Innanzitutto, deve avere caratteristiche di protezione CC ad azione rapida per interrompere rapidamente gravi sovraccarichi e correnti di cortocircuito. In secondo luogo, deve essere compatto, resistente alle vibrazioni, durevole e strutturalmente intercambiabile. In terzo luogo, e in modo più critico ma spesso trascurato, il materiale del tubo del fusibile deve possedere resistenza alle alte temperature ed essere non combustibile e non infiammabile.
I fusibili ad alta tensione per il settore automobilistico funzionano a lungo termine in spazi chiusi e ristretti senza un raffreddamento efficace. Ciò è particolarmente vero quando condividono un ambiente chiuso e ad alta temperatura con il pacco batteria. Una selezione errata del materiale può portare alla fusione termica e alla combustione del corpo del fusibile. Come dice il proverbio, "ciò che ti rende può anche spezzarti". Per garantire una sicurezza completa, la corretta selezione dei fusibili ad alta tensione per autoveicoli deve essere trattata con la massima importanza e un'attenta considerazione.
Perché i fusibili sono lo standard per la protezione della batteria dei veicoli elettrici
L'uso di fusibili ad alta tensione per la protezione principale da sovracorrente dei sistemi di batterie al litio nei veicoli elettrici si basa, da un lato, sui chiari requisiti dello standard nazionale GB/T18384.1. Ancora più importante, è perché quando si verifica un grave sovraccarico o un guasto da cortocircuito nel sistema di batterie al litio, è necessario un "cancello" robusto e affidabile per interrompere ed eliminare l'energia di cortocircuito estremamente distruttiva, prevenendo efficacemente l'escalation e la diffusione di incidenti da sovracorrente ad alta tensione.
A causa dello spazio limitato nei veicoli, non è pratico installare interruttori CC ingombranti e costosi. Pertanto, l'utilizzo di fusibili CC ad azione rapida compatti, relativamente economici e facili da installare come principale dispositivo di protezione per limitare e interrompere guasti elettrici anomali è diventato uno standard di sicurezza riconosciuto nel settore dei veicoli elettrici, sia a livello nazionale che internazionale.
Un fusibile CC ad azione rapida contiene un elemento in argento puro saldato all'interno di un tubo riempito con sabbia di quarzo compattata ad alta purezza. Durante il normale funzionamento, la resistenza al micro-ohm del fusibile è trascurabile. Quando il sistema di batterie subisce un forte sovraccarico o una corrente di cortocircuito di diverse migliaia di ampere, l'elemento d'argento e la sabbia di quarzo lavorano insieme per completare l'intero processo di "estinzione-interruzione dell'arco di fusione" in pochi millisecondi, assorbendo e dissipando tutta la corrente di picco ad alta tensione e il calore ad alta energia all'interno del corpo del fusibile.
Durante questo processo, il tubo del fusibile deve resistere alla pressione di espansione di 200-300 MPa generata dall'arco interno ad alta tensione, nonché al calore radiante superiore a 1000°C. Se il materiale del tubo non ha una sufficiente resistenza meccanica alle alte temperature, si rompe, esplode ed espelle un arco, portando alla carbonizzazione e alla combustione ad alta temperatura.
Il pericolo nascosto: i corpi delle micce organiche
Dopo il 2014, con la crescita significativa della produzione di veicoli elettrici e l'aumento della capacità energetica delle batterie di alimentazione, il difetto fatale dell'utilizzo di materiali organici per i corpi dei fusibili ha iniziato a essere esposto in vari incidenti. Gli utenti hanno segnalato diversi casi di combustione del corpo dei fusibili che coinvolge tubi compositi organici, che si verificano principalmente durante il processo di ricarica di autobus elettrici con sistemi superiori a 500 V.
Fattori come la durata della batteria che supera la garanzia, l'uso di una base in materiale organico per il fusibile, le viti conduttive allentate o la presenza del corpo del fusibile troppo vicino alla parete dell'involucro metallico possono innescare archi elettrici accidentali e incendi. In precedenza, a causa delle informazioni incomplete provenienti dai luoghi degli incidenti e della riluttanza di alcuni produttori di veicoli e batterie a divulgare i dettagli, problemi come il sovraccarico incontrollato della batteria al litio che portava a perdite, cortocircuiti e installazione impropria dei fusibili non venivano analizzati a fondo come cause principali.
Perché un corpo di fusibile in composito organico si scioglie e si incendia mentre l'elemento interno in argento e la sabbia di quarzo rimangono in gran parte intatti? Da dove viene questa potente ondata di cortocircuito? Queste domande non solo hanno portato a una prolungata confusione e dibattito tra fornitori e clienti, ma hanno anche causato dubbi e ansia nell'opinione pubblica sulla sicurezza dei veicoli elettrici a nuova energia.
Una ricerca approfondita sul fenomeno dell'autoaccensione dei corpi dei fusibili organici ha rivelato che la temperatura di distorsione termica dei materiali compositi organici è generalmente inferiore a 200°C. Quando si opera per lunghi periodi nell'ambiente chiuso ad alta temperatura di una batteria o di una scatola ad alta tensione, soprattutto se installato in un angolo con scarsa ventilazione, il materiale subisce un notevole invecchiamento termico. Ciò porta a un graduale declino sia della sua resistenza meccanica che di isolamento.
Il sovraccarico incontrollato è particolarmente comune negli autobus elettrici che si ricaricano ad alta tensione (sopra i 500 V). La sovratensione da cortocircuito derivante da una perdita dalla batteria o da un guasto del condensatore dovuto a un sovraccarico può avere un impatto inverso sui relè e sui fusibili, causando un rapido picco della temperatura interna. Questo accelera la degradazione del tubo organico. Quando la temperatura ambiente supera il punto di fusione del materiale, il corpo del fusibile si carbonizza rapidamente, trasformando lo strato isolante originale in uno conduttivo. La sovratensione ad alta tensione forma quindi un percorso ad arco esterno lungo la parete del tubo, bruciando ferocemente il materiale organico e provocandone l'autoaccensione. Questo, a sua volta, incendia i cavi elettrici all'interno della scatola ad alta tensione, provocando un incendio completo del veicolo. Secondo testimoni oculari, l'intero processo può richiedere solo pochi secondi, ma l'energia distruttiva è sorprendente.
<Sequenza di guasto di un fusibile EV composito organico>
<Sequenza di guasto di un fusibile EV composito organico>Questa teoria è stata finalmente confermata dal rapporto dell'indagine sull'incendio dell'autobus elettrico "4.26" di Shenzhen, pubblicato il 9 agosto 2015. Un gruppo di 14 esperti dei settori dei veicoli elettrici domestici, delle batterie di alimentazione, dell'elettricità e della ricarica ha concluso che "l'incidente è stato causato dal sovraccarico della batteria di alimentazione, che ha portato a perdite dalla batteria, cortocircuiti e, infine, incendi". Questa scoperta ha rivelato la ragione profonda dei precedenti incidenti di combustione del corpo del fusibile e funge da lezione vitale.
In quasi tutti gli incidenti registrati di combustione del corpo del fusibile su autobus elettrici causati da cortocircuiti di sovraccarico della batteria o del condensatore, la scena è la stessa: un arco ad altissima temperatura si diffonde rapidamente sulla superficie del corpo del fusibile, non solo fondendo i terminali di rame, ma anche in grado di bruciare una piastra di acciaio da 5 mm della scatola ad alta tensione. Ciò indica temperature superiori a 1200°C. In un ambiente di questo tipo, un tubo composito organico con una temperatura nominale di soli 200°C viene immediatamente incenerito. Sebbene possano rimanere resti dell'elemento interno e della sabbia, la funzione protettiva del fusibile è completamente persa.
Pertanto, concludiamo che, fino a quando il BMS e i sistemi di gestione delle pile di ricarica non saranno in grado di ottenere un controllo efficace al 100% sui guasti di sovraccarico e scarica eccessiva delle batterie al litio, l'utilizzo di materiali compositi organici per i corpi dei fusibili ad alta tensione non è una soluzione scientificamente valida o sicura.
La soluzione superiore: 95% ceramica di allumina
<Guasto del fusibile EV organico prima e dopo l'incidente>
Un'indagine completa sulla sicurezza condotta tra più di 50 aziende nazionali di veicoli elettrici e integrazione di batterie ha mostrato che il 97% degli utenti ha approvato l'opzione "tubo non combustibile" e il 64% ha approvato specificamente i "tubi ceramici ad alta resistenza".
Sulla base di questa chiara preferenza dell'utente per la sicurezza assoluta, noi di GONGFU Fuse abbiamo fatto la scelta decisiva di abbandonare i materiali compositi organici che avevamo utilizzato per otto anni.Invece, siamo passati a una ceramica al 95% di allumina (Al₂O₃ corindone) ad alto isolamento, resistente alle alte temperature e non combustibile per i nostri corpi dei fusibili. Con l'obiettivo principale dell'assoluta sicurezza dei veicoli elettrici, abbiamo implementato questo aggiornamento del prodotto in tutte le nostre linee di produzione di massa.
Tabella 1: Confronto delle prestazioni dei materiali del corpo dei fusibili per il settore automobilistico
| ( | °C) | Resistenza alla flessione (MPa) | Rigidità dielettrica (KV/mm) |
|---|---|---|---|
| Tubo stampato fenolico | 120-130 | 80 | 2 |
| Tubo laminato melaminico | 150-180 | 180 | 6 |
| Tubo avvolto in fibra di vetro epossidica | 120 | 290 | 10 |
| Tubo ceramico di allumina al 95% | 1650 | 280-320 | 22 |
Il motivo per cui i nostri fusibili a marchio GFEFUSE, tra cui le serie 5H20L, 5H30L, 5H38L, H10H, H14FE, H14FA, 7H30L, 7H38L, 10H30L e 10H38L, scelgono la ceramica è dimostrato da test rigorosi. Durante un test di arco elettrico, mentre i terminali del fusibile sono stati danneggiati dall'arco, il tubo ceramico di allumina al 95% è rimasto completamente intatto, resistendo alla severa prova ad alta temperatura. Non abbiamo riscontrato casi di cracking, scariche elettriche o combustione con i nostri fusibili a tubo ceramico, dimostrando che la scelta di una ceramica ad alta resistenza al 95% di allumina è la soluzione corretta e razionale per la produzione di fusibili ad alta tensione per autoveicoli.
Recenti test secondo la certificazione di sicurezza obbligatoria CCC della Cina hanno mostrato che un fusibile ad alta tensione per autoveicoli da 500 V/400 A completa l'intero processo di interruzione dell'arco di fusione in soli 7,22 millisecondi se sottoposto a una corrente di cortocircuito di 20 KA. Ciò conferma pienamente che i fusibili a tubo ceramico non sono solo resistenti alle alte temperature e non combustibili, ma possiedono anche prestazioni eccezionali, con una limitazione di corrente di 9,43 KA e un tempo di estinzione dell'arco di 5,49 ms.
Un'ultima raccomandazione per la sicurezza
A seguito dei recenti incendi di veicoli elettrici, il Ministero dell'Industria e dell'Information Technology cinese ha emesso avvisi per indagini complete sui rischi per la sicurezza. Ci auguriamo che leggendo questo articolo, i produttori di veicoli e batterie prestino molta attenzione alla struttura del materiale e alla corretta selezione dei fusibili ad alta tensione durante i controlli di sicurezza. Non dare per scontato che la semplice installazione di un qualsiasi fusibile renda il sistema "assicurato" e sicuro; L'indagine deve iniziare con l'assicurarsi che la miccia stessa sia "a prova di fuoco".
<Oscillogramma per test di cortocircuito CCC con fusibile ceramico>
Si consiglia inoltre ai produttori di batterie di non installare fusibili ad alta tensione all'interno della scatola della batteria. È molto meglio isolarli in un recinto separato e indipendente. Questo non è solo più sicuro, ma anche più comodo per l'ispezione e la sostituzione, eliminando la necessità di smontare frequentemente il pacco batteria principale. Dopotutto, una volta che i veicoli elettrici vengono venduti in gran numero, le persone che sostituiscono queste parti di consumo saranno spesso non professionisti.
Informazioni su DONGGUAN GONGFU ELECTRONICS CO., LTD.
In qualità di sviluppatore e progettista dedicato, GONGFU Electronics fornisce soluzioni complete per fusibili, portafusibili, fusibili per autoveicoli, portafusibili per autoveicoli, fusibili CC, fusibili fotovoltaici e fusibili per l'accumulo di energia.