چرا از لوله‌های سرامیکی عایق‌شده در فیوزهای برق{0} ولتاژ بالا استفاده می‌شود؟

همانطور که وسایل نقلیه جدید انرژی به سمت قابلیت‌های-ولتاژ بالا،-جریان بالا و-شارژ سریع{2}} تکامل می‌یابند، سیستم‌های الکتریکی ولتاژ{3}بالای آنها الزامات سخت‌گیری فزاینده‌ای را بر اجزای حفاظت مدار تحمیل می‌کنند. فیوزهای ولتاژ بالا که به عنوان عناصر حفاظتی حیاتی در سیستم‌های باتری، اینورترها و مدارهای{5}توزیع برق با ولتاژ بالا عمل می‌کنند، باید به سرعت جریان‌های خطا را در طول اتصال کوتاه- یا رویدادهای اضافه جریان شدید قطع کنند.

 

در طی این فرآیند، فیوز نه تنها به عنصر داخلی خود برای قطع جریان، بلکه بر عملکرد هماهنگ بدنه لوله عایق، قوس{0}}واسطه خاموش کردن قوس و ساختارهای پایانه برای مدیریت قوس الکتریکی متکی است. در نتیجه، لوله های سرامیکی عایق شده در فیوزهای EV بسیار بیشتر از یک آستین محافظ خارجی ساده است. این یکی از اجزای ساختاری عملکردی حیاتی فیوز{2} ولتاژ بالا است.

 

 

 

لوله سرامیکی عایق شده در فیوزهای EV- همچنین به عنوان بدنه سرامیکی فیوز EV یا لوله سرامیکی آلومینا برای فیوزها شناخته می‌شود-معمولاً در داخل فیوزهای ولتاژ بالا{2}خودرو نصب می‌شود تا عنصر فیوز و اجزای داخلی مربوطه را در خود جای دهد. در شرایط عملیاتی عادی، لوله سرامیکی باید عایق الکتریکی پایداری را برای قطعات رسانای داخلی فراهم کند و در عین حال مقاومت مکانیکی کافی را حفظ کند. هنگامی که یک اتصال کوتاه یا جریان اضافه شدید در سیستم ولتاژ بالا{5} یک وسیله نقلیه انرژی جدید رخ می دهد، عنصر فیوز ذوب می شود و مدار را می شکند. این فرآیند می‌تواند قوس الکتریکی-در دمای بالا ایجاد کند. لوله سرامیکی باید از نظر ساختاری در این محیط مستعد در دمای-بالا و قوس{9}} پایدار بماند و در ارتباط با قوس داخلی فیوز{10}}برای کمک به کنترل قوس، کار کند.

 

در نتیجه، لوله سرامیکی عایق نقش فعالی در روند وقفه فعلی فیوز دارد. مشخصات محصول برای فیوزهای EV نشان می‌دهد که از لوله‌های سرامیکی آلومینا بالا- برای مقاومت در برابر قرار گرفتن در معرض قوس و دمای بالا استفاده می‌شود و در عین حال به عنوان یک تکیه‌گاه ساختاری برای عنصر فیوز داخلی عمل می‌کند.

 

 

محیط کار فیوزهای ولتاژ بالا-در وسایل نقلیه انرژی جدید به طور قابل توجهی با فیوزهای ولتاژ پایین{1} استاندارد متفاوت است. سیستم‌های باتری نیرو در وسایل نقلیه با انرژی جدید اغلب بر روی پلت‌فرم‌های{3} ولتاژ بالا چند صد ولتی یا بیشتر کار می‌کنند و می‌توانند جریان‌های مدار کوتاه- عظیمی را ارائه دهند. هنگامی که فیوز جریان خطا را قطع می کند، تحت بارهای حرارتی و قوس الکتریکی شدید قرار می گیرد.

 

بنابراین، بدنه لوله فیوز به مقاومت حرارتی بالا، عایق الکتریکی عالی و پایداری مکانیکی نیاز دارد. در حالی که مواد پلاستیکی عایق هستند، مسائلی مانند نرم شدن و تجزیه حرارتی در دمای بسیار بالا و محیط های قوس دار ایجاد می شود. مواد فلزی دارای استحکام مکانیکی بالایی هستند اما رسانای الکتریکی هستند و آنها را برای عملکرد عایق مورد نیاز نامناسب می کند. با این حال، سرامیک‌ها ترکیبی از عایق الکتریکی بالا، مقاومت در برابر حرارت و پایداری مکانیکی بالا را ارائه می‌دهند که آنها را به انتخابی رایج برای عایق‌سازی بدنه‌های لوله در فیوزهای ولتاژ بالا تبدیل می‌کند. مشخصات صنعت اغلب از سرامیک‌های آلومینا با خلوص بالا برای بدنه‌های فیوز EV نام می‌برند و ویژگی‌های عایق بودن،{8}}مقاوم در برابر حرارت و مقاومت در برابر قوس- آن‌ها را برجسته می‌کنند.

 

 

در میان مواد سرامیکی الکتریکی، آلومینا تعادل عالی از خواص را ارائه می دهد. سرامیک‌های آلومینا با خلوص بالا معمولاً مقاومت الکتریکی، استحکام دی الکتریک، مقاومت حرارتی و مقاومت مکانیکی بالایی از خود نشان می‌دهند که آنها را برای اجزای ساختاری که به عایق الکتریکی و پایداری حرارتی نیاز دارند، مناسب می‌سازد. برای یک لوله سرامیکی برای فیوز EV DC، این ماده باید چندین الزام عملکرد را به طور همزمان برآورده کند. اول عایق الکتریکی است: لوله سرامیکی باید از اتصالات الکتریکی ناخواسته بین عناصر رسانای داخلی و اجزای فلزی خارجی جلوگیری کند. دوم مقاومت حرارتی است: در طول فرآیند فیوز، عنصر فیوز به سرعت گرم می شود و قوس الکتریکی ایجاد می کند، که نیاز به لوله سرامیکی برای حفظ یکپارچگی ساختاری خود دارد. سوم عملکرد مکانیکی است: از آنجایی که وسایل نقلیه با انرژی جدید در طول کار طولانی مدت در معرض ارتعاشات جاده، شوک ها و نوسانات دما هستند، لوله سرامیکی داخلی نباید به راحتی ترک بخورد یا بشکند.

 

برخی از محصولات صنعتی از 95% یا 99% سرامیک آلومینا به عنوان سیستم مواد برای بدنه فیوزهای EV ولتاژ بالا استفاده می کنند. فرمولاسیون سرامیکی خاص باید بر اساس ساختار فیوز، ولتاژ نامی، روش خاموش کردن قوس{4}}و فرآیند ساخت انتخاب شود.

 

 

 

این یکی از تفاوت های کلیدی بین لوله های سرامیکی سری EV BS و آستین های عایق استاندارد است. هنگامی که المنت فیوز پاره می شود، مدار فوراً به حالت جریان صفر تبدیل نمی شود. کنترل قوس مخصوصاً برای سیستم‌های{2}}دی سی ولتاژ بالا حیاتی است. سیستم های ولتاژ بالا (NEV) وسایل نقلیه انرژی جدید (NEV) از جریان مستقیم (DC) استفاده می کنند. برخلاف جریان متناوب (AC)، قوس‌های DC به طور طبیعی از یک نقطه-صفر عبور نمی‌کنند. در نتیجه، فیوز باید به طور فعال قوس را از طریق طراحی ساختاری خود و استفاده از رسانه خاموش کننده قوس- کنترل کند.

 

در بسیاری از فیوزهای ولتاژ بالا، داخل لوله سرامیکی با مواد خاموش کننده قوس- مانند ماسه کوارتز پر می شود. هنگامی که عنصر فیوز ذوب می شود و قوس ایجاد می کند، لوله سرامیکی و پرکننده خاموش کننده قوس{3}}با هم کار می کنند تا گرما را جذب کنند، قوس را خنک کنند، و کانال قوس را کنترل کنند. مشخصات فنی فیوزهای EV نشان می‌دهد که ترکیب لوله‌های سرامیکی آلومینا بالا با-ماسه کوارتز با خلوص بالا به عنوان قوس-واسطه خاموش کردن، یک پیکربندی ساختاری رایج برای فیوزهای ولتاژ بالا است.

 

 

سیستم باتری کششی یک وسیله نقلیه با انرژی جدید معمولاً از پایانه‌های مثبت و منفی ولتاژ بالا و همچنین اجزای مختلف اتصال الکتریکی با ولتاژ بالا تشکیل می‌شود. نقص در عایق می تواند منجر به نشت جریان، اتصال کوتاه یا سایر مسائل ایمنی الکتریکی شود.
در نتیجه، لوله های سرامیکی مورد استفاده در فیوزها باید عملکرد عایق پایدار را در کل چرخه عمر محصول حفظ کنند.
پایداری مواد سرامیکی به ویژه زمانی که جزء در معرض حضور همزمان دماهای بالا، رطوبت بالا، ارتعاش و تنش ولتاژ قرار می‌گیرد بسیار حیاتی است.

بنابراین، هنگام تهیه لوله های سرامیکی برای فیوزهای EV، نباید صرفاً روی رنگ و ظاهر تمرکز کرد. همچنین در نظر گرفتن سیستم مواد، خواص دی الکتریک، دقت ابعادی و الزامات تست محصول ضروری است.

 

 

اگرچه سرامیک ها دارای مقاومت حرارتی و خواص عایق عالی هستند، اما خود مواد ذاتا شکننده هستند.
بنابراین، مقاومت مکانیکی و مقاومت در برابر شوک حرارتی برای لوله‌های سرامیکی برای فیوزهای شارژر EV به یک اندازه مهم هستند. وسایل نقلیه در طول کارکرد طولانی مدت در معرض ارتعاشات جاده، شوک های مکانیکی و چرخه دما قرار می گیرند. عیوب داخلی، ترک ها یا ناپایداری ابعادی در لوله سرامیکی می تواند قابلیت اطمینان کل فیوز را به خطر بیندازد.

 

در نتیجه، فرآیند تولید نیاز به کنترل دقیق بر خلوص مواد خام، چگالی شکل‌گیری، کیفیت تف جوشی و کیفیت مراحل فرآوری بعدی دارد. تأیید کیفیت بدنه سرامیکی اغلب شامل آزمایش مقاومت خمشی، مقاومت در برابر چرخه حرارتی و سایر پارامترها است.

 

 

 

لوله‌های سرامیکی نه تنها به‌عنوان عایق، بلکه به‌عنوان محفظه‌ای برای عنصر فیوز و قوس{0}}واسطه خاموش‌کننده نیز عمل می‌کنند. در نتیجه، ابعادی مانند قطر داخلی، قطر خارجی، طول و مشخصات ظاهری انتهایی به طور مستقیم بر مونتاژ نهایی فیوز تأثیر می‌گذارند. قطر داخلی خیلی کوچک می‌تواند از مونتاژ اجزای داخلی جلوگیری کند، در حالی که قطر خیلی بزرگ ممکن است حجم داخلی و ویژگی‌های خاموش کردن قوس{4}}را تغییر دهد. بعلاوه، طول و انتها{6}}ابعاد صورت باید دقیقاً با کلاهک های انتهایی فلزی، پایانه های اتصال و سایر اجزای ساختاری مطابقت داشته باشد.

 

در نتیجه، لوله‌های سرامیکی با ولتاژ بالا برای فیوزهای خودروهای الکتریکی و هیبریدی معمولاً اجزای ساختاری سرامیکی بسیار سفارشی‌شده هستند.

 

 

لوله‌های سرامیکی برای فیوزهای ذخیره‌سازی انرژی عمدتاً برای حفاظت از مدارهای ولتاژ بالا در وسایل نقلیه با انرژی جدید-استفاده می‌شوند. کاربردها عبارتند از مدارهای باتری کششی اصلی، مدارهای ولتاژ بالا کمکی، حفاظت از اینورتر، شارژرهای روی برد (OBC) و سیستم‌های توزیع برق با ولتاژ بالا. برخی از فیوزهای{6}}خودروهای برقی درجه یک از ساختارهای لوله‌ای سرامیکی استفاده می‌کنند که به‌طور خاص برای محافظت از اضافه بار و مدار کوتاه{7} برای وسایل نقلیه الکتریکی و هیبریدی طراحی شده‌اند.

 

همانطور که پلتفرم‌های ولتاژ بالا در وسایل نقلیه انرژی جدید تکامل می‌یابند، لوله‌های سرامیکی باید با درجه‌بندی‌های ولتاژ و جریان بالاتر و همچنین محیط‌های حرارتی سخت‌تر سازگار شوند.

 

 

 

اگرچه محیط‌های عملیاتی برای وسایل نقلیه الکتریکی (EVs) و سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی متفاوت است، اما هر دو شامل حفاظت از مدار DC با ولتاژ بالا-می‌شوند. کلاسترهای باتری، سیستم‌های تبدیل نیرو (PCS) و مدارهای توزیع DC در سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی نیز به حفاظت در برابر جریان اضافه قابل اطمینان نیاز دارند.

 

در نتیجه، لوله‌های سرامیکی طراحی‌شده برای فیوزهای{0}ولتاژ بالا می‌توانند برای سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی جدید، الکترونیک قدرت و زیرساخت‌های شارژ خاص نیز اعمال شوند. این امر کاربرد بازار بدنه سرامیکی فیوز EV را فراتر از صنعت خودرو به تنهایی گسترش می دهد.

 

 

همانطور که وسایل نقلیه انرژی جدید به سمت پلت فرم های 800 ولت و ولتاژ بالاتر حرکت می کنند، الزامات مربوط به مواد عایق، عملکرد خاموش کردن قوس-و ثبات ابعادی در اجزای حفاظت الکتریکی ولتاژ بالا به طور فزاینده ای سخت تر می شود. آیندهلوله های سرامیکی عایق در فیوزهای EVاحتمالاً بر خلوص مواد، دقت ابعاد، مقاومت در برابر شوک حرارتی، قابلیت اطمینان مکانیکی و سازگاری با فرآیندهای مونتاژ خودکار تأکید بیشتری خواهد داشت.

 

برای تولیدکنندگان لوله های سرامیکی، توانایی تولید یک لوله استوانه ای پایه دیگر برای مطابقت با استانداردهای کاربردی کلاس خودرو کافی نیست. فرمولاسیون مواد، فرآیندهای شکل‌دهی، کنترل تف جوشی، ماشینکاری دقیق و قابلیت‌های بازرسی کیفیت به عوامل حیاتی در رقابت محصول تبدیل خواهند شد.

 

لوله‌های سرامیکی عایق‌شده به‌عنوان اجزای عایق و ساختاری حیاتی در فیوزهای ولتاژ{0} بالا برای وسایل نقلیه با انرژی جدید عمل می‌کنند. آنها باید به طور همزمان الزامات عایق الکتریکی، مقاومت در برابر دمای بالا، پشتیبانی مکانیکی و پایداری در محیط‌های مستعد قوس-، کار هماهنگ با عنصر فیوز، قوس-واسطه خاموش کردن قوس، و کلاهک‌های انتهایی فلزی برای قطع جریان‌های خطای ولتاژ بالا را داشته باشند. هم برای تولیدکنندگان فیوزهای الکتریکی و هم برای شرکت‌های خریدار، انتخاب مواد سرامیکی مناسب، مشخصات ابعادی، و فرآیندهای ساخت برای اطمینان از عملکرد پایدار فیوزهای ولتاژ بالا ضروری است.