Последняя линия защиты в системах хранения энергии: анализ технологии предохранителей постоянного тока

В системах хранения энергии предохранители постоянного тока, как важнейшие защитные компоненты, несут основную ответственность за быстрое прерывание тока повреждения в условиях экстремального короткого-замыкания. Они обеспечивают физическую изоляцию цепи с помощью механизма термического плавкого предохранителя в условиях перегрузки или короткого-замыкания, обеспечивая высокую скорость срабатывания, высокую отключающую способность и высокую структурную надежность. Общий уровень безопасности системы можно значительно повысить, особенно в системах высокого-постоянного тока в сочетании с материалами с высокой-изоляцией, такими как керамика для автомобильных предохранителей постоянного тока.

 

 

 

Типичный предохранитель постоянного тока, накапливающий энергию, состоит из трех частей: плавкого элемента, корпуса и дугогасящей среды. Плавкий элемент обычно изготавливается из материалов на основе серебра или меди-, а положение и время плавления контролируются с помощью конструкции с несколькими-горловинами. Корпус в основном изготовлен из высокопрочных-керамических материалов, таких как 95 % алюминиевая керамика, чтобы выдерживать высокие температуры и механические нагрузки, возникающие в момент плавления. Внутреннее наполнение кварцевым песком используется для быстрого поглощения энергии дуги, обеспечивая эффективное гашение дуги.

 

Когда ток превышает номинальное значение и накапливается до определенной энергии (I²t), плавкий элемент быстро плавится и испаряется, образуя разрыв. Затем электрическая дуга разрывается и гасится под действием кварцевого песка; весь процесс может быть завершен за микросекунды. Подобно конструкции керамической трубки для высоковольтного предохранителя, она эффективно предотвращает повторное возгорание дуги в средах с высоким-напряжением, обеспечивая безопасность системы.

 

 

Предохранители постоянного тока для хранения энергии обычно классифицируются в соответствии со стандартом IEC 60269. В зависимости от отключающей способности и сценария применения их можно разделить на типы gG, aR, gR и gPV. Среди них типы gR и gG подходят для защиты аккумуляторных батарей и шин, а тип aR в основном используется для защиты силовых полупроводниковых приборов.

 

В системах постоянного-высокого напряжения структурная стабильность предохранителей во многом зависит от керамического изолятора, такого как керамический корпус предохранителя для защиты от перегрузки и короткого замыкания. Этот изолятор не только обеспечивает механическую поддержку, но также играет решающую роль в электрической изоляции, образуя важную основу для достижения высокой отключающей способности.

 

 

В зависимости от конструктивной формы предохранители постоянного тока для накопления энергии в основном делятся на три категории: круглые, кубовидные и плоские.

 

В предохранителях с круглой трубкой в ​​основном используется керамическая трубчатая конструкция, такая как керамическая трубка для предохранителей постоянного тока EV, подходящая для стандартизированных сценариев применения; Предохранители кубовидного типа фиксируются болтами и подходят для сильноточных систем высокого напряжения. В их внутренней структуре обычно используется керамическая оболочка высокой-плотности для улучшения рассеивания тепла и механической прочности.

 

Плавкие предохранители плоского типа (ножевого типа) в основном используются внутри аккумуляторных модулей. Их конструкция небольшой-высоты обеспечивает компактную компоновку. В некоторых высокоинтегрированных системах предохранители также могут быть интегрированы в высоковольтные коробки в виде модульных блоков. Керамические конструкционные компоненты, такие как керамический корпус плавкой вставки, обеспечивают изоляционные характеристики, а также обеспечивают компактность и надежность конструкции.

 

 

Производительность предохранителя постоянного тока в основном определяется такими параметрами, как интеграл Джоуля (I²t), номинальное напряжение, номинальный ток и отключающая способность. I²t отражает энергетическую выдержку предохранителя и является ключевым показателем для предотвращения неисправностей. Номинальное напряжение должно соответствовать уровню напряжения системы, чтобы предотвратить повторное возгорание дуги после перегорания предохранителя.

 

В условиях эксплуатации при высоких-температурах стабильность керамических материалов особенно важна. Например, изолирующий электрический стеатитовый керамический корпус обладает превосходной термостойкостью и изоляционными свойствами, обеспечивая долгосрочную-стабильную работу предохранителя при температуре выше 50 градусов. Одновременно отключающая способность должна покрывать максимальный ток короткого-замыкания системы; в настоящее время в основных системах хранения энергии обычно используются изделия с отключающей способностью 100 кА и выше.

 

 

В системах хранения энергии предохранители постоянного тока в основном размещаются в ключевых узлах, таких как положительная клемма аккумуляторных блоков, шина и сторона постоянного тока PCS. На стороне аккумуляторного кластера они используются для изоляции отдельных-сбоев кластера; со стороны шин они обеспечивают защиту на уровне системы-; а со стороны PCS они защищают силовые устройства, такие как IGBT.

 

Различные места применения требуют разных структурных решений. Например, в сценариях интеграции электромобилей и накопителей энергии керамические предохранители для электромобилей и гибридных транспортных средств часто используются в качестве изоляционного материала сердечника для удовлетворения требований надежности в условиях высокой вибрации, высоких температур и высокого напряжения.

 

 

 

Выбор предохранителя требует всестороннего учета соответствия напряжения, тока, координации I²t и отключающей способности. Номинальный ток обычно выбирается в 1,2–1,5 раза больше максимального рабочего тока системы, при этом также учитывается температурное снижение номинальных характеристик. Более того, в много-системах защиты должна быть обеспечена выборочная координация, то есть предохранители более низкого-уровня должны срабатывать в первую очередь.

 

Что касается выбора конструкции, в системах высокого-напряжения рекомендуется использовать кубовидную структуру в сочетании с высокопрочными-керамическими материалами, такими как глиноземная керамика для предохранителей Bolted Connect EV, чтобы обеспечить превосходную механическую стабильность и изоляционные характеристики при сильных скачках тока.

 

 

По мере развития систем хранения энергии в направлении более высоких уровней напряжения (выше 1500 В) предъявляются более высокие требования к дугогасительной способности и характеристикам материалов предохранителей. Будущие продукты будут развиваться в сторону более высокой отключающей способности, миниатюризации и интеллекта, таких как интеграция функций индикации предохранителей и дистанционного мониторинга.

 

На уровне материалов применение керамики из глинозема высокой-чистоты и композитных керамических структур еще больше повысит производительность. Такие конструкции, как керамическая трубка для плавкой вставки зарядного устройства для электромобилей и керамический корпус для серии с плавкими предохранителями, постепенно становятся основными решениями в области защиты высокого-постоянного тока.
 

 

 

Работа предохранителей постоянного тока, являющихся основным устройством защиты в системах хранения энергии, напрямую влияет на безопасность и стабильность системы. В связи с быстрым развитием электромобилей и индустрии хранения энергии спрос на структурные компоненты предохранителей с высокой надежностью и высокими изоляционными характеристиками продолжает расти.

 

Ориентируясь на эту тенденцию, мы концентрируемся на исследованиях, разработках и производстве высокоэффективных керамических конструкционных компонентов, предлагая решения для нескольких серий продуктов, в том числеКерамический корпус EV Fuse, керамический корпус для предохранителя электромобиля и керамический корпус для вспомогательного предохранителя электромобиля. Используя развитую технологию глиноземной керамики и возможности прецизионного производства, он может обеспечить стабильную и надежную изоляцию и структурную поддержку высоковольтных предохранителей постоянного тока, отвечающих строгим требованиям применения новых источников энергии, электромобилей и систем хранения энергии.