Остання лінія захисту в системах зберігання енергії: аналіз технології запобіжників постійного струму

У системах накопичення енергії запобіжники постійного струму, як критичні захисні компоненти, несуть основну відповідальність за швидке переривання струму замикання в умовах екстремального-замикання. Вони досягають фізичної ізоляції ланцюга за допомогою механізму термічного заплавлення плавкого елемента в умовах перевантаження або короткого -замикання, характеризуючись швидкою швидкістю відгуку, високою відключаючою здатністю та високою структурною надійністю. Особливо в системах постійного струму високої-напруги, у поєднанні з високоякісними-ізоляційними матеріалами, такими як кераміка для автомобільних запобіжників постійного струму, загальний рівень безпеки системи можна значно покращити.

 

 

 

Типовий запобіжник постійного струму, що накопичує енергію, складається з трьох частин: плавкого елемента, корпусу та дугогасного-засобу. Плавкий елемент зазвичай виготовляється зі срібних або мідних -матеріалів, а положення та час плавлення контролюються за допомогою конструкції з кількома-шийками. Корпус здебільшого виготовлено з -високоміцних керамічних матеріалів, наприклад алюмінієвої кераміки на 95%, щоб витримувати високу температуру та механічні навантаження, що виникають під час плавлення. Внутрішнє наповнення з кварцового піску використовується для швидкого поглинання енергії дуги, що забезпечує ефективне гасіння дуги.

 

Коли струм перевищує номінальне значення та накопичується до певної енергії (I²t), плавкий елемент швидко плавиться та випаровується з утворенням розриву. Потім електрична дуга розривається і гаситься під дією кварцового піску; весь процес можна завершити за мікросекунди. Подібно до структурної конструкції керамічної трубки для запобіжника високої напруги, це ефективно запобігає повторному запалюванню дуги в середовищах високої -напруги, забезпечуючи безпеку системи.

 

 

Запобіжники постійного струму для зберігання енергії зазвичай класифікуються відповідно до стандарту IEC 60269. Залежно від відключаючої здатності та сценарію застосування їх можна розділити на типи gG, aR, gR та gPV. Серед них типи gR і gG підходять для захисту кластерів батарей і шин, тоді як тип aR в основному використовується для захисту силових напівпровідників.

 

У високо{0}}системах постійного струму стабільність конструкції запобіжників значною мірою залежить від керамічного ізолятора, наприклад керамічного корпусу для захисту від перевантаження та короткого замикання. Цей ізолятор не тільки забезпечує механічну підтримку, але й відіграє вирішальну роль в електричній ізоляції, створюючи важливу основу для досягнення високої відключаючої здатності.

 

 

За структурною формою накопичувальні запобіжники постійного струму поділяються на три категорії: круглі трубчасті, прямокутні та пласкі.

 

Запобіжники з круглою трубкою здебільшого використовують структуру керамічної трубки, таку як керамічна трубка для запобіжника постійного струму EV, яка підходить для стандартизованих сценаріїв застосування; запобіжники прямокутного типу фіксуються болтами та підходять для систем сильного струму та високої напруги. У їхній внутрішній структурі зазвичай використовується керамічна оболонка високої-щільності для покращення розсіювання тепла та механічної міцності.

 

Плоскі запобіжники (лопатевого типу) в основному використовуються всередині акумуляторних модулів. Їх низька-висота конструкції сприяє компактному плануванню. У деяких високоінтегрованих системах запобіжники також можуть бути інтегровані в коробки високої-напруги як модульні одиниці. Керамічні структурні компоненти, такі як керамічний корпус для запобіжників, забезпечують ефективність ізоляції, а також враховують структурну компактність і надійність.

 

 

Продуктивність запобіжника постійного струму в основному визначається такими параметрами, як інтеграл Джоуля (I²t), номінальна напруга, номінальний струм і відключаюча здатність. I²t відображає здатність витримувати енергію запобіжника та є ключовим показником для запобігання несправностям. Номінальна напруга має відповідати рівню напруги системи, щоб запобігти повторному запалюванню дуги після перегорання запобіжника.

 

Стійкість керамічних матеріалів особливо важлива в -високотемпературному робочому середовищі. Наприклад, ізоляційний електричний стеатитовий керамічний плавлений корпус має чудову термостійкість та ізоляційні властивості, забезпечуючи довго-стабільну роботу запобіжника в середовищах вище 50 градусів. Одночасно відключаюча здатність повинна покривати максимальний струм короткого замикання системи; в даний час в основних системах накопичення енергії зазвичай використовуються продукти з відключаючою здатністю 100 кА і вище.

 

 

У системах накопичення енергії запобіжники постійного струму в основному розміщуються на ключових вузлах, таких як плюсова клема акумуляторних батарей, шина та сторона постійного струму PCS. На стороні акумуляторного кластера вони використовуються для ізоляції окремих-несправностей кластера; на стороні збірної шини вони забезпечують-захист на рівні системи; а з боку PCS вони захищають силові пристрої, такі як IGBT.

 

Різні місця застосування вимагають різних структурних конструкцій. Наприклад, у сценаріях інтеграції електромобілів і накопичувачів енергії керамічні запобіжники для електричних і гібридних автомобілів часто використовуються як основний ізоляційний матеріал, щоб відповідати вимогам надійності в умовах високої вібрації, високої температури та високої напруги.

 

 

 

Вибір запобіжника вимагає комплексного розгляду узгодження напруги, узгодження струму, координації I²t і відключаючої здатності. Номінальний струм, як правило, вибирається як 1,2-1,5 рази більше максимального робочого струму системи, враховуючи також зниження температури. Крім того, у багаторівневих системах захисту має бути забезпечена вибіркова координація, тобто запобіжники нижчого-рівня повинні спрацьовувати першими.

 

Щодо структурного вибору, системам із високою-напругою рекомендується використовувати прямокутну структуру в поєднанні з високо-керамічними матеріалами, такими як глиноземна кераміка для запобіжника Bolted Connect EV, щоб забезпечити чудову механічну стабільність та ефективність ізоляції за високих стрибків струму.

 

 

Оскільки системи зберігання енергії розвиваються до вищих рівнів напруги (вище 1500 В), висуваються вищі вимоги до-гасіння дуги та характеристик матеріалів запобіжників. Майбутні продукти розвиватимуться в напрямку вищої відключаючої здатності, мініатюризації та інтелекту, наприклад інтеграції індикації запобіжників і функцій дистанційного моніторингу.

 

На рівні матеріалів застосування високо{0}}глиноземної кераміки та композитних керамічних структур ще більше покращить продуктивність. Такі конструкції, як керамічна трубка для запобіжника зарядного пристрою електромобіля та керамічний корпус для серії запобіжників із закріпленими болтами, поступово стають основними рішеннями у сфері захисту від високої-напруги постійного струму.
 

 

 

Як пристрій захисту сердечника в системах накопичення енергії, продуктивність запобіжників постійного струму безпосередньо впливає на безпеку та стабільність системи. Зі швидким розвитком індустрії електромобілів і накопичувачів енергії попит на структурні компоненти запобіжників з високою надійністю та високими показниками ізоляції продовжує зростати.

 

Зосереджуючись на цій тенденції, ми зосереджуємося на дослідженні, розробці та виробництві високо-ефективних керамічних конструкційних компонентів, надаючи рішення для багатьох серій продуктів, у тому числіКерамічний корпус EV Fuse, керамічний корпус для запобіжника електромобіля та керамічний корпус для додаткового запобіжника електромобіля. Використовуючи сучасну керамічну технологію з окису алюмінію та можливості точного виробництва, він може забезпечити стабільну та надійну ізоляцію та структурну підтримку для запобіжників постійного струму високої-напруги, відповідаючи суворим вимогам застосування нової енергетики, електромобілів і систем зберігання енергії.