Во-первых, он должен обладать быстродействующими характеристиками постоянного тока для быстрого прерывания сильных перегрузок и короткого замыкания. Во-вторых, он должен быть компактным, устойчивым к вибрациям, долговечным и конструктивно взаимозаменяемым. В-третьих, и что самое важное, но часто упускаемое из виду, материал трубки предохранителя должен обладать устойчивостью к высоким температурам, быть негорючим и невоспламеняющимся.
Автомобильные высоковольтные предохранители работают длительное время в закрытых, узких пространствах без эффективного охлаждения. Это особенно актуально, когда они совместно с аккумулятором находятся в закрытой, высокотемпературной среде. Неправильный выбор материала может привести к термическому плавлению и сгоранию корпуса предохранителя. Как говорится, «то, что заставляет тебя, может и сломать тебя». Для обеспечения всесторонней безопасности правильный выбор автомобильных высоковольтных предохранителей должен быть максимально внимателен и тщательно продуман.
Почему предохранители — это Standard защиты аккумуляторов электромобилей
Использование высоковольтных предохранителей для основной защиты от перегрузки токов в системах литиевых аккумуляторов в электромобилях, с одной стороны, основано на чётких требованиях национального стандарта GB/T18384.1. Что ещё важнее, это связано с тем, что при серьёзной перегрузке или аварии короткого замыкания в системе литиевой батареи необходим надёжный и надёжный «шлюпка», чтобы отключить и устранить крайне разрушительную энергию короткого замыкания, эффективно предотвращая эскалацию и распространение аварий с перегрузкой высокого напряжения.
Из-за ограниченного пространства в автомобилях непрактично устанавливать громоздкие и дорогие автоматы постоянного тока. Поэтому использование компактных, относительно недорогих и легко устанавливаемых быстродействующих предохранителей постоянного тока в качестве основного средства защиты для ограничения и прерывания аномальных электрических неисправностей стало признанным стандартом безопасности в индустрии электромобилей как внутри страны, так и за рубежом.
Высокодействующий предохранитель постоянного тока содержит чистый серебряный элемент, сваренный внутри трубки, заполненной сжатым кварцевым песком высокой чистоты. В обычной работе сопротивление собственного микроома предохранителя практически незначительно. Когда батарейная система испытывает сильную перегрузку или короткое замыкание в несколько тысяч ампер, серебряный элемент и кварцевый песок работают вместе, завершая весь процесс «дуго плавления» и прерывание в течение миллисекунд, поглощая и рассеивая весь высоковольтный ток перенапряжения и высокоэнергетическое тепло внутри корпуса предохранителя.
В ходе этого процесса трубка предохранителя должна выдерживать давление расширения 200-300 МПа, создаваемое внутренней высоковольтной дугой, а также излучающее тепло свыше 1000°C. Если материал трубки не обладает достаточной механической прочностью при высоких температурах, он разорвётся, взорвётся и выбросит дугу, что приведёт к высокотемпературной карбонизации и горению.
Скрытая опасность: органические фитильные тела
После 2014 года, с ростом производства электромобилей и увеличением энергоёмкости аккумуляторов, в различных инцидентах стали проявляться роковые недостатки использования органических материалов для предохранителей. Пользователи сообщали о нескольких случаях горения корпуса предохранителей с использованием органических композитных труб, в основном во время зарядки электробусов с системами выше 500 В.
Такие факторы, как срок службы батареи, превышающий срок гарантии, использование основы из органического материала для предохранителя, ослабленные проводящие винты или слишком близкое расположение корпуса предохранителя к металлической стенке корпуса, могут вызвать случайное электрическое срабатывание и возгорание. Ранее, из-за неполной информации с мест происшествий и нежелания некоторых производителей автомобилей и аккумуляторов раскрывать детали, такие проблемы, как неконтролируемая перезарядка литиевого аккумулятора, приводящая к утечкам, короткое замыкание и неправильная установка предохранителей, не рассматривались как коренные причины.
Почему органический композитный взрывательный корпус плавится и воспламеняется, в то время как внутренний серебряный элемент и кварцевый песок остаются в значительной степени целыми? Откуда взялся этот мощный импульс короткого замыкания? Эти вопросы не только вызвали длительную путаницу и дебаты между поставщиками и клиентами, но и вызвали общественные сомнения и тревогу по поводу безопасности новых электромобилей с новой энергией.
Глубокие исследования феномена самовоспламенения органических взрывателей показали, что температура теплового искажения органических композитных материалов обычно ниже 200°C. При длительной работе в закрытой высокотемпературной среде аккумулятора или высоковольтного короба, особенно если он установлен в углу с плохой вентиляцией, материал подвергается значительному термическому старению. Это приводит к постепенному снижению как механической, так и изоляционной прочности.
Неконтролируемое перезарядка особенно часто встречается в электрических автобусах, заряжающихся при высоких напряжениях (выше 500 В). Короткое замыкание, вызванное утечкой батареи или поломкой конденсатора из-за перезарядки, может повлиять на реле и предохранители в обратном направлении, вызывая резкий скачок внутренней температуры. Это ускоряет разрушение органической трубки. Когда температура окружающей среды превышает температуру плавления материала, корпус взрывателя быстро карбонизируется, превращая исходный изоляционный слой в проводящий. Высоковольтный скачок затем образует внешний путь дуги вдоль стенки трубы, яростно сжигая органический материал и вызывая его самовоспламенение. Это, в свою очередь, приводит к воспламенению электрических кабелей внутри высоковольтного щита, что приводит к полному пожару автомобиля. По словам очевидцев, весь процесс может занять всего несколько секунд, но разрушительная энергия поражает.
<Последовательность отказов органического композитного предохранителя электромобиля>
<Последовательность отказов органического композитного предохранителя электромобиля>Эта теория была окончательно подтверждена отчётом расследования по пожару электроавтобуса «4.26» в Шэньчжэне, опубликованным 9 августа 2015 года. Комиссия из 14 экспертов из сфер бытовых электромобилей, аккумуляторов, электротехники и зарядки пришла к выводу, что «авария произошла из-за перезарядки аккумулятора, что привело к протечке батареи, короткому замыканию и, в конечном итоге, пожару». Это открытие выявило глубокую причину ранних случаев сгорания предохранителя и служит важным уроком.
Почти во всех зарегистрированных случаях сгорания корпуса предохранителя в электробусах, вызванных короткими замыканиями из-за перезарядки аккумулятора или конденсатора, ситуация остаётся одинаковой: сверхвысокотемпературная дуга быстро распространяется по поверхности корпуса предохранителя, не только плавя медные клеммы, но и способная прожечь 5-мм стальную пластину высоковольтного щита. Это указывает на температуру выше 1200°C. В такой среде органическая композитная трубка, рассчитанная всего на 200°C, мгновенно сжигается. Хотя остатки внутреннего элемента и песка могут оставаться, защитная функция предохранителя полностью утрачена.
Поэтому мы приходим к выводу, что пока BMS и системы управления зарядными сваями не могут обеспечить 100% эффективный контроль над перезарядкой и неисправностями литиевых батарей, использование органических композитных материалов для корпусов высоковольтных предохранителей не является научно обоснованным или безопасным решением.
Лучшее решение: 95% глиноземная керамика
<Отказ органического предохранителя электромобилей до и после инцидента>
Комплексный опрос по безопасности, проведённый среди более чем 50 отечественных компаний по интеграции электромобилей и аккумуляторов, показал, что 97% пользователей поддерживают вариант «негорючая лампа», а 64% — «высокопрочные керамические трубки».
Исходя из этого явного предпочтения пользователя в области абсолютной безопасности, мы в GONGFU Fuse приняли решающее решение отказаться от органических композитных материалов, которые использовали восемь year. Вместо этого мы перешли на керамику с высокой изоляцией, устойчивой к высоким температурам и несгорающим 95% глинозем (Al₂O₃ Corundum) Для наших фитильных тел. С абсолютной безопасностью электромобилей нашей главной целью, мы внедрили это обновление продукта на наших серийных производственных линиях.
Таблица 1: Сравнение характеристик материалов кузова автомобильных предохранителей
| Материал трубки | Температура теплового искажения (°C) | Прочность на изгиб (МПа) | Диэлектрическая прочность (кВ/мм) |
|---|---|---|---|
| Фенольная формованая трубка | 120-130 | 80 | 2 |
| Ламинированная трубка с меламином | 150-180 | 180 | 6 |
| Эпоксидная стекловолоконная намотанная трубка | 120 | 290 | 10 |
| 95% керамическая трубка из глиноземия | 1650 | 280-320 | 22 |
Причина, по которой наши предохранители бренда GFEFUSE, включая серии 5H20L, 5H30L, 5H38L, H10H, H14FE, H14FA, 7H30L, 7H38L, 10H30L и 10H38L, выбирают керамику, доказана тщательными испытаниями. Во время испытания дуги, хотя клеммы предохранителей были повреждены дугой, трубка из керамики из 95% глинозема осталась полностью целой, выдержав серьёзные испытания при высоких температурах. Мы не видели случаев трещин, дугового вспышки или горания с помощью наших керамических предохранителей, что доказывает, что выбор высококачественной керамики из 95% глинозем является правильным и рациональным решением для производства автомобильных предохранителей высокого напряжения.
Недавние тесты, согласно обязательной сертификации безопасности CCC Китая, показали, что автомобильный предохранитель высокого напряжения 500 В/400А завершает весь процесс прерывания дуги плавления всего за 7,22 миллисекунды при воздействии короткого замыкания 20 Ка. Это полностью подтверждает, что керамические трубчатые предохранители не только устойчивы к высоким температурам и не горяют, но и обладают исключительной производительностью, с ограничением по току 9,43 KA и временем погашения дуги 5,49 мс.
Последняя рекомендация по безопасности
После недавних инцидентов с пожарами на электромобилях Министерство промышленности и информационных технологий Китая выпустило уведомления о проведении комплексных расследований опасности для безопасности. Мы надеемся, что, прочитав эту статью, производители автомобилей и аккумуляторов уделят особое внимание конструкции материалов и правильному выбору высоковольтных предохранителей во время проверок безопасности. Не думайте, что простая установка любого предохранителя делает систему «застрахованной» и безопасной; Расследование должно начинаться с того, чтобы убедиться, что сам предохранитель «огнеупорный».
<Осциллограмма с керамическим предохранителем CCC для теста короткого замыкания>
Мы также рекомендуем производителям аккумуляторов не устанавливать высоковольтные предохранители внутри коробки. Гораздо лучше изолировать их в отдельном, независимом вольере. Это не только безопаснее, но и удобнее для осмотра и замены, устраняя необходимость частого разбирания основного аккумуляторного блока. В конце концов, когда электромобили продаются в большом количестве, люди, меняющие расходные детали, часто оказываются непрофессионалами.
О компании DONGGUAN GONGFU ELECTRONICS CO., LTD.
Как преданный разработчик и проектировщик, GONGFU Electronics предлагает универсальные решения для предохранителей, держателей предохранителей, автомобильных предохранителей, держателей предохранителей постоянного тока, фотоэлектрических предохранителей и предохранителей для хранения энергии.