Bezpiecznik jest ważnym elementem dystrybucji wysokiego napięcia w pojazdach nowej generacji, który odgrywa ważną rolę w izolowaniu i eliminowaniu zwarć w obwodzie wysokiego napięcia pojazdów elektrycznych. W artykule przeanalizowano podstawowe cechy i koncepcję konstrukcyjną bezpieczników wysokiego napięcia stosowanych w pojazdach, aby poszerzyć możliwości producentów samochodów, producentów akumulatorów i układów sterowania elektrycznego w zakresie doboru odpowiednich bezpieczników EV.
W pojazdach nowych źródeł energii, w tym czysto elektrycznych i hybrydowych, elementy zabezpieczające obwody, czyli bezpieczniki, są ważniejsze niż kiedykolwiek wcześniej. Łączne zastosowanie bezpieczników niskonapięciowych-i układów elektrycznych pojazdu stwarza większe wymagania w stosunku do bezpieczników.
Charakterystyki tradycyjnych elektronicznych bezpieczników mocy są objęte normą północnoamerykańską serii UL248 lub serią IEC60127/60269 i nie ma wymagań dotyczących niezawodności bezpieczników. Tradycyjne bezpieczniki samochodowe, zdefiniowane w normie serii ISO8820, definiują wymagania dotyczące dopasowania i niezawodności wiązek przewodów samochodowych, ale ich napięcie znamionowe obejmuje tylko 32VDC i mniej (nowa norma ISO8820-7/8 definiuje bezpieczniki do ogniw paliwowych i pojazdów hybrydowych, również tylko do 450VDC i IR2000A).
Obecnie napięcie robocze samochodów osobowych wynosi na ogół ponad 370 V, a autobusów ponad 576 V, czyli znacznie więcej niż 12 V/24 V tradycyjnych komponentów elektrycznych samochodów. Tak wysokie napięcie na platformie roboczej wymaga, aby bezpieczniki EV/HEV charakteryzowały się zarówno dużą zdolnością wyłączania bezpieczników niskonapięciowych, jak i wysoką niezawodnością bezpieczników samochodowych. W poniższym artykule dokonana zostanie analiza bezpiecznika stosowanego w pojazdach nowych źródeł energii oraz eksploracja jego koncepcji konstrukcyjnej i kierunków rozwoju technicznego.
Kluczowe parametry bezpiecznika
W porównaniu z innymi elementami ochrony obwodów, takimi jak PTC (złożony skład chemiczny), wyłącznik automatyczny (złożone części ruchome) itp., bezpieczniki można uznać za dość proste elementy: w przypadku bezpieczników niskiego-napięcia tylko stop (rdzeń bezpiecznika), korpus rurki izolacyjnej, zaciski zasilania i piasek kwarcowy do gaszenia łuku. Dzięki prostej konstrukcji bezpiecznik może osiągnąć zarówno wysoką niezawodność, jak i niski koszt.
Oczywiście nawet proste komponenty mają swoje własne trudności i wyzwania projektowe. Kluczowe parametry bezpiecznika EV opisano pokrótce w następujący sposób:
1: Napięcie znamionowe
Napięcie platformy roboczej pojazdów elektrycznych nowej energii jest wysokie. Napięcie robocze samochodów osobowych wynosi na ogół ponad 370 V, a autobusu będzie ponad 576 V. Napięcie znamionowe odpowiednich bezpieczników musi wynosić odpowiednio 500 V i 700 V.
Jednocześnie charakterystyka zasilania akumulatorowego, wyjściowy prąd BEZPOŚREDNI o wysokim napięciu jest całkowicie różny od mocy prądu przemiennego poprzedniej dystrybucji przemysłowej, zdolność bezpiecznika do gaszenia łuku prądu stałego jest wysoka, należy unikać błędu przy wyborze tradycyjnego przemysłowego szybkiego topienia prądu przemiennego.
2.: Zdolność łamania
Norma dotycząca bezpiecznika niskonapięciowego (GB13539.5.3.1) podaje, że typowy-prąd zwarciowy jest 10-krotnością prądu znamionowego bezpiecznika i prądu powyżej, a prąd przeciążenia jest poniżej 10-krotności. W wielu przypadkach klienci przywiązują zbyt dużą wagę do wskaźnika maksymalnej zdolności wyłączania bezpiecznika (I1), a ignorują krótkie czasy wyłączania (I2a i I5). Jednak w praktyce często kończy się to niepowodzeniem w przypadku małej-oddzielności. Zwłaszcza przy napięciu stałym, ponieważ prąd/napięcie nie przekracza zera, zdolność bezpiecznika do gaszenia łuku jest bardzo wysoka. Nawet bezpieczniki typu ar są używane głównie do-zabezpieczenia przed zwarciem, ale w praktyce, ze względu na niepewność dotyczącą pojemności akumulatora, SOC i stanu punktu-zwarcia, rzeczywisty-prąd zwarciowy może wynosić 1500–10000 A lub nawet więcej.
3:Zdolność przeciw-przepięciom
Dla producenta zestawu akumulatorów, aby bez zbytniej uwagi włączyć zabezpieczenie przeciwprzepięciowe, ale dla producentów OEM lub PDU, co jest krytyczne, zwłaszcza odgałęzienie sprężarki klimatyzacji lub pomocnicze części silnika, ta część często prowadzi do utraty funkcji modułów związanych z przypadkowym działaniem bezpiecznika. Awaria ta nie powoduje znaczącej przerwy w dostawie prądu, ale może znacząco pogorszyć doświadczenie klienta.
W przypadku PTC/sprężarki klimatyzacji/wspomagania kierownicy i innych modułów pomocniczych (maszyny pomocnicze) ze względu na złożoną konstrukcję obwodów nieuniknione jest wystąpienie prądu przejściowego spowodowanego uruchomieniem/włączeniem-wyłączeniem itp. Obecnie mamy nadzieję, że bezpiecznik wytrzyma przepięcie bez odłączania modułu od systemu z powodu wczesnego działania.
Obecnie producenci sterowników elektronicznych/PDU najczęściej wybierają szybkotopliwe typu aR. Aby wytrzymać prąd udarowy, często wybiera się bezpieczniki o wyższym prądzie znamionowym, które rezygnują z niskiej zdolności ochrony przed przeciążeniem.
Poniższa tabela przedstawia porównanie czasu-łuku przedniego przy tym samym napięciu/prądzie pomiędzy urządzeniami elektronicznymi BO TOMahawk i marką B (uwaga: im dłuższy-czas łuku przedniego, im większy-łuk przedni I2T, tym silniejsza-zdolność przeciwprzepięciowa)
4: Wymagania dotyczące niezawodności
Czerpiąc korzyści z rozwoju HEV przez 20 lat, firma JASO wydała normę FUSE D622 dla HEV, która określa wymagania niezawodności, jakie musi spełniać bezpiecznik.
Chociaż bezpieczniki czysto elektryczne nie mogą w pełni skopiować tego standardu (takiego jak odporność na olej smarowy oraz wymagania dotyczące stosunkowo niskiego napięcia i zdolności wyłączania), niezawodność może być w pełni zgodna z tym dojrzałym standardem:
Oprócz kilku kluczowych wskaźników wymienionych powyżej, na powierzchni nie są widoczne pewne czynniki, takie jak materiał rury to włókno szklane + żywica lub ceramiczne materiały kompozytowe, korpus pojedynczej rury lub korpus dwóch rur równolegle, lub dlaczego powierzchnia poszycia części metalowych, a nawet utwardzanie bezpiecznika wewnątrz piasku kwarcowego, czy klienci nie powinni zwracać uwagi na kluczowe czynniki. Kluczem jest to, czy producent bezpiecznika może zapewnić, że produkt spełnia podstawowe właściwości elektryczne (takie jak zdolność wyłączania prądu stałego o małej i dużej mocy) oraz wymagania dotyczące niezawodności.