La capacitat de ruptura i la velocitat de resposta dels fusibles dels vehicles elèctrics són de vital importància. Afecten directament la seguretat del vehicle en cas de fallada, l'efecte de protecció de l'equip i l'estabilitat del sistema.
I. La importància de la capacitat d'extinció d'arc-
La capacitat d'extinció d'arc-es refereix a la capacitat màxima d'un fusible per tallar el corrent de falla quan hi ha un curtcircuit o una sobrecàrrega. Normalment es mesura en kiloamperis (kA). El corrent de curt-circuit del sistema d'alta-tensió dels vehicles elèctrics (com ara paquets de bateries, controladors de motor) pot arribar a diversos milers o fins i tot desenes de milers d'amperes. Si la capacitat d'extinció d'arc-del fusible és insuficient, es poden produir les conseqüències següents:
Risc de danys a l'equip
L'enorme calor generada pel corrent de curt{0}}circuit pot destruir instantàniament components elèctrics (com ara bobinatges del motor, dispositius semiconductors de potència) i fins i tot desencadenar fallades de la cadena.
L'arc de corrent continu d'alta tensió-no té un punt de pas natural de zero-, i la seva extinció és molt més difícil que la del corrent altern. Si la capacitat de ruptura del fusible és insuficient, l'arc pot continuar cremant, encendre el cablejat circumdant o els materials d'aïllament, provocant un incendi del vehicle.
Paràlisi del sistema
Un cop esclati el fusible, cal substituir-lo. Si la capacitat de ruptura és insuficient, provocant l'explosió del fusible o danys a altres components, el cost i el temps de reparació augmentaran significativament i fins i tot afectaran la seguretat general del vehicle.
Requisits de la indústria:
Els fusibles dels vehicles elèctrics han de complir les normes internacionals. Normalment, la capacitat de trencament ha de ser superior a 5 kA - 20kA per cobrir escenaris d'error extrems.
II. La importància de la velocitat de resposta
La velocitat de resposta es refereix al temps que triga un fusible a detectar una sobreintensitat i tallar completament el circuit, normalment mesurat en mil·lisegons (ms). El sistema d'alta tensió-de vehicles elèctrics té uns requisits extremadament elevats de velocitat de resposta, pels motius següents:
Evitar danys tèrmics a l'equip
El temps de resistència a la calor dels components elèctrics (com ara mòduls IGBT, bobinatges del motor) és limitat. Per exemple, els bobinatges del motor poden assolir la temperatura danyada en només 10 ms sota corrent de curt-circuit. Si la resposta del fusible és massa lenta, és possible que l'equip hagi estat danyat permanentment.
Suprimir l'energia de l'arc
L'energia d'un arc de corrent continu és proporcional al quadrat del corrent i el temps. El tall ràpid del corrent pot reduir significativament l'energia de l'arc i reduir el risc d'incendi.
Mantenir l'estabilitat del sistema
El sistema de gestió de la bateria (BMS) i la unitat de control del motor (MCU) dels vehicles elèctrics necessiten controlar el corrent en temps real. Si el fusible respon massa lentament, el corrent d'avaria pot activar altres dispositius de protecció (com la desconnexió del contactor), provocant un mal funcionament del sistema o un accident.
Requisits de la indústria:
El temps de resposta dels-fusibles d'alt rendiment normalment es controla en 1 ms - 5 ms. Alguns fusibles actius o intel·ligents es poden escurçar encara més fins al nivell de 0,1 ms.
III. Efecte sinèrgic de la capacitat de ruptura i la velocitat de resposta
Escenaris d'aplicació típics
Protecció contra curtcircuits del paquet de bateries: el fusible ha de tallar els corrents superiors a 10 kA en 3 ms per evitar la fuga tèrmica de la bateria.
Protecció del sistema de càrrega: la interfície de càrrega ràpida requereix que el fusible trenqui el corrent de 5 kA en 5 ms per evitar danys a l'estació de càrrega o al mòdul de càrrega del vehicle.
Protecció del controlador del motor: el fusible ha de funcionar conjuntament amb el contactor per tallar el corrent de falla en 1 ms per evitar que el mòdul IGBT es cremi.
Reptes tècnics
Dificultat per trencar DC: els arcs DC no tenen zero-punt d'encreuament, de manera que calen dissenys especials (com ara bufat magnètic, farciment de sorra) per accelerar l'extinció de l'arc.
Equilibri entre la velocitat de resposta i la vida útil: la resposta ràpida pot escurçar la vida útil del fusible, de manera que cal optimitzar el material (com ara aliatges de punt de fusió-de baix-) i millorar l'estructura (com ara el disparador bimetàl·lic) per aconseguir un equilibri.
