L'ultima linea di difesa nei sistemi di accumulo dell'energia: analisi della tecnologia dei fusibili CC

Nei sistemi di accumulo dell'energia, i fusibili CC, in quanto componenti protettivi critici, hanno la responsabilità principale di interrompere rapidamente la corrente di guasto in condizioni di cortocircuito-estreme. Raggiungono l'isolamento fisico del circuito attraverso il meccanismo di fusione termica dell'elemento fusibile in condizioni di sovraccarico o di cortocircuito-, con velocità di risposta rapida, elevata capacità di interruzione e forte affidabilità strutturale. Soprattutto nei sistemi CC ad alta-tensione, se combinati con materiali ad alto-isolamento come la ceramica per fusibili automobilistici CC, il livello di sicurezza generale del sistema può essere notevolmente migliorato.

 

 

 

Un tipico fusibile CC per l'accumulo di energia è costituito da tre parti: l'elemento fusibile, l'involucro e il mezzo di estinzione dell'arco-. L'elemento fusibile è solitamente realizzato con materiali a base di argento o rame- e la posizione e il tempo di fusione sono controllati attraverso un design a struttura multi-collo. L'involucro è realizzato principalmente con materiali ceramici ad alta-resistenza, come il 95% di alluminio ceramico, per resistere alle alte temperature e allo stress meccanico generato al momento della fusione. Il riempimento interno di sabbia di quarzo viene utilizzato per assorbire rapidamente l'energia dell'arco, ottenendo un'efficace estinzione dell'arco.

 

Quando la corrente supera il valore nominale e si accumula fino ad una certa energia (I²t), l'elemento fusibile si scioglie rapidamente e vaporizza formando una rottura. L'arco elettrico viene poi spezzato ed estinto per azione della sabbia quarzosa; l'intero processo può essere completato in microsecondi. Simile al design strutturale di un tubo in ceramica per un fusibile ad alta tensione, questo previene efficacemente la riaccensione dell'arco in ambienti ad alta-tensione, garantendo la sicurezza del sistema.

 

 

I fusibili CC per l'accumulo di energia sono generalmente classificati secondo lo standard IEC 60269. In base al potere di interruzione e allo scenario applicativo si possono suddividere nelle tipologie gG, aR, gR e gPV. Tra questi, i tipi gR e gG sono adatti per la protezione di cluster di batterie e bus, mentre il tipo aR è utilizzato principalmente per la protezione di semiconduttori di potenza.

 

Nei sistemi CC ad alta-tensione, la stabilità strutturale dei fusibili dipende in larga misura dall'isolante ceramico, come il corpo ceramico per il fusibile di protezione da sovraccarico e cortocircuito. Questo isolante non solo fornisce supporto meccanico ma svolge anche un ruolo cruciale nell'isolamento elettrico, costituendo una base importante per ottenere un elevato potere di interruzione.

 

 

In base alla loro forma strutturale, i fusibili CC per l'accumulo di energia sono principalmente suddivisi in tre categorie: tipo a tubo tondo, tipo cuboide e tipo a piastra piatta.

 

I fusibili a tubo tondo utilizzano principalmente una struttura a tubo ceramico, come il tubo ceramico per fusibile DC EV, adatto a scenari applicativi standardizzati; I fusibili di tipo cuboide sono fissati con bulloni e sono adatti per sistemi ad alta corrente e alta tensione. La loro struttura interna utilizza in genere un guscio ceramico ad alta-densità per migliorare la dissipazione del calore e la resistenza meccanica.

 

I fusibili a piastra piatta (a lama) vengono utilizzati principalmente all'interno dei moduli batteria. La loro struttura-di altezza ridotta facilita un layout compatto. In alcuni sistemi altamente integrati, i fusibili possono anche essere integrati con scatole ad alta-tensione come unità modulari. I componenti strutturali in ceramica, come l'involucro in ceramica per il collegamento del fusibile, garantiscono prestazioni di isolamento considerando anche la compattezza e l'affidabilità strutturale.

 

 

Le prestazioni di un fusibile CC sono determinate principalmente da parametri quali l'integrale di Joule (I²t), la tensione nominale, la corrente nominale e il potere di interruzione. I²t riflette la capacità di resistenza energetica di un fusibile ed è un indicatore chiave per prevenire malfunzionamenti. La tensione nominale deve corrispondere al livello di tensione del sistema per evitare la riaccensione dell'arco dopo che il fusibile è bruciato.

 

Negli ambienti operativi ad alta-temperatura, la stabilità dei materiali ceramici è particolarmente importante. Ad esempio, il corpo fuso in ceramica steatite elettrica isolante possiede eccellenti proprietà di resistenza al calore e isolamento, garantendo un funzionamento stabile a lungo-termine del fusibile in ambienti con temperatura superiore a 50 gradi. Allo stesso tempo, il potere di interruzione deve coprire la corrente di cortocircuito massima del sistema; attualmente, i principali sistemi di accumulo dell'energia utilizzano comunemente prodotti con un potere di interruzione di 100 kA e superiore.

 

 

Nei sistemi di accumulo dell'energia, i fusibili CC sono posizionati principalmente nei nodi chiave come il terminale positivo dei gruppi batteria, la sbarra collettrice e il lato CC del PCS. Sul lato del cluster di batterie, vengono utilizzati per isolare i guasti del singolo-cluster; sul lato sbarre, forniscono protezione a livello di sistema-; e dal lato PCS, proteggono i dispositivi di potenza come gli IGBT.

 

Luoghi di applicazione diversi richiedono progetti strutturali diversi. Ad esempio, negli scenari di integrazione dei veicoli elettrici e dello stoccaggio dell'energia, i fusibili in ceramica per veicoli elettrici e ibridi vengono spesso utilizzati come materiale isolante del nucleo per soddisfare i requisiti di affidabilità in ambienti ad alte vibrazioni, alta temperatura e alta tensione.

 

 

 

La scelta del fusibile richiede una considerazione completa dell'adattamento della tensione, dell'adattamento della corrente, del coordinamento I²t e del potere di interruzione. La corrente nominale viene generalmente selezionata tra 1,2 e 1,5 volte la corrente operativa massima del sistema, considerando anche il declassamento della temperatura. Inoltre, nei sistemi di protezione multi-livello, dovrebbe essere garantito un coordinamento selettivo, il che significa che i fusibili-di livello inferiore dovrebbero intervenire per primi.

 

Per quanto riguarda la selezione strutturale, si consiglia ai sistemi ad alta-tensione di utilizzare una struttura cuboide combinata con materiali ceramici ad alta-resistenza come la ceramica di allumina per Bolted Connect EV Fuse per garantire un'eccellente stabilità meccanica e prestazioni di isolamento in caso di picchi di corrente elevati.

 

 

Man mano che i sistemi di accumulo dell'energia si sviluppano verso livelli di tensione più elevati (superiori a 1500 V), vengono imposti requisiti più elevati sulla capacità di estinzione dell'arco-e sulle prestazioni dei materiali dei fusibili. I prodotti futuri si evolveranno verso un potere di interruzione, una miniaturizzazione e un'intelligenza più elevati, come l'integrazione dell'indicazione dei fusibili e delle funzioni di monitoraggio remoto.

 

A livello dei materiali, l'applicazione di ceramiche di allumina ad elevata-purezza e di strutture ceramiche composite migliorerà ulteriormente le prestazioni. Strutture come il tubo in ceramica per il collegamento con fusibile del caricatore di veicoli elettrici e il corpo in ceramica per la serie con fusibile imbullonato stanno gradualmente diventando soluzioni tradizionali nel campo della protezione CC ad alta-tensione.
 

 

 

In quanto dispositivo di protezione del nucleo nei sistemi di accumulo dell'energia, le prestazioni dei fusibili CC influiscono direttamente sulla sicurezza e sulla stabilità del sistema. Con il rapido sviluppo del settore dei veicoli elettrici e dello stoccaggio dell'energia, la domanda di componenti strutturali di fusibili con elevata affidabilità ed elevate prestazioni di isolamento continua a crescere.

 

Focalizzandosi su questa tendenza, ci concentriamo sulla ricerca, sviluppo e produzione di componenti strutturali in ceramica ad alte-prestazioni, fornendo molteplici soluzioni di serie di prodotti, tra cuiCorpo in ceramica con fusibile EV, corpo in ceramica per fusibile EV e corpo in ceramica per fusibile ausiliario per veicolo elettrico. Sfruttando la tecnologia matura della ceramica di allumina e le capacità di produzione di precisione, può fornire isolamento stabile e affidabile e supporto strutturale per fusibili CC ad alta-tensione, soddisfacendo i rigorosi requisiti applicativi di nuova energia, veicoli elettrici e sistemi di stoccaggio dell'energia.