Per què s'utilitzen tubs ceràmics aïllats en fusibles d'alta -tensió EV?

A mesura que els vehicles d'energia nova evolucionen cap a capacitats de càrrega d'alta-tensió, corrent-alta i ràpida-, els seus sistemes elèctrics d'alta-tensió imposen requisits cada cop més estrictes als components de protecció dels circuits. Els fusibles d'alta tensió, que serveixen com a elements de protecció crítics en sistemes de bateries, inversors i circuits de distribució d'energia d'alta-tensió, han d'interrompre ràpidament els corrents de falla durant els curt-circuits o esdeveniments de sobreintensitat greus.

 

Durant aquest procés, el fusible depèn no només del seu element intern per interrompre el corrent, sinó també de l'acció coordinada del cos del tub aïllant, el medi d'extinció de l'arc-i les estructures terminals per gestionar l'arc elèctric. En conseqüència, els tubs ceràmics aïllats en fusibles EV són molt més que una simple funda protectora externa; és un component estructural funcional vital del fusible d'alta tensió-.

 

 

 

El tub de ceràmica aïllat dels fusibles EV- també conegut com a cos de ceràmica de fusibles EV o tub de ceràmica d'alúmina per a fusibles-s'instal·la normalment dins de fusibles d'alta-tensió d'automòbils per allotjar l'element fusible i els components interns relacionats. En condicions normals de funcionament, el tub de ceràmica ha de proporcionar un aïllament elèctric estable per a les peces conductores internes mantenint una resistència mecànica suficient. Quan es produeix un curtcircuit o una sobreintensitat severa al sistema d'alta-tensió d'un vehicle d'energia nova, l'element del fusible es fon i trenca el circuit. Aquest procés pot generar-arcs elèctrics d'alta temperatura; el tub de ceràmica ha de romandre estructuralment estable en aquest entorn propens a -temperatura i arc-altes i treballar conjuntament amb el medi d'extinció de l'arc-interior del fusible per ajudar a controlar l'arc.

 

En conseqüència, el tub ceràmic aïllant té un paper actiu en el procés d'interrupció del corrent de falla-del fusible. Les especificacions del producte per als fusibles EV indiquen que s'utilitzen tubs ceràmics d'alta-alúmina per suportar l'exposició a l'arc i altes temperatures alhora que serveixen de suport estructural per a l'element del fusible intern.

 

 

L'entorn operatiu dels fusibles d'alta-tensió dels vehicles d'energia nova difereix significativament del dels fusibles de baixa-tensió estàndard. Els sistemes de bateries d'energia dels vehicles d'energia nova funcionen sovint en plataformes d'alta-tensió de diversos centenars de volts o més i són capaços de subministrar corrents massives de curt-circuits. Quan el fusible interromp un corrent de falla, està sotmès a càrregues tèrmiques intenses i arcs.

 

Per tant, el cos del tub del fusible requereix una alta resistència a la calor, un excel·lent aïllament elèctric i una estabilitat mecànica. Tot i que els materials plàstics ofereixen aïllament, problemes com ara el suavització i la descomposició tèrmica sorgeixen en entorns d'-temperatura extremada i d'arc. Els materials metàl·lics posseeixen una gran resistència mecànica, però són conductors de l'electricitat, cosa que els fa inadequats per a la funció d'aïllament requerida. Les ceràmiques, però, ofereixen una combinació d'un alt aïllament elèctric, una alta-resistència a la temperatura i una estabilitat mecànica superior, cosa que les converteix en una opció habitual per aïllar cossos de tubs en fusibles d'alta tensió-. Les especificacions de la indústria solen citar ceràmiques d'alúmina d'alta-puresa per a cossos de fusibles d'EV, destacant les seves propietats aïllants, resistents a la calor-i resistents a l'arc-.

 

 

Entre els materials ceràmics elèctrics, l'alúmina ofereix un excel·lent equilibri de propietats. Les ceràmiques d'alúmina d'alta puresa-normalment presenten una gran resistivitat elèctrica, força dielèctrica, resistència a la calor i resistència mecànica, la qual cosa les fa adequades per a components estructurals que requereixen aïllament elèctric i estabilitat tèrmica. Per a un tub de ceràmica per a un fusible EV DC, el material ha de complir múltiples requisits de rendiment simultàniament. El primer és l'aïllament elèctric: el tub de ceràmica ha d'evitar connexions elèctriques no desitjades entre els elements conductors interns i els components metàl·lics externs. La segona és la resistència a la calor: durant el procés de fusió, l'element del fusible s'escalfa ràpidament i genera un arc elèctric, que requereix que el tub ceràmic mantingui la seva integritat estructural. El tercer és el rendiment mecànic: com que els vehicles d'energia nova estan subjectes a vibracions de la carretera, cops i fluctuacions de temperatura durant el funcionament a llarg termini-, el tub ceràmic intern no s'ha de trencar ni trencar fàcilment.

 

Alguns productes de la indústria utilitzen un 95% o un 99% de ceràmica d'alúmina com a sistema de material per a cossos de fusibles d'alta tensió-EV. Les formulacions ceràmiques específiques s'han de seleccionar en funció de l'estructura del fusible, la tensió nominal, el mètode d'extinció de l'arc-i el procés de fabricació.

 

 

 

Aquesta és una de les diferències clau entre els tubs de ceràmica per a la sèrie EV BS i les mànigues aïllants estàndard. Quan l'element del fusible es trenca, el circuit no passa instantàniament a un estat de corrent zero. El control de l'arc és especialment crític per als sistemes de corrent continu d'alta-tensió. Els sistemes d'alta-tensió de vehicles d'energia nova (NEV) utilitzen corrent continu (DC); a diferència del corrent altern (CA), els arcs de corrent continu no passen de manera natural per un punt de corrent zero-. En conseqüència, el fusible ha de controlar activament l'arc mitjançant el seu disseny estructural i l'ús de mitjans d'extinció d'arc-.

 

En molts fusibles d'-alta tensió, l'interior del tub de ceràmica s'omple de materials-extintors d'arc, com ara sorra de quars. Quan l'element fusible es fon i genera un arc, el tub de ceràmica i el farciment d'extinció de l'arc-funcionen junts per absorbir la calor, refredar l'arc i controlar el canal de l'arc. Les especificacions tècniques dels fusibles EV indiquen que la combinació de tubs ceràmics d'-alúmina alta amb sorra de quars d'alta-puresa com a mitjà d'extinció d'arc-és una configuració estructural habitual per als fusibles d'automoció d'alt-tensió.

 

 

El sistema de bateries de tracció d'un vehicle d'energia nova inclou normalment terminals positius i negatius d'alta-tensió, així com diversos components de connexió elèctrica d'alta-tensió. Una fallada en l'aïllament pot provocar fuites de corrent, curtcircuits o altres problemes de seguretat elèctrica.
En conseqüència, els tubs ceràmics utilitzats en fusibles han de mantenir un rendiment d'aïllament estable durant tot el cicle de vida del producte.
L'estabilitat del material ceràmic és especialment crítica quan el component està sotmès a la presència simultània d'eleves temperatures, humitat elevada, vibració i tensió de tensió.

Per tant, quan s'obté tubs de ceràmica per a fusibles EV, no s'ha de centrar només en el color i l'aparença; també és essencial tenir en compte el sistema de materials, les propietats dielèctriques, la precisió dimensional i els requisits de prova del producte.

 

 

Tot i que la ceràmica té una excel·lent resistència a la calor i propietats d'aïllament, el material en si és inherentment fràgil.
Per tant, la resistència mecànica i la resistència al xoc tèrmic són igualment importants per als tubs de ceràmica per als fusibles del carregador d'EV. Els vehicles estan sotmesos a vibracions de la carretera, cops mecànics i cicles de temperatura durant el funcionament a llarg termini-. Els defectes interns, les esquerdes o la inestabilitat dimensional del tub ceràmic poden comprometre la fiabilitat de tot el fusible.

 

En conseqüència, el procés de fabricació requereix un estricte control sobre la puresa de la matèria primera, la densitat de formació, la qualitat de la sinterització i la qualitat dels passos de processament posteriors. La verificació de la qualitat del cos de ceràmica sovint implica provar la resistència a la flexió, la resistència al cicle tèrmic i altres paràmetres.

 

 

 

Els tubs de ceràmica no només serveixen com a aïllants sinó també com a carcasses per a l'element fusible i el medi d'extinció de l'arc-. En conseqüència, les dimensions com ara el diàmetre interior, el diàmetre exterior, la longitud i les especificacions-de la cara final afecten directament el muntatge final del fusible. Un diàmetre interior massa petit pot dificultar el muntatge de components interns, mentre que un diàmetre massa gran pot alterar el volum intern i les característiques d'extinció de l'arc-. A més, la longitud i les dimensions de la cara-extrem han de coincidir amb precisió amb les tapes metàl·liques, els terminals de connexió i altres components estructurals.

 

Com a resultat, els tubs ceràmics d'alta tensió-per a fusibles de vehicles elèctrics i híbrids solen ser components estructurals de ceràmica molt personalitzats.

 

 

Els tubs de ceràmica per a fusibles d'emmagatzematge d'energia s'utilitzen principalment per a la protecció de circuits d'alta{0}}tensió en vehicles d'energia nova. Les aplicacions inclouen circuits de bateries de tracció principals, circuits auxiliars d'alta tensió-, protecció d'inversors, carregadors a bord (OBC) i sistemes de distribució d'energia d'alta-tensió. Alguns fusibles de vehicles elèctrics de grau-automoció ja utilitzen estructures de tubs ceràmics dissenyades específicament per proporcionar protecció contra sobrecàrregues i curt{7}}circuits per als vehicles elèctrics i híbrids.

 

A mesura que evolucionen les plataformes d'alta-tensió dels vehicles d'energia nova, els tubs ceràmics s'han d'adaptar a tensions i intensitats més altes, així com a entorns tèrmics més exigents.

 

 

 

Tot i que els entorns operatius dels vehicles elèctrics (VE) i els sistemes d'emmagatzematge d'energia són diferents, tots dos impliquen una protecció de circuits de CC d'alta tensió{0}. Els grups de bateries, els sistemes de conversió d'energia (PCS) i els circuits de distribució de CC dins dels sistemes d'emmagatzematge d'energia també requereixen una protecció fiable contra sobreintensitat.

 

En conseqüència, els tubs ceràmics dissenyats per a fusibles d'alta -tensió també es poden aplicar a nous sistemes d'emmagatzematge d'energia, electrònica de potència i determinades infraestructures de càrrega. Això amplia l'aplicació al mercat del cos ceràmic de fusibles EV més enllà de la indústria de l'automòbil.

 

 

A mesura que els vehicles d'energia nova passen cap a plataformes de 800 V i de voltatge superior, els requisits dels materials d'aïllament, el rendiment d'extinció d'arc-i la consistència dimensional dels components de protecció elèctrica d'alta-tensió seran cada cop més estrictes. Futurtubs ceràmics aïllats en fusibles EVProbablement posarà més èmfasi en la puresa del material, la precisió dimensional, la resistència al xoc tèrmic, la fiabilitat mecànica i la compatibilitat amb els processos de muntatge automatitzats.

 

Per als fabricants de tubs ceràmics, la capacitat de produir un tub cilíndric bàsic ja no és suficient per complir els estàndards d'aplicació de grau-automoció. La formulació del material, els processos de conformació, el control de sinterització, el mecanitzat de precisió i les capacitats d'inspecció de qualitat es convertiran en factors crítics en la competitivitat del producte.

 

Els tubs ceràmics aïllats serveixen com a components estructurals i aïllants vitals dins dels fusibles d'alta{0}}tensió per als vehicles d'energia nova. Han de complir simultàniament els requisits d'aïllament elèctric, resistència a alta-temperatura, suport mecànic i estabilitat en entorns propensos a arc-, treballant conjuntament amb l'element fusible, el medi d'extinció d'arc-i tapes metàl·liques per interrompre corrents de falla d'alta-tensió. Tant per als fabricants de fusibles per a vehicles elèctrics com per a les empreses compradores, seleccionar els materials ceràmics, les especificacions dimensionals i els processos de fabricació adequats és fonamental per garantir el funcionament estable dels fusibles d'alta tensió-.