Innanzitutto, deve avere caratteristiche di protezione a corrente continua ad azione rapida per interrompere rapidamente sovraccarichi gravi e correnti di cortocircuito. In secondo luogo, deve essere compatto, resistente alle vibrazioni, resistente e strutturalmente intercambiabile. In terzo luogo, e soprattutto critico ma spesso trascurato, il materiale del tubo fusibile deve possedere una resistenza ad alta temperatura ed essere non combustibile e infiammabile.
I fusibili ad alta tensione automobilistica funzionano a lungo termine in spazi chiusi e ristretti senza un raffreddamento efficace. Questo è particolarmente vero quando condividono un ambiente chiuso e ad alta temperatura con il pacco batterie. Una scelta impropria del materiale può portare alla fusione termica e alla combustione del corpo fusibile. Come si suol dire, "ciò che ti fa può anche distruggerti." Per garantire una sicurezza completa, la scelta corretta dei fusibili ad alta tensione per automobili deve essere trattata con la massima importanza e attenzione.
Perché i fusibili sono lo Standard per la protezione delle batterie dei veicoli elettrici
L'uso di fusibili ad alta tensione per la principale protezione contro le sovracorrenti 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 di cortocircuito nel sistema delle batterie al litio, è necessario un "gate" robusto ed affidabile per interrompere ed eliminare l'energia estremamente distruttiva del cortocircuito, prevenendo di fatto l'escalation e la diffusione di incidenti da sovracorrente ad alta tensione.
A causa dello spazio limitato nei veicoli, è poco pratico installare interruttori DC ingombranti e costosi. Pertanto, l'uso di fusibili DC compatti, relativamente economici e facilmente installabili come principale dispositivo di protezione per limitare e interrompere guasti elettrici anomali è diventato uno standard di sicurezza riconosciuto nell'industria dei veicoli elettrici, sia a livello nazionale che internazionale.
Un fusibile DC ad azione rapida contiene un elemento in argento puro saldato all'interno di un tubo riempito di sabbia di quarzo compattata ad alta purezza. Durante il normale funzionamento, la resistenza micro-ohm del fusibile è trascurabile. Quando il sistema della batteria subisce un grave sovraccarico o una corrente di cortocircuito di diverse migliaia di ampere, l'elemento 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 fusibile.
Durante questo processo, il tubo fusibile deve sopportare la pressione di espansione di 200-300 MPa generata dall'arco interno ad alta tensione, oltre a calore radiante superiore a 1000°C. Se il materiale del tubo non ha sufficiente resistenza meccanica ad alta temperatura, si romperà, espanderà ed esploderà un arco, portando a carbonizzazione e combustione ad alte temperature.
Il pericolo nascosto: corpi fusibili organici
Dopo il 2014, con la significativa crescita della produzione di veicoli elettrici e l'aumento della capacità energetica delle batterie elettriche, il difetto fatale dell'uso di materiali organici per i corpi fusibili ha iniziato a emergere in vari incidenti. Gli utenti hanno riportato molteplici casi di combustione del corpo fusibile coinvolgendo tubi composti organici, verificandosi principalmente durante il processo di ricarica di autobus elettrici con sistemi superiori a 500V.
Fattori come la durata di servizio della batteria che supera la garanzia, l'uso di una base organica per il fusibile, viti conduttive allentate o il corpo del fusibile troppo vicino alla parete metallica della capsula possono tutti scatenare archi elettrici accidentali e incendi. In precedenza, a causa di informazioni incomplete nei siti dell'incidente e della riluttanza di alcuni produttori di veicoli e batterie a divulgare dettagli, problemi come la sovraccarica incontrollata delle batterie al litio che causava perdite, cortocircuiti e installazione impropria dei fusibili non venivano analizzati a fondo come cause principali.
Perché un corpo fusibile composto organico si scioglierebbe e si incendierebbe mentre l'elemento argento interno e la sabbia di quarzo rimanevano in gran parte intatti? Da dove è nato questo potente sovraccarico di cortocircuito? Queste domande non solo hanno portato a una lunga confusione e dibattito tra fornitori e clienti, ma hanno anche suscitato dubbi e ansia pubblica sulla sicurezza dei veicoli elettrici a nuova energia.
Ricerche approfondite sul fenomeno di auto-accensione dei corpi fusibili organici hanno rivelato che la temperatura di distorsione termica dei materiali compositi organici è generalmente inferiore a 200°C. Quando si utilizza per lunghi periodi nell'ambiente chiuso ad alta temperatura di una batteria o di una scatola ad alta tensione, specialmente quando installato in un angolo con scarsa ventilazione, il materiale subisce un notevole invecchiamento termico. Questo porta a un graduale declino sia della resistenza meccanica che di quella isolante.
La sovraccarica incontrollata è particolarmente comune nei bus elettrici che caricano ad alte tensioni (sopra 500V). Il cortocircuito dovuto a perdite di batteria o a guasto del condensatore dovuto a sovraccarico può influenzare i relè e i fusibili al contrario, 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 fusibile carbonizza rapidamente, trasformando lo strato isolante originale in uno conduttivo. La sovratensione ad alta tensione forma quindi un percorso d'arco esterno lungo la parete del tubo, bruciando violentamente il materiale organico e facendolo auto-accendere. Questo, a sua volta, accende i cavi elettrici all'interno della scatola ad alta tensione, causando un incendio totale del veicolo. Secondo i testimoni oculari, l'intero processo può durare 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 infine confermata dal rapporto investigativo sull'incendio dell'autobus elettrico "4.26" di Shenzhen, pubblicato il 9 agosto 2015. Un panel di 14 esperti dei settori nazionale di veicoli elettrici, batterie elettriche, elettricità e ricarica ha concluso che "l'incidente è stato causato da una sovraccarica della batteria, che ha causato perdite di batterie, cortocircuiti e, infine, incendio." Questa scoperta ha rivelato la causa profonda dei precedenti episodi di combustione del corpo del fusibile e rappresenta una lezione fondamentale.
In quasi tutti gli episodi documentati di combustione del corpo fusibile su bus elettrici causata da cortocircuiti sovraccaricati di batterie o condensatori, la scena è la stessa: un arco ad altissima temperatura si diffonde rapidamente sulla superficie del corpo fusibile, non solo fondendo i terminali di rame ma anche capace di bruciare una lastra d'acciaio da 5 mm della scatola ad alta tensione. Questo indica temperature superiori ai 1200°C. In un ambiente del genere, un tubo composito organico calibrato solo per 200°C viene istantaneamente incenerito. Sebbene possano rimanere residui dell'elemento interno e della sabbia, la funzione protettiva della miccia è completamente persa.
Pertanto, concludiamo che finché il BMS e i sistemi di gestione dei pali di ricarica non riusciranno a ottenere un controllo efficace al 100% sui guasti di sovraccarico e sovrascarica delle batterie al litio, l'uso di materiali compositi organici per corpi fusibili ad alta tensione non è una soluzione scientificamente valida o sicura.
La soluzione superiore: ceramica al 95% allumina
<Guasto al fusibile organico del veicolo elettrico prima e dopo l'incidente>
Un'indagine completa sulla sicurezza condotta su oltre 50 aziende nazionali di integrazione di veicoli elettrici e batterie ha mostrato che il 97% degli utenti ha approvato l'opzione del "tubo non combustibile" e il 64% ha approvato specificamente i "tubi ceramici ad alta resistenza".
Basandoci su questa chiara preferenza dell'utente per la sicurezza assoluta, noi di GONGFU Fuse abbiamo fatto la decisione decisiva di abbandonare i materiali compositi organici che avevamo usato per otto year. Invece, abbiamo passato a ceramiche ad alta isolanza, resistenti ad alte temperature e non combustibili al 95% di allumina (Al₂O₃ Corindum) Per i nostri corpi fusibili. Con la sicurezza assoluta dei veicoli elettrici come obiettivo principale, abbiamo implementato questo aggiornamento del prodotto su tutte le nostre linee di produzione di massa.
Tabella 1: Confronto delle prestazioni dei materiali delle carrozzerie dei fusibili automobilistici
| Materiale dei tubi | Distorsione del calore Temperatura (°C) | Resistenza alla flessione (MPa) | Resistenza dielettrica (KV/mm) |
|---|---|---|---|
| Tubo modellato fenolico | 120-130 | 80 | 2 |
| Tubo laminato in melamina | 150-180 | 180 | 6 |
| Tubo avvolto in fibra di vetro epossidica | 120 | 290 | 10 |
| Tubo ceramico al 95% di allumina | 1650 | 280-320 | 22 |
Il motivo per cui i nostri fusibili del marchio GFEFUSE, inclusi le serie 5H20L, 5H30L, 5H38L, H10H, H14FE, H14FA, 7H30L, 7H38L, 10H30L e 10H38L, scelgono la ceramica è stato dimostrato da test rigorosi. Durante un test di arco elettrico, mentre i terminali fusibili erano danneggiati dall'arco, il tubo in ceramica allumina al 95% rimase completamente intatto, resistendo al severo test ad alta temperatura. Non abbiamo visto casi di crepe, flashover ad arco o combustione con i nostri fusibili a tubo ceramico, dimostrando che scegliere la ceramica ad alta resistenza al 95% di allumina è la soluzione corretta e razionale per la produzione di fusibili ad alta tensione automobilistica.
Recenti test, secondo la certificazione obbligatoria di sicurezza CCC cinese, hanno mostrato un fusibile automobilistico ad alta tensione da 500V/400A che completava l'intero processo di interruzione dell'arco di fusione in soli 7,22 millisecondi quando sottoposto a una corrente di cortocircuito di 20 KA. Ciò conferma pienamente che i fusibili a tubo ceramico non sono solo resistenti ad alte temperature e non combustibili, ma possiedono anche prestazioni eccezionali, con una limitazione di corrente di 9,43KA e un tempo di estinzione ad arco di 5,49ms.
Una raccomandazione finale per la sicurezza
A seguito dei recenti incendi da veicoli elettrici, il Ministero dell'Industria e della Tecnologia dell'Informazione cinese ha emesso avvisi per indagini approfondite sui rischi per la sicurezza. Speriamo che, leggendo questo articolo, i produttori di veicoli e batterie prestino grande attenzione alla struttura dei materiali e alla corretta selezione dei fusibili ad alta tensione durante i controlli di sicurezza. Non dare per scontato che installare semplicemente un fusibile renda il sistema "assicurato" e sicuro; L'indagine deve iniziare verificando che il fusibile stesso sia "ignifugo".
<Oscillogramma CCC per il Test di Cortocircuito con Fusibile Ceramico>
Raccomandiamo 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 solo è 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 venduti in grandi numeri di veicoli elettrici, chi sostituisce questi componenti consumabili spesso non è professionale.
Informazioni su DONGGUAN GONGFU ELECTRONICS CO., LTD.
In qualità di sviluppatore e progettista dedicato, GONGFU Electronics offre soluzioni integrali per fusibili, portafusibili, fusibili automobilistici, fusibili per automobili, fusibili DC, fusibili fotovoltaici e fusibili per accumulo di energia.