Sélection de sécurité de fusibles haute tension-pour les véhicules à énergies nouvelles : technologies clés pour le corps du tube en céramique, l'extinction de l'arc CC et la conception de l'installation

À mesure que le système de batterie des véhicules à énergie nouvelle évolue vers une haute tension, une grande capacité et une puissance élevée, la sécurité électrique -haute tension est devenue un problème important dans la conception du véhicule et du système de batterie. En tant que dispositif clé de protection contre les surintensités dans le circuit de la batterie de puissance, le fusible haute tension - doit couper rapidement le courant de défaut dans des conditions anormales telles qu'un court-circuit et une surcharge importante, et limiter la propagation de l'énergie de défaut grâce à une structure d'extinction d'arc fiable. Par conséquent, la tension nominale, le courant nominal, le pouvoir de coupure, les performances d'extinction d'arc, l'isolation et les capacités de résistance thermique du fusible sont directement liés à la sécurité du système haute tension-.

 

Différentes des circuits traditionnels à basse tension-, les batteries des véhicules à énergie nouvelle produisent un courant continu à haute tension-. Il n'y a pas de point de passage à zéro naturel-pour le courant continu, et l'arc ne peut pas facilement s'éteindre après un court-circuit. Par conséquent, les fusibles CC haute tension - doivent avoir des capacités spéciales de limitation de courant et d'extinction d'arc. Lorsqu'un court-circuit grave se produit dans le système de batterie d'alimentation, le fusible doit terminer la fusion, le contrôle de l'arc et la coupure de courant dans un délai très court pour éviter d'endommager davantage la batterie, les relais, les connecteurs et autres composants haute tension - par le courant de défaut.

 

 

 

Les batteries de puissance sont généralement constituées d'un grand nombre de cellules individuelles connectées en série et en parallèle pour former un bloc de batteries, et leur capacité de stockage d'énergie et leur énergie de court-circuit-sont bien supérieures à celles des systèmes électriques ordinaires à basse tension-. Lorsqu'un court-circuit se produit dans le circuit principal, le courant de défaut peut augmenter rapidement en très peu de temps. Sans protection fiable contre les surintensités, la chaleur générée par un courant anormal peut provoquer une surchauffe des conducteurs, endommager les matériaux isolants et même provoquer des accidents de sécurité thermique plus graves.

 

Les fusibles haute-tension sont généralement installés dans le circuit principal de la batterie d'alimentation, le circuit de charge ou à d'autres endroits nécessitant une isolation des défauts à haute-énergie. Lorsqu'une surcharge importante ou un courant de court-circuit-est détecté, la fonte atteint l'état de fusion grâce à son propre chauffage et utilise le moyen d'extinction d'arc interne-pour limiter l'arc, complétant ainsi la coupure du courant de défaut dans le délai spécifié.

 

Par conséquent, le fusible n'est pas un « fusible » au sens simple, mais un composant actif d'isolation des défauts dans le système haute tension-des véhicules à énergie nouvelle. Sa conception doit prendre en compte à la fois un fonctionnement à faible-puissance dans des conditions de travail normales et des capacités de coupure à haute-énergie dans des conditions de panne.

 

Dans les produits réels, les structures telles que le corps en céramique de fusible EV doivent généralement prendre en compte la résistance mécanique, les performances d'isolation, la résistance à la chaleur et l'endurance à la pression interne. Surtout pour les applications haute tension et courant élevé, le choix du matériau du tube affectera directement la marge de sécurité du fusible.

 

 

Les fusibles haute tension-se composent généralement d'un fond fondu, d'un corps de tube, d'un matériau de remplissage d'extinction d'arc, d'un capuchon d'extrémité et d'une structure de connexion. Pendant le fonctionnement normal, la fonte permet au courant de fonctionnement dans la plage spécifiée de continuer à passer, et sa propre perte de puissance doit être contrôlée dans une plage raisonnable.

 

Lorsque le circuit est gravement surchargé ou court-circuité-, la température locale de la matière fondue augmente rapidement et un fusible se produit.

 

Après la rupture de la fusion, une énergie d'arc élevée peut encore exister dans le circuit. Pour les systèmes à courant continu, l'arc ne peut pas être éteint en s'appuyant sur le passage par zéro naturel du courant alternatif. Il est donc nécessaire d'absorber de l'énergie, de réduire la température de l'arc et de limiter le canal de l'arc à l'aide de matériaux d'extinction d'arc.

 

Les moyens d'extinction à arc granulaire-tels que le sable de quartz peuvent absorber une grande quantité de chaleur pendant le processus de fusion et aider à former un produit de fusion à haute résistance d'isolation, complétant ainsi l'isolation galvanique finale.

 

Au cours de ce processus, le corps du tuyau joue non seulement le rôle de support mécanique, mais doit également résister à la température élevée et à la pression interne générées pendant le processus de fusion. Si la résistance mécanique, la résistance thermique ou les performances d'isolation du corps du tuyau sont insuffisantes, des problèmes tels qu'une rupture de tuyau, un arc externe ou une défaillance de l'isolation peuvent survenir même si la fonte elle-même peut fonctionner normalement.

 

Par conséquent, la conception matérielle du corps en céramique des fusibles EV ne peut pas se concentrer uniquement sur les propriétés mécaniques à température normale, mais doit également prendre en compte les effets complets de la haute température instantanée, de la haute tension et de l'impact de l'arc pendant le processus de coupure de court-circuit.

 

 

Les fusibles haute-tension dans les véhicules à énergie nouvelle sont généralement installés dans des boîtiers de batterie, des boîtes de distribution haute-tension ou dans d'autres emplacements avec un espace limité. En raison du niveau élevé d'intégration dans ces domaines, les conditions de dissipation thermique, l'espacement d'installation et les matériaux environnants affecteront tous l'état de fonctionnement du fusible.

 

Si le fusible est exposé pendant une longue période à un environnement à haute température, le matériau du tube doit avoir une bonne stabilité thermique. Si le matériau ramollit, vieillit, se déforme ou dégrade ses propriétés isolantes sous une contrainte thermique prolongée, la marge de sécurité de l'ensemble du fusible peut être réduite.

 

Lors d'une interruption en cas de panne, les températures locales seront beaucoup plus élevées que les températures de fonctionnement normales. Les matériaux doivent donc être capables de résister non seulement aux températures de fonctionnement continues, mais également aux chocs thermiques extrêmes à court terme. Ceci est particulièrement important pour les véhicules à énergie nouvelle, car le courant de défaut du système de batterie de puissance peut avoir un niveau d'énergie important.

 

Les matériaux céramiques ont des propriétés élevées de résistance à la chaleur et d'isolation électrique. Ils sont donc largement utilisés dans le corps des tubes et la structure d'isolation des fusibles haute tension-. Pour les fusibles automobiles haute tension-, le tube en céramique d'alumine pour fusible EV haute tension peut offrir de meilleures performances globales entre l'isolation, la résistance thermique et la stabilité mécanique.

 

 

 

Les céramiques d'alumine sont un type courant de matériau céramique isolant électrique avec une résistance d'isolation, une résistance thermique et une résistance mécanique élevées. Dans les fusibles haute tension-, la céramique d'alumine peut être utilisée pour former un corps de tube isolant stable afin de fournir un espace clos fiable pour le milieu interne d'extinction de fusion et d'arc-.

 

Par rapport à certains matériaux isolants organiques, les céramiques d'alumine ont une meilleure stabilité dimensionnelle dans des conditions de température élevée et ne se ramollissent pas et ne brûlent pas aussi facilement que les polymères inflammables. Par conséquent, dans le système haute tension-des véhicules à énergie nouvelle avec des exigences élevées en matière de sécurité incendie, les corps de tuyaux en céramique présentent certains avantages structurels.

 

Pour les fusibles de différents niveaux de tension, une conception complète est requise en fonction de facteurs tels que le dégagement électrique, la résistance de l'isolation, la résistance mécanique, la taille des tuyaux et la pression interne. Les spécifications spécifiques du tube en céramique d'alumine pour fusible électrique automobile doivent correspondre à la structure de fusion et aux paramètres de rupture de l'ensemble du fusible, et ne peuvent pas être sélectionnées en fonction uniquement de la taille du tube.

 

 

 

Lors de la sélection d'un fusible haute-tension, vous devez d'abord déterminer la tension de fonctionnement maximale du système. La tension nominale du fusible doit pouvoir couvrir la tension de fonctionnement maximale du système de batterie électrique et laisser une marge raisonnable pour un fonctionnement normal et des conditions transitoires.

 

Vient ensuite le courant nominal. Le courant nominal n'est pas simplement sélectionné en fonction du courant de fonctionnement continu maximum du véhicule. Il doit également être évalué de manière approfondie en fonction de la température ambiante, de la méthode d'installation, des conditions de dissipation thermique, du temps de travail continu et des fluctuations de courant. Un courant nominal trop faible peut provoquer un échauffement fréquent ou même de faux fusibles pendant le fonctionnement normal, tandis qu'un courant nominal trop élevé peut réduire la vitesse de protection contre les défauts.

 

Le pouvoir de coupure est également un indicateur important des fusibles CC haute-tension. Les concepteurs doivent confirmer que le fusible peut couper en toute sécurité le courant de défaut dans la plage spécifiée en fonction du courant de court-circuit maximal-de la batterie d'alimentation, de l'impédance du système et de la structure du circuit de défaut.

 

De plus, il est également nécessaire de prêter attention aux caractéristiques temps-courant. Les vitesses de fusion des différents fusibles ne sont pas exactement les mêmes et doivent être sélectionnées en fonction des exigences du système en matière de protection contre les courts-circuits-, de protection contre les surcharges et de protection de coordination des appareils.

 

 

Le système de batterie d'alimentation peut être confronté à deux conditions anormales : surcharge et court-circuit en même temps. La surcharge se manifeste généralement lorsque le courant de fonctionnement continue de dépasser la plage de conception normale, mais le courant de défaut augmente relativement lentement ; un court-circuit peut amener le courant à atteindre rapidement un niveau élevé en très peu de temps.

 

Pour différents types de défauts, les fusibles doivent atteindre les caractéristiques de protection correspondantes grâce à différentes conceptions de fusibles. Par conséquent, la structure du produit correspondant au corps en céramique pour fusible de protection contre les surcharges et les courts-circuits doit être conçue en même temps que la masse fondue, la charge et le pouvoir de coupure nominal.

 

Pour les systèmes haute tension-des véhicules à énergie nouvelle, les fusibles doivent également former une relation de protection coordonnée avec les contacteurs, les circuits de précharge, le BMS et les systèmes de distribution haute-tension. L'amélioration de la capacité de protection d'un appareil donné ne peut à elle seule remplacer la stratégie de protection de l'ensemble du système haute tension-.

 

 

L'une des principales difficultés techniques des fusibles CC haute tension-est le contrôle de l'arc. Une fois la masse fondue, un arc à haute température-peut se former entre les deux fractures. Si l’arc continue, l’isolation électrique ne peut pas être véritablement réalisée.

 

La charge d'extinction d'arc et la structure du tube déterminent conjointement le processus de refroidissement, de segmentation et de désionisation de l'arc. Le corps stable du tube en céramique peut maintenir l'intégrité de la structure interne pendant le processus de fusion, fournissant ainsi un espace fermé et stable pour le processus d'extinction de l'arc.

 

Pour les fusibles automobiles CC, la structure céramique utilisée par Ceramic for DC Automotive Fuses doit généralement être adaptée et conçue en fonction de la tension, du courant, du pouvoir de coupure et de la pression interne. Les performances d'isolation du matériau ne sont que la base, et le produit réel doit encore être vérifié par un test complet de coupure de court-circuit-.

 

 

Le système haute tension-des véhicules à énergie nouvelle est généralement doté d'une tension continue élevée. Ainsi, en plus de la protection contre les surintensités, le fusible doit également maintenir une capacité d'isolation suffisante dans des conditions de travail normales et après la fusion.

 

La conception de l'isolation implique la rigidité diélectrique du matériau lui-même, ainsi que les lignes de fuite, les dégagements électriques, les structures d'extrémité et l'environnement d'installation. Si le fusible haute tension-est trop proche de la structure métallique environnante, ou s'il y a une contamination ou de la condensation sur la surface, la marge d'isolation réelle peut être réduite.

 

Pour les structures en céramique isolantes telles que le corps fondu en céramique isolante en stéatite électrique, le système de matériaux et les dimensions structurelles doivent être déterminés en fonction des niveaux de tension et des conditions environnementales spécifiques. Les véhicules à énergie nouvelle subiront également des changements de température, des changements d'humidité, des vibrations mécaniques et des impacts de la route pendant leur fonctionnement réel. La structure d'isolation doit donc avoir une stabilité à long terme.

 

 

 

Outre les performances du fusible lui-même, l'emplacement d'installation affecte également la sécurité du système. Les fusibles haute-tension doivent être évités dans les endroits surpeuplés, ont des conditions de dissipation thermique extrêmement mauvaises ou sont susceptibles de subir des dommages mécaniques.

 

Si l'espace d'installation est proche d'une source de chaleur élevée de la batterie électrique, la conduction thermique, le rayonnement thermique et le débit d'air doivent être évalués. Pour les structures qui nécessitent une maintenance et un remplacement, l'espace d'exploitation pour le personnel de maintenance et les exigences en matière d'isolation de sécurité haute tension doivent également être pleinement prises en compte.

 

Dans les systèmes de distribution d'énergie à haute tension-, les fusibles doivent généralement être disposés avec les contacteurs, les relais, les jeux de barres et les bornes de connexion. Pour les structures de tuyaux telles que le boîtier en céramique pour fusible, l'espace environnant affecte non seulement la dissipation thermique, mais est également lié à la distance de sécurité en cas de défaut.
 

 

La vérification des fusibles haute tension-pour les véhicules à énergies nouvelles doit couvrir à la fois le fonctionnement normal et les conditions de travail anormales. Dans des conditions de travail normales, il faut prêter attention à l'échauffement, à la capacité de charge de courant continu, à la stabilité de la résistance et aux performances d'isolation ; dans des conditions de travail anormales, il est nécessaire de se concentrer sur la vérification de la surcharge, du court-circuit, du pouvoir de coupure et de la capacité à résister à des courants extrêmes.

 

En outre, l'évaluation de la fiabilité environnementale doit être effectuée sur la base de l'environnement d'utilisation réel des véhicules utilisant de nouvelles énergies, y compris des tests tels que les cycles de températures élevées et basses, la chaleur et l'humidité, les vibrations, les chocs mécaniques et la mise sous tension à long terme.

 

Pour les produits utilisant des corps de tubes en céramique d'alumine, il est également nécessaire de se concentrer sur la cohérence dimensionnelle, la qualité de surface, la résistance mécanique et la fiabilité de l'assemblage de la céramique elle-même avec les pièces métalliques d'extrémité. Les paramètres matériels du tube en céramique d'alumine Al2O3 pour fusible haute tension - ne peuvent refléter véritablement le niveau de sécurité du produit que s'ils sont vérifiés avec la structure globale du fusible.
 

 

À mesure que la plate-forme de tension des batteries électriques continue d'augmenter, les systèmes à haute tension-se développent progressivement de la plate-forme traditionnelle de centaines de volts vers des niveaux de tension plus élevés. Une tension système plus élevée peut réduire le courant de fonctionnement sous la même puissance, réduisant ainsi les pertes de conducteurs dans les faisceaux de câbles et les jeux de barres, mais en même temps, elle impose également des exigences plus élevées en matière d'isolation, d'extinction d'arc et de protection contre les défauts.

 

L'une des orientations futures du développement des fusibles haute tension-est la miniaturisation et la densité de puissance élevée. L'espace d'installation limité du véhicule oblige le fusible à réduire davantage sa taille tout en conservant son pouvoir de coupure, et à améliorer sa capacité de traitement de l'énergie de défaut par unité de volume.

 

Une autre direction importante est l’optimisation des matériaux. Le tube isolant en céramique d'alumine pour fusible nécessite un équilibre entre la rigidité diélectrique, la stabilité thermique, la résistance mécanique et la cohérence du traitement. À mesure que la standardisation des plates-formes de véhicules à énergie nouvelle augmente, la précision dimensionnelle et la cohérence des lots des corps de tubes en céramique deviendront également des indicateurs de fabrication importants.

 

De plus, l'intégration de fusibles et de systèmes de distribution d'énergie-haute tension continuera de croître. Les futures solutions de protection haute tension{{2} devront non seulement prendre en compte les performances des fusibles individuels, mais nécessiteront également une coordination au niveau du système-avec les contacteurs, les circuits de précharge, le BMS, les connecteurs haute-tension et les jeux de barres.

 

 

Du point de vue de la conception de sécurité, le matériau du corps du tube fusible haute tension-doit au moins répondre à plusieurs exigences de base : il possède une résistance mécanique suffisante pour résister à la pression interne générée par le processus de rupture ; il a des performances d'isolation stables pour répondre aux exigences de fonctionnement à long terme-du système haute tension- ; il a une bonne résistance à la chaleur pour maintenir la stabilité structurelle dans des environnements à température anormalement élevée ; il doit également avoir une bonne cohérence dimensionnelle pour garantir une relation d'assemblage précise entre la matière fondue, la charge et la structure finale.

 

Pour les applications de véhicules à énergie nouvelle à haute tension, le tube en céramique à 95 % d'alumine pour fusible haute tension est une solution représentative de matériau de tube en céramique.

 

Son application réelle doit encore être vérifiée en fonction de la tension nominale du fusible, du courant nominal, du courant de court-circuit et de la structure mécanique.

 

Pour différents types de circuits auxiliaires, il existe également des différences dans la taille et les paramètres de protection des fusibles. Par exemple, les fusibles auxiliaires des véhicules électriques à carrosserie en céramique conviennent mieux à une correspondance basée sur le courant de fonctionnement, la tension nominale, l'espace d'installation et d'autres conditions du circuit d'alimentation auxiliaire, plutôt que d'appliquer simplement les paramètres de conception du circuit principal de la batterie de puissance.

 

 

 

La sécurité des fusibles haute tension-des véhicules à énergie nouvelle n'est pas déterminée par un seul paramètre, mais par la conception de la fonte, le moyen d'extinction d'arc, le matériau du tube, la structure d'extrémité, la méthode d'installation et la stratégie de protection du système haute tension-.

 

Dans les systèmes CC à haute tension-, les fusibles doivent limiter rapidement l'énergie après l'apparition d'un défaut, tout en garantissant que l'arc généré pendant le processus de coupure ne provoque pas de dommages secondaires aux structures environnantes. Par conséquent, une co-conception entre les matériaux, les paramètres structurels et électriques est nécessaire.

 

Pour les applications automobiles-haute tension,Tube en céramique d'alumine pour fusible automobile haute tension-assume non seulement les fonctions d'isolation et de support mécanique, mais participe également à l'ensemble du processus de contrôle énergétique des pannes de fusibles. À mesure que les véhicules à énergie nouvelle évoluent vers la haute tension, la puissance élevée et l'intégration élevée, l'importance de ce concept de conception au niveau du système va encore augmenter.

 

Dans l'ensemble, la sélection de fusibles haute-tension doit non seulement se concentrer sur les deux paramètres de base que sont la tension nominale et le courant nominal, mais doit également prendre en compte le courant de court-maximum, les caractéristiques temporelles-courant, le pouvoir de coupure, la température ambiante, la distance d'isolation, l'emplacement d'installation et la maintenance.