Perché nei fusibili per veicoli elettrici-ad alta tensione vengono utilizzati tubi ceramici isolati?

Man mano che i nuovi veicoli energetici si evolvono verso capacità di ricarica ad alta-tensione, alta-corrente e-rapida, i loro sistemi elettrici ad alta-tensione impongono requisiti sempre più rigorosi sui componenti di protezione dei circuiti. Fungendo da elementi protettivi critici all'interno di sistemi di batterie, inverter e circuiti di distribuzione dell'alimentazione ad alta-tensione, i fusibili ad alta-tensione devono interrompere rapidamente le correnti di guasto durante eventi di corto-circuito o gravi sovracorrenti.

 

Durante questo processo, il fusibile si affida non solo al suo elemento interno per interrompere la corrente, ma anche all'azione coordinata del corpo del tubo isolante, del mezzo estinguente dell'arco- e delle strutture terminali per gestire l'arco elettrico. Di conseguenza, i tubi ceramici isolati nei fusibili dei veicoli elettrici sono molto più di un semplice manicotto protettivo esterno; è un componente strutturale funzionale vitale del fusibile ad alta-tensione.

 

 

 

Il tubo in ceramica isolato nei fusibili per veicoli elettrici- noto anche come corpo in ceramica per fusibili per veicoli elettrici o tubo in ceramica di allumina per fusibili-viene generalmente installato all'interno dei fusibili ad alta tensione-per automobili per alloggiare l'elemento fusibile e i relativi componenti interni. In condizioni operative normali, il tubo ceramico deve fornire un isolamento elettrico stabile per le parti conduttive interne pur mantenendo una resistenza meccanica sufficiente. Quando si verifica un cortocircuito o una grave sovracorrente nel sistema ad alta-tensione di un veicolo a nuova energia, l'elemento fusibile si scioglie e interrompe il circuito. Questo processo può generare archi elettrici ad alta-temperatura; il tubo in ceramica deve rimanere strutturalmente stabile in questo ambiente ad alta-temperatura e soggetto ad archi-e funzionare in combinazione con il mezzo di estinzione dell'arco interno del fusibile-per aiutare a controllare l'arco.

 

Di conseguenza, il tubo ceramico isolante svolge un ruolo attivo nel processo di interruzione della corrente di guasto del fusibile-. Le specifiche di prodotto per i fusibili per veicoli elettrici indicano che i tubi ceramici ad alto-allumina vengono utilizzati per resistere all'esposizione all'arco e alle alte temperature e allo stesso tempo fungere da supporto strutturale per l'elemento interno del fusibile.

 

 

L'ambiente operativo per i fusibili ad alta-tensione nei veicoli a nuova energia differisce in modo significativo da quello dei fusibili standard a bassa-tensione. I sistemi di batterie di alimentazione nei veicoli a nuova energia spesso funzionano su piattaforme ad alta-tensione di diverse centinaia di volt o più e sono in grado di fornire massicce correnti di cortocircuito-. Quando il fusibile interrompe una corrente di guasto, è soggetto a carichi termici intensi e ad archi elettrici.

 

Pertanto, il corpo del tubo del fusibile richiede un'elevata resistenza al calore, un eccellente isolamento elettrico e stabilità meccanica. Anche se i materiali plastici offrono isolamento, in ambienti con temperature estremamente elevate-e con formazione di archi si verificano problemi quali rammollimento e decomposizione termica. I materiali metallici possiedono un'elevata resistenza meccanica ma sono elettricamente conduttivi, il che li rende inadatti alla funzione di isolamento richiesta. La ceramica, tuttavia, offre una combinazione di elevato isolamento elettrico, resistenza alle alte-temperature e stabilità meccanica superiore, rendendola una scelta comune per isolare i corpi dei tubi nei fusibili ad alta-tensione. Le specifiche del settore citano spesso ceramiche di allumina di elevata-purezza per i corpi dei fusibili dei veicoli elettrici, evidenziandone le proprietà isolanti,-resistenti al calore e-all'arco elettrico.

 

 

Tra i materiali ceramici elettrici, l'allumina offre un eccellente equilibrio di proprietà. Le ceramiche di allumina di elevata-purezza presentano in genere elevata resistività elettrica, rigidità dielettrica, resistenza al calore e resistenza meccanica, rendendole adatte per componenti strutturali che richiedono isolamento elettrico e stabilità termica. Per un tubo in ceramica per un fusibile CC EV, il materiale deve soddisfare più requisiti prestazionali contemporaneamente. Il primo è l'isolamento elettrico: il tubo ceramico deve impedire connessioni elettriche indesiderate tra gli elementi conduttori interni e i componenti metallici esterni. Il secondo è la resistenza al calore: durante il processo di fusione, l'elemento fusibile si riscalda rapidamente e genera un arco elettrico, richiedendo al tubo ceramico di mantenere la sua integrità strutturale. Il terzo riguarda le prestazioni meccaniche: poiché i veicoli a nuova energia sono soggetti a vibrazioni stradali, urti e sbalzi di temperatura durante il funzionamento a lungo-termine, il tubo ceramico interno non deve rompersi o rompersi facilmente.

 

Alcuni prodotti industriali utilizzano ceramica di allumina al 95% o 99% come materiale per i corpi dei fusibili dei veicoli elettrici ad alta-tensione. È necessario selezionare formulazioni ceramiche specifiche in base alla struttura del fusibile, alla tensione nominale, al metodo di estinzione dell'arco-e al processo di produzione.

 

 

 

Questa è una delle differenze principali tra i tubi ceramici per la serie EV BS e i manicotti isolanti standard. Quando l'elemento fusibile si rompe, il circuito non passa istantaneamente a uno stato di corrente zero. Il controllo dell'arco è particolarmente critico per i sistemi CC ad alta-tensione. I sistemi ad alta tensione- dei veicoli a nuova energia (NEV) utilizzano corrente continua (CC); a differenza della corrente alternata (CA), gli archi CC non passano naturalmente attraverso un punto di corrente zero-. Di conseguenza, il fusibile deve controllare attivamente l'arco attraverso la sua progettazione strutturale e l'uso di mezzi di estinzione dell'arco-.

 

In molti fusibili ad alta-tensione, l'interno del tubo ceramico è riempito con materiali estinguenti l'arco-, come la sabbia di quarzo. Quando l'elemento fusibile si scioglie e genera un arco, il tubo in ceramica e il riempitivo estinguente dell'arco-lavorano insieme per assorbire il calore, raffreddare l'arco e controllare il canale dell'arco. Le specifiche tecniche dei fusibili per veicoli elettrici indicano che la combinazione di tubi ceramici ad alto-allumina con sabbia di quarzo ad alta-purezza come mezzo di estinzione dell'arco-è una configurazione strutturale comune per i fusibili automobilistici ad alta-tensione.

 

 

Il sistema di batterie di trazione di un veicolo a nuova energia comprende in genere terminali positivi e negativi ad alta-tensione, nonché vari componenti di collegamento elettrico ad alta-tensione. Un guasto nell'isolamento può portare a perdite di corrente, cortocircuiti o altri problemi di sicurezza elettrica.
Di conseguenza, i tubi in ceramica utilizzati nei fusibili devono mantenere prestazioni di isolamento stabili durante l'intero ciclo di vita del prodotto.
La stabilità del materiale ceramico è particolarmente critica quando il componente è sottoposto alla presenza simultanea di alte temperature, elevata umidità, vibrazioni e sollecitazioni di tensione.

Pertanto, quando si acquistano tubi in ceramica per fusibili per veicoli elettrici, non ci si dovrebbe concentrare esclusivamente sul colore e sull'aspetto; è inoltre essenziale considerare il sistema dei materiali, le proprietà dielettriche, l'accuratezza dimensionale e i requisiti di test del prodotto.

 

 

Sebbene la ceramica possieda eccellenti proprietà di resistenza al calore e isolamento, il materiale stesso è intrinsecamente fragile.
Pertanto, la resistenza meccanica e la resistenza agli shock termici sono ugualmente importanti per i tubi in ceramica per i fusibili dei caricabatterie dei veicoli elettrici. I veicoli sono soggetti a vibrazioni della strada, shock meccanici e variazioni di temperatura durante il funzionamento a lungo-termine. Difetti interni, crepe o instabilità dimensionale nel tubo ceramico possono compromettere l'affidabilità dell'intero fusibile.

 

Di conseguenza, il processo di produzione richiede un controllo rigoroso sulla purezza delle materie prime, sulla densità di formatura, sulla qualità della sinterizzazione e sulla qualità delle successive fasi di lavorazione. La verifica della qualità del corpo ceramico spesso comporta il test della resistenza alla flessione, della resistenza ai cicli termici e altri parametri.

 

 

 

I tubi in ceramica servono non solo come isolanti ma anche come alloggiamenti per l'elemento fusibile e il mezzo di estinzione dell'arco-. Di conseguenza, dimensioni quali diametro interno, diametro esterno, lunghezza e specifiche della faccia- hanno un impatto diretto sull'assemblaggio finale del fusibile. Un diametro interno troppo piccolo può ostacolare l'assemblaggio dei componenti interni, mentre uno troppo grande può alterare il volume interno e le caratteristiche di estinzione dell'arco. Inoltre, le dimensioni della lunghezza e della faccia-dell'estremità devono corrispondere esattamente ai cappucci terminali in metallo, ai terminali di connessione e ad altri componenti strutturali.

 

Di conseguenza, i tubi in ceramica ad alta- tensione per i fusibili dei veicoli elettrici e ibridi sono in genere componenti strutturali in ceramica altamente personalizzati.

 

 

I tubi in ceramica per i fusibili per l'accumulo di energia vengono utilizzati principalmente per la protezione dei circuiti ad alta-tensione nei veicoli a nuova energia. Le applicazioni includono i circuiti principali delle batterie di trazione, i circuiti ausiliari ad alta-tensione, la protezione degli inverter, i-caricabatterie di bordo (OBC) e i sistemi di distribuzione dell'energia ad alta-tensione. Alcuni fusibili per veicoli elettrici-per veicoli elettrici utilizzano già strutture di tubi in ceramica progettate specificamente per fornire protezione da sovraccarico e cortocircuito-per veicoli elettrici e ibridi.

 

Con l'evoluzione delle piattaforme ad alta-tensione nei veicoli a nuova energia, i tubi ceramici devono adattarsi a valori nominali di tensione e corrente più elevati, nonché ad ambienti termici più esigenti.

 

 

 

Sebbene gli ambienti operativi per i veicoli elettrici (EV) e i sistemi di accumulo dell'energia siano diversi, entrambi implicano la protezione del circuito CC ad alta- tensione. Anche i cluster di batterie, i sistemi di conversione di potenza (PCS) e i circuiti di distribuzione CC all’interno dei sistemi di accumulo dell’energia richiedono una protezione affidabile da sovracorrente.

 

Di conseguenza, i tubi in ceramica progettati per fusibili ad alta-tensione possono essere applicati anche a nuovi sistemi di stoccaggio dell'energia, dispositivi elettronici di potenza e determinate infrastrutture di ricarica. Ciò estende l’applicazione di mercato della carrozzeria in ceramica dei fusibili per veicoli elettrici oltre il solo settore automobilistico.

 

 

Man mano che i nuovi veicoli energetici si spostano verso piattaforme a 800 V e a voltaggio superiore, i requisiti relativi ai materiali isolanti, alle prestazioni di estinzione dell'arco-e all'uniformità dimensionale nei componenti di protezione elettrica ad alta-tensione diventeranno sempre più rigorosi. Futurotubi ceramici isolati nei fusibili EVprobabilmente porrà maggiore enfasi sulla purezza dei materiali, sulla precisione dimensionale, sulla resistenza agli shock termici, sull’affidabilità meccanica e sulla compatibilità con i processi di assemblaggio automatizzati.

 

Per i produttori di tubi in ceramica, la capacità di produrre un tubo cilindrico di base non è più sufficiente per soddisfare gli standard applicativi di livello automobilistico-. La formulazione dei materiali, i processi di formatura, il controllo della sinterizzazione, la lavorazione meccanica di precisione e le capacità di ispezione della qualità diventeranno fattori critici per la competitività del prodotto.

 

I tubi ceramici isolati fungono da componenti isolanti e strutturali vitali all'interno dei fusibili ad alta-tensione per i veicoli a nuova energia. Devono soddisfare contemporaneamente i requisiti di isolamento elettrico, resistenza alle alte-temperature, supporto meccanico e stabilità in ambienti soggetti ad archi-, lavorando di concerto con l'elemento fusibile, il mezzo di estinzione dell'arco-e i cappucci terminali in metallo per interrompere le correnti di guasto ad alta-tensione. Sia per i produttori di fusibili per veicoli elettrici che per le aziende acquirenti, la selezione dei materiali ceramici, delle specifiche dimensionali e dei processi di produzione appropriati è fondamentale per garantire il funzionamento stabile dei fusibili ad alta-tensione.