Por que tubos cerâmicos isolados são usados ​​em fusíveis EV de alta-tensão?

À medida que os novos veículos de energia evoluem em direção a capacidades de alta-tensão, alta-corrente e carregamento rápido-, seus sistemas elétricos de alta-tensão impõem requisitos cada vez mais rigorosos aos componentes de proteção de circuito. Servindo como elementos de proteção críticos em sistemas de baterias, inversores e circuitos de distribuição de energia de alta-tensão, os fusíveis de alta-tensão devem interromper rapidamente as correntes de falha durante curtos-circuitos ou eventos de sobrecorrente graves.

 

Durante esse processo, o fusível depende não apenas de seu elemento interno para interromper a corrente, mas também da ação coordenada do corpo do tubo isolante, do meio-extintor de arco e das estruturas terminais para gerenciar o arco elétrico. Conseqüentemente, os tubos cerâmicos isolados nos fusíveis EV são muito mais do que uma simples capa protetora externa; é um componente estrutural funcional vital do fusível de alta-tensão.

 

 

 

O tubo cerâmico isolado em fusíveis EV- também conhecido como corpo cerâmico de fusível EV ou tubo cerâmico de alumina para fusíveis-normalmente é instalado dentro de fusíveis automotivos de alta-tensão para alojar o elemento fusível e os componentes internos relacionados. Sob condições normais de operação, o tubo cerâmico deve fornecer isolamento elétrico estável para peças condutoras internas, mantendo resistência mecânica suficiente. Quando ocorre um curto-circuito ou sobrecorrente grave no sistema de alta-tensão de um veículo de energia nova, o elemento fusível derrete e interrompe o circuito. Este processo pode gerar arcos elétricos-de alta temperatura; o tubo de cerâmica deve permanecer estruturalmente estável neste ambiente de alta-temperatura e-propenso a arco e trabalhar em conjunto com o meio de extinção de arco-interno do fusível para ajudar a controlar o arco.

 

Conseqüentemente, o tubo cerâmico isolante desempenha um papel ativo no processo de interrupção da corrente de falta-do fusível. As especificações do produto para fusíveis EV indicam que tubos cerâmicos de alta-alumina são usados ​​para resistir à exposição ao arco e a altas temperaturas, ao mesmo tempo que servem como suporte estrutural para o elemento fusível interno.

 

 

O ambiente operacional para fusíveis de alta-tensão em veículos de energia nova difere significativamente daquele dos fusíveis padrão de baixa-tensão. Os sistemas de baterias de energia em veículos de energia nova geralmente operam em plataformas de alta-tensão de várias centenas de volts ou mais e são capazes de fornecer enormes correntes de-curto-circuito. Quando o fusível interrompe uma corrente de falta, ele fica sujeito a intensas cargas térmicas e arcos.

 

Portanto, o corpo do tubo fusível requer alta resistência ao calor, excelente isolamento elétrico e estabilidade mecânica. Embora os materiais plásticos ofereçam isolamento, problemas como amolecimento e decomposição térmica surgem em ambientes com temperaturas extremamente altas-e arcos elétricos. Os materiais metálicos possuem alta resistência mecânica, mas são eletricamente condutores, tornando-os inadequados para a função de isolamento necessária. A cerâmica, no entanto, oferece uma combinação de alto isolamento elétrico, alta-resistência à temperatura e estabilidade mecânica superior, tornando-a uma escolha comum para isolar corpos de tubos em fusíveis de alta-tensão. As especificações do setor frequentemente citam cerâmicas de alumina de alta-pureza para corpos de fusíveis de veículos elétricos, destacando suas propriedades isolantes,-resistentes ao calor e-resistentes ao arco.

 

 

Entre os materiais cerâmicos elétricos, a alumina oferece um excelente equilíbrio de propriedades. Cerâmicas de alumina de alta-pureza geralmente exibem alta resistividade elétrica, rigidez dielétrica, resistência ao calor e resistência mecânica, o que as torna adequadas para componentes estruturais que exigem isolamento elétrico e estabilidade térmica. Para um tubo cerâmico para um fusível EV DC, o material deve atender a vários requisitos de desempenho simultaneamente. O primeiro é o isolamento elétrico: o tubo cerâmico deve evitar conexões elétricas indesejadas entre os elementos condutores internos e os componentes metálicos externos. Em segundo lugar está a resistência ao calor: durante o processo de fusão, o elemento fusível aquece rapidamente e gera um arco elétrico, exigindo que o tubo cerâmico mantenha sua integridade estrutural. O terceiro é o desempenho mecânico: como os veículos de nova energia estão sujeitos a vibrações, choques e flutuações de temperatura durante a operação de longo-prazo, o tubo cerâmico interno não deve rachar ou quebrar facilmente.

 

Alguns produtos da indústria utilizam cerâmica de alumina com 95% ou 99% como sistema de material para corpos de fusíveis de veículos elétricos de alta-tensão. Formulações cerâmicas específicas devem ser selecionadas com base na estrutura do fusível, tensão nominal, método-de extinção do arco e processo de fabricação.

 

 

 

Esta é uma das principais diferenças entre os tubos cerâmicos da série EV BS e as mangas isolantes padrão. Quando o elemento fusível se rompe, o circuito não faz a transição instantânea para um estado de corrente zero. O controle de arco é particularmente crítico para sistemas CC de alta-tensão. Os sistemas de alta-tensão dos novos veículos de energia (NEV) utilizam corrente contínua (CC); diferentemente da corrente alternada (CA), os arcos CC não passam naturalmente por um ponto de corrente zero-. Conseqüentemente, o fusível deve controlar ativamente o arco por meio de seu projeto estrutural e do uso de meios-de extinção de arco.

 

Em muitos fusíveis de alta-tensão, o interior do tubo cerâmico é preenchido com materiais-extintores de arco, como areia de quartzo. Quando o elemento fusível derrete e gera um arco, o tubo cerâmico e o enchimento -extintor de arco trabalham juntos para absorver o calor, resfriar o arco e controlar o canal do arco. As especificações técnicas para fusíveis EV indicam que a combinação de tubos cerâmicos de alta-alumina com areia de quartzo de alta-pureza como meio de extinção de arco-é uma configuração estrutural comum para fusíveis automotivos de alta-tensão.

 

 

O sistema de bateria de tração de um veículo de nova energia normalmente compreende terminais positivos e negativos de alta-tensão, bem como vários componentes de conexão elétrica de alta-tensão. Uma falha no isolamento pode causar fuga de corrente, curto-circuitos ou outros problemas de segurança elétrica.
Consequentemente, os tubos cerâmicos utilizados nos fusíveis devem manter um desempenho de isolamento estável durante todo o ciclo de vida do produto.
A estabilidade do material cerâmico é particularmente crítica quando o componente é submetido à presença simultânea de altas temperaturas, alta umidade, vibração e tensão.

Portanto, ao adquirir tubos cerâmicos para fusíveis EV, não se deve focar apenas na cor e na aparência; também é essencial considerar o sistema do material, as propriedades dielétricas, a precisão dimensional e os requisitos de teste do produto.

 

 

Embora a cerâmica possua excelente resistência ao calor e propriedades de isolamento, o material em si é inerentemente frágil.
Portanto, a resistência mecânica e a resistência ao choque térmico são igualmente importantes para tubos cerâmicos para fusíveis de carregadores EV. Os veículos estão sujeitos a vibrações da estrada, choques mecânicos e variações de temperatura durante operação-de longo prazo. Defeitos internos, trincas ou instabilidade dimensional no tubo cerâmico podem comprometer a confiabilidade de todo o fusível.

 

Consequentemente, o processo de fabricação exige um controle rigoroso sobre a pureza da matéria-prima, a densidade da formação, a qualidade da sinterização e a qualidade das etapas subsequentes do processamento. A verificação da qualidade do corpo cerâmico geralmente envolve testes de resistência à flexão, resistência ao ciclo térmico e outros parâmetros.

 

 

 

Os tubos cerâmicos servem não apenas como isolantes, mas também como alojamentos para o elemento fusível e o meio-de extinção de arco. Conseqüentemente, dimensões como diâmetro interno, diâmetro externo, comprimento e especificações-da face final impactam diretamente a montagem final do fusível. Um diâmetro interno muito pequeno pode dificultar a montagem dos componentes internos, enquanto um diâmetro muito grande pode alterar o volume interno e as características de{4}extinção do arco. Além disso, o comprimento e as dimensões da face final-devem corresponder precisamente às tampas metálicas, aos terminais de conexão e a outros componentes estruturais.

 

Como resultado, tubos cerâmicos de alta-tensão para fusíveis de veículos elétricos e híbridos são normalmente componentes estruturais cerâmicos altamente personalizados.

 

 

Tubos cerâmicos para fusíveis de armazenamento de energia são usados ​​principalmente para proteção de circuitos de alta-tensão em veículos de energia nova. As aplicações incluem circuitos principais de baterias de tração, circuitos auxiliares de alta-tensão, proteção de inversores, carregadores-de bordo (OBCs) e sistemas de distribuição de energia de alta-tensão. Certos fusíveis de veículos elétricos-de grau automotivo já utilizam estruturas de tubos cerâmicos projetadas especificamente para fornecer proteção contra sobrecarga e curto-circuito para veículos elétricos e híbridos.

 

À medida que as plataformas de alta-tensão em novos veículos de energia evoluem, os tubos cerâmicos devem se adaptar a classificações de tensão e corrente mais altas, bem como a ambientes térmicos mais exigentes.

 

 

 

Embora os ambientes operacionais para veículos elétricos (EVs) e sistemas de armazenamento de energia sejam diferentes, ambos envolvem proteção de circuito CC de alta-tensão. Clusters de baterias, sistemas de conversão de energia (PCS) e circuitos de distribuição CC em sistemas de armazenamento de energia também exigem proteção confiável contra sobrecorrente.

 

Conseqüentemente, os tubos cerâmicos projetados para fusíveis de alta-tensão também podem ser aplicados a novos sistemas de armazenamento de energia, eletrônicos de potência e determinadas infraestruturas de carregamento. Isso estende a aplicação de mercado do corpo cerâmico do fusível EV além da indústria automotiva.

 

 

À medida que os novos veículos de energia mudam para plataformas de 800 V e de tensão mais alta, os requisitos para materiais de isolamento, desempenho de-extinção de arco e consistência dimensional em componentes de proteção elétrica de alta-tensão se tornarão cada vez mais rigorosos. Futurotubos cerâmicos isolados em fusíveis EVprovavelmente dará maior ênfase à pureza do material, precisão dimensional, resistência ao choque térmico, confiabilidade mecânica e compatibilidade com processos de montagem automatizados.

 

Para os fabricantes de tubos cerâmicos, a capacidade de produzir um tubo cilíndrico básico não é mais suficiente para atender aos padrões de aplicação-de nível automotivo. A formulação de materiais, os processos de conformação, o controle de sinterização, a usinagem de precisão e as capacidades de inspeção de qualidade se tornarão fatores críticos na competitividade do produto.

 

Tubos cerâmicos isolados servem como componentes estruturais e isolantes vitais em fusíveis de alta-tensão para veículos de nova energia. Eles devem atender simultaneamente aos requisitos de isolamento elétrico, resistência a altas-temperaturas, suporte mecânico e estabilidade em ambientes-propensos a arco, trabalhando em conjunto com o elemento fusível, meio-de extinção de arco e tampas metálicas para interromper correntes de falha de alta-tensão. Tanto para fabricantes de fusíveis de veículos elétricos quanto para empresas compradoras, selecionar os materiais cerâmicos, especificações dimensionais e processos de fabricação apropriados é fundamental para garantir a operação estável de fusíveis de alta-tensão.