůsobena a navržena na základě napětí, proudu, vypínací schopnosti a vnitřního tlaku. Izolační vlastnosti materiálu jsou pouze základem a skutečný produkt je ještě třeba ověřit úplným-testem zkratu.

 

 

Vysokonapěťový-systém nových energetických vozidel má obvykle vysoké stejnosměrné napětí, takže kromě nadproudové ochrany musí pojistka také zachovat dostatečnou izolační schopnost během normálních pracovních podmínek a po jištění.

 

Návrh izolace zahrnuje dielektrickou pevnost samotného materiálu, jakož i povrchové vzdálenosti, elektrické vzdálenosti, koncové konstrukce a prostředí instalace. Pokud je vysokonapěťová pojistka příliš blízko okolní kovové konstrukce nebo pokud je na povrchu kontaminace nebo kondenzace, může být skutečná izolační rezerva snížena.

 

U izolačních keramických konstrukcí, jako je izolační elektrické steatitové keramické tavené těleso, je třeba určit materiálový systém a konstrukční rozměry na základě specifických úrovní napětí a podmínek prostředí. Nová energetická vozidla budou během skutečného provozu také vystavena změnám teploty, vlhkosti, mechanickým vibracím a nárazům na vozovku, takže izolační struktura musí mít dlouhodobou-stabilitu.

 

 

 

Kromě výkonu samotné pojistky ovlivňuje bezpečnost systému také místo instalace. Vysokonapěťové pojistky by se neměly používat v přeplněných místech, kde jsou extrémně špatné podmínky pro odvod tepla nebo jsou náchylné k mechanickému poškození.

 

Pokud je instalační prostor blízko zdroje vysokého tepla napájecí baterie, je třeba vyhodnotit vedení tepla, sálání tepla a proudění vzduchu. U konstrukcí, které vyžadují údržbu a výměnu, by měl být plně zohledněn také provozní prostor pro personál údržby a požadavky na bezpečnostní izolaci vysokého-napětí.

 

Ve vysokonapěťových{0}}distribučních systémech energie je obvykle třeba pojistky rozmístit společně se stykači, relé, přípojnicemi a připojovacími svorkami. U potrubních konstrukcí, jako je Ceramic Casing for Fuse Link, okolní prostor nejen ovlivňuje odvod tepla, ale souvisí také s bezpečnou vzdáleností při poruchových stavech.
 

 

Ověření vysokonapěťových pojistek pro nová energetická vozidla by mělo pokrývat běžný provoz i abnormální pracovní podmínky. Za normálních pracovních podmínek je třeba věnovat pozornost nárůstu teploty, trvalé zatížitelnosti proudu, stabilitě odporu a izolačnímu výkonu; při abnormálních pracovních podmínkách je nutné se zaměřit na ověření přetížení, zkratu, vypínací schopnosti a schopnosti odolávat extrémním proudům.

 

Kromě toho je třeba provést hodnocení environmentální spolehlivosti na základě skutečného prostředí používání nových energetických vozidel, včetně testů, jako jsou cykly při vysokých a nízkých teplotách, teplo a vlhkost, vibrace, mechanické otřesy a-dlouhodobé napájení.

 

U výrobků s keramickými trubkovými tělesy z oxidu hlinitého je nutné zaměřit se také na rozměrovou konzistenci, kvalitu povrchu, mechanickou pevnost a spolehlivost montáže samotné keramiky s koncovými kovovými díly. Materiálové parametry hliníkové keramické trubice Al2O3 pro vysokonapěťové pojistky mohou skutečně odrážet úroveň bezpečnosti výrobku pouze tehdy, jsou-li ověřeny společně s celkovou konstrukcí pojistky.
 

 

Jak se napěťová platforma napájecích baterií neustále zvyšuje, vysokonapěťové systémy se postupně vyvíjejí z tradiční platformy stovek voltů k vyšším úrovním napětí. Vyšší systémové napětí může snížit provozní proud při stejném výkonu, a tím snížit ztráty vodičů v kabelových svazcích a přípojnicích, ale současně také klade vyšší požadavky na izolaci, zhášení oblouku a ochranu proti poruchám.

 

Jedním z budoucích směrů vývoje vysokonapěťových pojistek-je miniaturizace a vysoká hustota výkonu. Omezený prostor pro instalaci ve vozidle vyžaduje, aby pojistka dále zmenšila svou velikost a zároveň si zachovala vypínací schopnost a zlepšila svou kapacitu zpracování energie při poruchách na jednotku objemu.

 

Dalším důležitým směrem je optimalizace materiálu. Hliníková keramická izolační trubice pro pojistku vyžaduje rovnováhu mezi dielektrickou pevností, tepelnou stabilitou, mechanickou pevností a konzistencí zpracování. S rostoucí standardizací nových platforem energetických vozidel se důležitými výrobními ukazateli stanou také rozměrová přesnost a konzistence šarží keramických trubkových těles.

 

Kromě toho se bude nadále zvyšovat integrace pojistek a vysokonapěťových{0}}distribučních systémů. Budoucí řešení vysokonapěťové ochrany-budou muset vzít v úvahu nejen výkon jednotlivých pojistek, ale také vyžadovat-koordinaci na úrovni systému se stykači, obvody předběžného nabíjení, BMS, vysokonapěťovými konektory a přípojnicemi.

 

 

Z hlediska bezpečnostního designu by měl materiál těla trubice vysokonapěťové pojistky splňovat alespoň několik základních požadavků: má dostatečnou mechanickou pevnost, aby odolal vnitřnímu tlaku generovanému procesem rozbití; má stabilní izolační výkon, aby vyhovoval dlouhodobým-požadavkům na provoz vysokonapěťového-systému; má dobrou tepelnou odolnost pro udržení strukturální stability v prostředí s abnormálně vysokou teplotou; měl by mít také dobrou rozměrovou konzistenci, aby byl zajištěn přesný montážní vztah mezi taveninou, výplní a koncovou strukturou.

 

Pro vysokonapěťové aplikace nových energetických vozidel je reprezentativním řešením keramických trubek keramická trubice z 95% hliníku pro vysokonapěťovou pojistku.

 

Jeho skutečnou aplikaci je ještě třeba ověřit na základě konkrétního jmenovitého napětí pojistky, jmenovitého proudu, zkratového-proudu a mechanické struktury.

 

U různých typů pomocných obvodů existují také rozdíly ve velikosti a parametrech jištění pojistek. Například pomocné pojistky elektrického vozidla s keramickým tělem jsou vhodnější pro přizpůsobení na základě provozního proudu, jmenovitého napětí, instalačního prostoru a dalších podmínek pomocného napájecího obvodu, spíše než prosté použití konstrukčních parametrů hlavního obvodu napájecí baterie.

 

 

 

Bezpečnost vysokonapěťových pojistek nových energetických vozidel-neurčuje jediný parametr, ale konstrukce taveniny, médium pro zhášení oblouku, materiál trubky, koncová konstrukce, způsob instalace a strategie ochrany vysokonapěťového systému.

 

Ve vysokonapěťových stejnosměrných systémech musí pojistky rychle omezit energii poté, co dojde k poruše, a zároveň zajistit, aby oblouk generovaný během procesu přerušování nezpůsobil sekundární poškození okolních struktur. Proto je nezbytný ko-návrh materiálů, konstrukčních a elektrických parametrů.

 

Pro automobilové aplikace s vysokým-napětímHliníková keramická trubice pro vysokonapěťové-automobilové pojistkypřebírá nejen funkci izolace a mechanické podpory, ale podílí se také na celém procesu řízení energie při selhání pojistky. S tím, jak se nová energetická vozidla vyvíjejí směrem k vysokému napětí, vysokému výkonu a vysoké integraci, bude význam této systémové{1}}koncepce designu dále narůstat.

 

Celkově by se výběr vysokonapěťových pojistek neměl zaměřovat pouze na dva základní parametry jmenovitého napětí a jmenovitého proudu, ale měl by také vzít v úvahu maximální zkratový-proud, časové-proudové charakteristiky, vypínací schopnost, okolní teplotu, izolační vzdálenost, místo instalace a údržbu.