Jak wybrać samochodowe bezpieczniki wysokiego napięcia prądu stałego: przewodnik po zapobieganiu pożarom pojazdów elektrycznych

Bezpiecznik wysokonapięciowy jest niezbędnym elementem elektrycznym do ochrony nadprądowej systemu akumulatorów elektrycznych pojazdu elektrycznego. Aby nadawać się do unikalnego zastosowania w pojazdach elektrycznych z czystym prądem stałym, musi spełniać kilka kryteriów. Po pierwsze, musi mieć charakterystykę szybko działającego zabezpieczenia prądu stałego, aby szybko przerwać silne przeciążenia i prądy zwarciowe. Po drugie, musi być kompaktowy, odporny na wibracje, trwały i strukturalnie wymienny. Po trzecie, i co najważniejsze, ale często pomijane, materiał rurki bezpiecznikowej musi być odporny na wysoką temperaturę oraz niepalny i niepalny.

Samochodowe bezpieczniki wysokonapięciowe działają przez długi czas w zamkniętych, ciasnych przestrzeniach bez skutecznego chłodzenia. Jest to szczególnie ważne, gdy dzielą zamknięte środowisko o wysokiej temperaturze z akumulatorem. Niewłaściwy dobór materiału może prowadzić do stopienia termicznego i spalenia korpusu bezpiecznika. Jak mówi przysłowie, "to, co cię napędza, może też cię złamać". Aby zapewnić kompleksowe bezpieczeństwo, właściwy dobór samochodowych bezpieczników wysokonapięciowych musi być traktowany z najwyższą powagą i starannym rozważeniem.

Dlaczego bezpieczniki są standardem w ochronie akumulatorów pojazdów elektrycznych

Stosowanie bezpieczników wysokonapięciowych do głównego zabezpieczenia nadprądowego systemów akumulatorów litowych w pojazdach elektrycznych opiera się z jednej strony na jasnych wymaganiach normy krajowej GB/T18384.1. Co ważniejsze, dzieje się tak dlatego, że gdy w systemie baterii litowej wystąpi poważne przeciążenie lub zwarcie, potrzebna jest solidna i niezawodna "brama", aby odciąć i wyeliminować niezwykle destrukcyjną energię zwarciową, skutecznie zapobiegając eskalacji i rozprzestrzenianiu się wypadków nadprądowych wysokiego napięcia.

Ze względu na ograniczoną przestrzeń w pojazdach instalowanie nieporęcznych i drogich wyłączników prądu stałego jest niepraktyczne. Dlatego stosowanie kompaktowych, stosunkowo niedrogich i łatwych w montażu szybko działających bezpieczników prądu stałego jako głównego urządzenia zabezpieczającego ograniczającego i przerywającego nietypowe usterki elektryczne stało się uznanym standardem bezpieczeństwa w branży pojazdów elektrycznych, zarówno w kraju, jak i za granicą.

Szybko działający bezpiecznik prądu stałego zawiera element z czystego srebra przyspawany do rurki wypełnionej zagęszczonym piaskiem kwarcowym o wysokiej czystości. Podczas normalnej pracy własna rezystancja mikroomowa bezpiecznika jest znikoma. Gdy system akumulatorowy doświadcza poważnego przeciążenia lub prądu zwarciowego o natężeniu kilku tysięcy amperów, srebrny pierwiastek i piasek kwarcowy współpracują ze sobą, aby zakończyć cały proces "przerwania gaszenia łuku topnienia" w ciągu milisekund, pochłaniając i rozpraszając cały prąd udarowy wysokiego napięcia i wysokoenergetyczne ciepło w korpusie bezpiecznika.

Podczas tego procesu rurka bezpiecznikowa musi wytrzymać ciśnienie rozprężania 200-300 MPa generowane przez wewnętrzny łuk wysokiego napięcia, a także promieniowanie cieplne przekraczające 1000°C. Jeśli materiał rury nie ma wystarczającej wytrzymałości mechanicznej w wysokich temperaturach, pęknie, eksploduje i wyrzuci łuk, co doprowadzi do karbonizacji i spalania w wysokiej temperaturze.

Ukryte niebezpieczeństwo: organiczne korpusy bezpieczników

Po 2014 roku, przy znacznym wzroście produkcji pojazdów elektrycznych i rosnącej pojemności energetycznej akumulatorów zasilających, w różnych incydentach zaczęto ujawniać fatalną wadę stosowania materiałów organicznych do korpusów bezpieczników. Użytkownicy zgłaszali liczne przypadki spalania korpusu bezpiecznika z udziałem rur z kompozytu organicznego, najczęściej występujące podczas procesu ładowania autobusów elektrycznych z systemami o napięciu powyżej 500 V.

Czynniki takie jak żywotność akumulatora przekraczająca gwarancję, użycie podstawy bezpiecznika z materiału organicznego, luźne przewodzące lub korpus bezpiecznika znajdujący się zbyt blisko metalowej ścianki obudowy mogą spowodować przypadkowe wyładowanie łukowe i pożar. Wcześniej, ze względu na niekompletne informacje z miejsc wypadków i niechęć niektórych producentów pojazdów i akumulatorów do ujawniania szczegółów, problemy takie jak niekontrolowane przeładowanie baterii litowej prowadzące do wycieku, zwarcia i niewłaściwa instalacja bezpieczników nie były dogłębnie analizowane jako główne przyczyny.

Dlaczego korpus bezpiecznika z kompozytu organicznego miałby stopić się i zapalić, podczas gdy wewnętrzny pierwiastek srebra i piasek kwarcowy pozostały w dużej mierze nienaruszone? Skąd wziął się ten potężny skok zwarciowy? Pytania te nie tylko doprowadziły do długotrwałego zamieszania i debat między dostawcami a klientami, ale także wywołały wątpliwości i niepokój opinii publicznej co do bezpieczeństwa nowych pojazdów elektrycznych zasilanych energią.

Dogłębne badania nad zjawiskiem samozapłonu organicznych korpusów bezpieczników wykazały, że temperatura odkształcenia cieplnego organicznych materiałów kompozytowych jest na ogół niższa niż 200°C. Podczas pracy przez dłuższy czas w zamkniętym środowisku o wysokiej temperaturze akumulatora lub skrzynki wysokiego napięcia, zwłaszcza gdy jest zainstalowany w rogu o słabej wentylacji, materiał ulega znacznemu starzeniu termicznemu. Prowadzi to do stopniowego spadku zarówno jego wytrzymałości mechanicznej, jak i izolacyjnej.

Niekontrolowane przeładowanie jest szczególnie powszechne w autobusach elektrycznych ładowanych przy wysokich napięciach (powyżej 500V). Przepięcie zwarciowe wynikające z wycieku baterii lub awarii kondensatora z powodu przeładowania może wpłynąć na przekaźniki i bezpieczniki w odwrotnej kolejności, powodując gwałtowny wzrost temperatury wewnętrznej. Przyspiesza to degradację rurki organicznej. Gdy temperatura otoczenia przekroczy temperaturę topnienia materiału, korpus bezpiecznika szybko ulega zwęgleniu, zamieniając pierwotną warstwę izolacyjną w warstwę przewodzącą. Skok wysokiego napięcia tworzy następnie zewnętrzną ścieżkę łuku wzdłuż ścianki rury, gwałtownie spalając materiał organiczny i powodując jego samozapłon. To z kolei powoduje zapłon elektrycznych w skrzynce wysokiego napięcia, co prowadzi do pożaru całego pojazdu. Według naocznych świadków cały proces może trwać zaledwie kilka sekund, ale destrukcyjna energia jest zdumiewająca.

<Sekwencja uszkodzeń bezpiecznika EV z kompozytu organicznego>

Teorię tę ostatecznie potwierdził raport ze śledztwa w sprawie pożaru autobusu elektrycznego "4.26" w Shenzhen, opublikowany 9 sierpnia 2015 roku. Panel 14 ekspertów z krajowych dziedzin pojazdów elektrycznych, akumulatorów energetycznych, elektryczności i ładowania stwierdził, że "wypadek był spowodowany przeładowaniem akumulatora, co doprowadziło do wycieku akumulatora, zwarcia i ostatecznie pożaru". Odkrycie to ujawniło głęboko zakorzenioną przyczynę wcześniejszych incydentów spalania korpusu bezpiecznika i służy jako ważna lekcja.

W prawie wszystkich zarejestrowanych przypadkach spalania korpusu bezpiecznika w autobusach elektrycznych spowodowanego zwarciem przeładowania akumulatora lub kondensatora, scena jest taka sama: łuk o bardzo wysokiej temperaturze szybko rozprzestrzenia się po powierzchni korpusu bezpiecznika, nie tylko topiąc miedziane zaciski, ale także mogąc przepalić stalową płytę o grubości 5 mm skrzynki wysokiego napięcia. Oznacza to temperatury przekraczające 1200°C. W takim środowisku organiczna rura kompozytowa przystosowana do pracy w temperaturze zaledwie 200°C jest natychmiast spalana. Chociaż mogą pozostać resztki elementu wewnętrznego i piasek, funkcja ochronna bezpiecznika zostaje całkowicie utracona.

Dlatego dochodzimy do wniosku, że tak długo, jak BMS i systemy zarządzania stosami ładowania nie mogą osiągnąć 100% skutecznej kontroli nad błędami przeładowania i nadmiernego rozładowania baterii litowych, stosowanie organicznych materiałów kompozytowych do korpusów bezpieczników wysokiego napięcia nie jest naukowo uzasadnionym ani bezpiecznym rozwiązaniem.

Doskonałe rozwiązanie: 95% ceramika z tlenku glinu

<Awaria organicznego bezpiecznika EV przed i po incydencie>

Kompleksowe badanie bezpieczeństwa przeprowadzone wśród ponad 50 krajowych firm zajmujących się integracją pojazdów elektrycznych i akumulatorów wykazało, że 97% użytkowników poparło opcję "rur niepalnych", a 64% zdecydowanie aprobowało "rury ceramiczne o wysokiej wytrzymałości".

Opierając się na tej wyraźnej preferencji użytkowników w zakresie absolutnego bezpieczeństwa, w GONGFU Fuse podjęliśmy decydującą decyzję o porzuceniu organicznych materiałów kompozytowych, których używaliśmy przez osiem lat. Zamiast tego zaktualizowaliśmy nasze korpusy bezpieczników do ceramiki o wysokiej izolacyjności, odpornej na wysokie temperatury i niepalnej 95% z tlenku glinu (Al₂O₃ korundu). Mając na uwadze absolutne bezpieczeństwo pojazdów elektrycznych, naszym głównym celem wdrożyliśmy tę modernizację produktu na naszych liniach produkcyjnych.

Tabela 1: Porównanie wydajności materiałów korpusu bezpieczników samochodowych

Powodem, dla którego nasze bezpieczniki marki GFEFUSE, w tym serie 5H20L, 5H30L, 5H38L, H10H, H14FE, H14FA, 7H30L, 7H38L, 10H30L i 10H38L, wybierają ceramikę, są udowodnione rygorystycznymi testami. Podczas testu łukowego, podczas gdy końcówki bezpieczników zostały uszkodzone przez łuk, rura ceramiczna wykonana w 95% z tlenku glinu pozostała całkowicie nienaruszona, wytrzymując ciężką próbę w wysokiej temperaturze. Nie zaobserwowaliśmy żadnych przypadków pękania, rozgorzenia łuku elektrycznego lub spalania w przypadku naszych bezpieczników ceramicznych, co dowodzi, że wybór ceramiki o wysokiej wytrzymałości z tlenku glinu o 95% jest właściwym i racjonalnym rozwiązaniem do produkcji samochodowych bezpieczników wysokonapięciowych.

Ostatnie testy przeprowadzone zgodnie z obowiązkowym certyfikatem bezpieczeństwa CCC wykazały, że samochodowy bezpiecznik wysokonapięciowy 500 V/400 A kończy cały proces stapienia łuku stopionego w zaledwie 7,22 milisekundy po poddaniu go prądowi zwarciowemu 20 A. To w pełni potwierdza, że bezpieczniki ceramiczne są nie tylko odporne na wysokie temperatury i niepalne, ale także mają wyjątkową wydajność, z ograniczeniem prądu do 9,43 KA i czasem gaszenia łuku 5,49 ms.

Ostateczne zalecenie dotyczące bezpieczeństwa

W związku z niedawnymi incydentami związanymi z pożarami pojazdów elektrycznych, chińskie Ministerstwo Przemysłu i Technologii Informacyjnych wydało zawiadomienia o kompleksowym dochodzeniu w sprawie zagrożeń bezpieczeństwa. Mamy nadzieję, że czytając ten artykuł, producenci pojazdów i akumulatorów zwrócą dużą uwagę na strukturę materiału i właściwy dobór bezpieczników wysokonapięciowych podczas ich kontroli bezpieczeństwa. Nie należy zakładać, że samo zainstalowanie dowolnego bezpiecznika sprawia, że system jest "ubezpieczony" i bezpieczny; Dochodzenie należy rozpocząć od upewnienia się, że sam bezpiecznik jest "ognioodporny".

<Oscylogram testowy zwarcia CCC z bezpiecznikiem ceramicznym>

Zalecamy również, aby producenci akumulatorów nie instalowali bezpieczników wysokonapięciowych wewnątrz pojemnika na baterie. O wiele lepiej jest odizolować je w osobnej, niezależnej obudowie. Jest to nie tylko bezpieczniejsze, ale także wygodniejsze do kontroli i wymiany, eliminując potrzebę częstego demontażu głównego akumulatora. W końcu, gdy pojazdy elektryczne zostaną sprzedane w dużych ilościach, osoby wymieniające te części eksploatacyjne często będą nieprofesjonalistami.

O firmie DONGGUAN GONGFU ELECTRONICS CO., LTD.

Jako dedykowany programista i projektant, GONGFU Electronics zapewnia kompleksowe rozwiązania w zakresie bezpieczników, uchwytów bezpieczników, bezpieczników samochodowych, uchwytów bezpieczników samochodowych, bezpieczników DC, bezpieczników fotowoltaicznych i bezpieczników do magazynowania energii.