Erstens muss es über schnell reagierende Gleichstrom-Schutzeigenschaften verfügen, um starke Überlastungen und Kurzschlussströme schnell zu unterbrechen. Zweitens muss es kompakt, vibrationsfest, langlebig und strukturell austauschbar sein. Drittens, und das ist am kritischsten, aber oft übersehen, muss das Material des Sicherungsrohrs eine hohe Temperaturbeständigkeit aufweisen und nicht brennbar und nicht brennbar sein.
Hochspannungssicherungen für die Automobilindustrie arbeiten langfristig in geschlossenen, engen Räumen ohne effektive Kühlung. Dies gilt insbesondere dann, wenn sie sich eine geschlossene Umgebung mit hohen Temperaturen mit dem Akkupack teilen. Eine unsachgemäße Materialauswahl kann zum thermischen Schmelzen und zur Verbrennung des Sicherungskörpers führen. Wie das Sprichwort sagt: "Was dich ausmacht, kann dich auch brechen." Um eine umfassende Sicherheit zu gewährleisten, muss die richtige Auswahl von Hochspannungssicherungen im Automobilbereich mit größter Sorgfalt und sorgfältiger Überlegung behandelt werden.
Warum Sicherungen der Standard für den Schutz von EV-Batterien sind
Der Einsatz von Hochvoltsicherungen für den Hauptüberstromschutz von Lithium-Batteriesystemen in Elektrofahrzeugen orientiert sich zum einen an den klaren Anforderungen der nationalen Norm GB/T18384.1. Noch wichtiger ist, dass bei einer schweren Überlastung oder einem Kurzschlussfehler im Lithiumbatteriesystem ein robustes und zuverlässiges "Tor" erforderlich ist, um die extrem zerstörerische Kurzschlussenergie abzuschalten und zu eliminieren und so die Eskalation und Ausbreitung von Hochspannungsüberstromunfällen effektiv zu verhindern.
Aufgrund des begrenzten Platzes in Fahrzeugen ist es unpraktisch, sperrige und teure Gleichstromschutzschalter zu installieren. Daher ist die Verwendung kompakter, relativ kostengünstiger und einfach zu installierender schnell zu installierender Gleichstromsicherungen als Hauptschutzvorrichtung zur Begrenzung und Unterbrechung abnormaler elektrischer Fehler zu einem anerkannten Sicherheitsstandard in der EV-Industrie geworden, sowohl im In- als auch im Ausland.
Eine Gleichstrom-Schnellsicherung enthält ein reines Silberelement, das in einem Rohr verschweißt ist, das mit hochreinem, verdichtetem Quarzsand gefüllt ist. Im Normalbetrieb ist der Mikroohm-Eigenwiderstand der Sicherung vernachlässigbar. Wenn das Batteriesystem einer starken Überlastung oder einem Kurzschlussstrom von mehreren tausend Ampere ausgesetzt ist, arbeiten das Silberelement und der Quarzsand zusammen, um den gesamten Prozess des "Schmelzlichtbogen-Lösch-Unterbrechungs" innerhalb von Millisekunden abzuschließen und den gesamten Hochspannungsstoßstrom und die energiereiche Wärme im Sicherungskörper aufzunehmen und abzuleiten.
Während dieses Prozesses muss das Sicherungsrohr dem Expansionsdruck von 200-300 MPa standhalten, der durch den internen Hochspannungslichtbogen erzeugt wird, sowie einer Strahlungswärme von mehr als 1000 °C. Wenn das Rohrmaterial nicht über eine ausreichende mechanische Festigkeit bei hohen Temperaturen verfügt, reißt, explodiert und stößt einen Lichtbogen aus, was zu einer Verkokung und Verbrennung bei hohen Temperaturen führt.
Die versteckte Gefahr: Organische Zünderkörper
Nach 2014, mit dem deutlichen Wachstum der Produktion von Elektrofahrzeugen und der zunehmenden Energiekapazität von Leistungsbatterien, wurde der fatale Fehler bei der Verwendung organischer Materialien für Sicherungskörper bei verschiedenen Vorfällen aufgedeckt. Benutzer berichteten von mehreren Fällen von Zündkastenverbrennungen mit organischen Verbundstoffrohren, die meist während des Ladevorgangs von Elektrobussen mit Systemen über 500 V auftraten.
Faktoren wie die Lebensdauer der Batterie, die die Garantie überschreitet, die Verwendung einer organischen Materialbasis für die Sicherung, lose leitfähige Schrauben oder der zu nahe an der Metallgehäusewand liegende Sicherungskörper können zu versehentlichen Lichtbögen und Bränden führen. Früher wurden aufgrund unvollständiger Informationen von Unfallorten und der Zurückhaltung einiger Fahrzeug- und Batteriehersteller, Details offenzulegen, Probleme wie unkontrolliertes Überladen von Lithiumbatterien, die zu Leckagen führten, Kurzschlüsse und unsachgemäße Installation von Sicherungen nicht als Ursachen eingehend analysiert.
Warum sollte ein organischer Komposit-Zündkörper schmelzen und sich entzünden, während das innere Silberelement und der Quarzsand weitgehend intakt blieben? Woher kam dieser gewaltige Kurzschlussstoß? Diese Fragen führten nicht nur zu anhaltender Verwirrung und Debatten zwischen Lieferanten und Kunden, sondern führten auch zu Zweifeln und Befürchtungen in der Öffentlichkeit über die Sicherheit von Elektrofahrzeugen mit neuen Energien.
Eine eingehende Untersuchung des Selbstentzündungsphänomens organischer Zündkörper ergab, dass die Wärmeformbeständigkeit von organischen Verbundwerkstoffen in der Regel unter 200 °C liegt. Bei längerem Betrieb in der geschlossenen Hochtemperaturumgebung einer Batterie oder eines Hochspannungskastens, insbesondere bei der Installation in einer Ecke mit schlechter Belüftung, erfährt das Material eine erhebliche thermische Alterung. Dies führt zu einer allmählichen Abnahme sowohl der mechanischen als auch der isolationstechnischen Festigkeit.
Eine unkontrollierte Überladung tritt besonders häufig in Elektrobussen auf, die mit hohen Spannungen (über 500 V) laden. Der Kurzschlussstoß, der durch ein Auslaufen der Batterie oder einen Kondensatorausfall aufgrund von Überladung entsteht, kann sich auf die Relais und Sicherungen im Rückwärtsgang auswirken und zu einem schnellen Anstieg der Innentemperatur führen. Dadurch wird der Abbau der organischen Röhre beschleunigt. Wenn die Umgebungstemperatur den Schmelzpunkt des Materials überschreitet, verkohlt der Sicherungskörper schnell und verwandelt die ursprüngliche Isolierschicht in eine leitfähige. Der Hochspannungsstoß bildet dann einen externen Lichtbogenpfad entlang der Rohrwand, der das organische Material heftig verbrennt und dazu führt, dass es sich selbst entzündet. Dies wiederum entzündet die elektrischen Kabel innerhalb des Hochvoltkastens, was zu einem vollständigen Fahrzeugbrand führt. Augenzeugen zufolge kann der gesamte Vorgang nur wenige Sekunden dauern, aber die zerstörerische Energie ist erstaunlich.
<Ausfallsequenz einer EV-Sicherung aus organischem Komposit>
<Ausfallsequenz einer EV-Sicherung aus organischem Komposit>Diese Theorie wurde schließlich durch den am 9. August 2015 veröffentlichten Untersuchungsbericht über den Brand des Elektrobusses "4.26" in Shenzhen bestätigt. Ein Gremium von 14 Experten aus den Bereichen Elektrofahrzeuge, elektrische Batterien, Elektro und Ladestationen kam zu dem Schluss, dass "der Unfall durch eine Überladung der Batterie verursacht wurde, die zum Auslaufen der Batterie, zum Kurzschluss und schließlich zum Brand führte". Diese Erkenntnis enthüllte den tief sitzenden Grund für die früheren Vorfälle der Zündkastenverbrennung und dient als wichtige Lehre.
Bei fast allen aufgezeichneten Vorfällen von Zündgehäuseverbrennungen an Elektrobussen, die durch Kurzschlüsse durch Batterie- oder Kondensatorüberladung verursacht wurden, ist die Szene die gleiche: Ein Ultrahochtemperatur-Lichtbogen breitet sich schnell über die Oberfläche des Sicherungskastens aus und schmilzt nicht nur die Kupferanschlüsse, sondern kann auch eine 5 mm Stahlplatte des Hochspannungskastens durchbrennen. Dies bedeutet Temperaturen über 1200°C. In einer solchen Umgebung wird ein organisches Kompositrohr, das nur für 200 °C ausgelegt ist, sofort verbrannt. Zwar können Reste des inneren Elements und Sand zurückbleiben, aber die Schutzfunktion der Sicherung geht vollständig verloren.
Daher kommen wir zu dem Schluss, dass die Verwendung organischer Verbundwerkstoffe für Hochspannungssicherungskörper keine wissenschaftlich fundierte oder sichere Lösung ist, solange das BMS und die Ladestapelmanagementsysteme keine 100%ige effektive Kontrolle über Überlade- und Tiefentladungsfehler von Lithiumbatterien erreichen können.
Die überlegene Lösung: 95 % Aluminiumoxid-Keramik
<Ausfall der organischen EV-Sicherung vor und nach dem Vorfall>
Eine umfassende Sicherheitsumfrage, die unter mehr als 50 inländischen Unternehmen für die Integration von Elektrofahrzeugen und Batterien durchgeführt wurde, zeigte, dass 97 % der Nutzer die Option "nicht brennbare Rohre" und 64 % ausdrücklich "hochfeste Keramikrohre" befürworteten.
Basierend auf dieser klaren Präferenz der Anwender für absolute Sicherheit haben wir bei GONGFU Fuse die entscheidende Entscheidung getroffen, auf die organischen Verbundwerkstoffe zu verzichten, die wir acht Jahre lang verwendet hatten.Stattdessen haben wir für unsere Sicherungskörper auf hochisolierende, hochtemperaturbeständige und nicht brennbare Keramik aus 95 % Aluminiumoxid (Al₂O₃ Korund) aufgerüstet . Mit dem absoluten Ziel von Elektrofahrzeugen als oberstes Ziel haben wir dieses Produkt-Upgrade in unseren Massenproduktionslinien implementiert.
Tabelle 1: Leistungsvergleich von Materialien für den Sicherungskörper in der Automobilindustrie
| Rohrmaterials | (°C) | Biegefestigkeit (MPa) | Durchschlagsfestigkeit (KV/mm) |
|---|---|---|---|
| Phenolisch geformtes Rohr | 120-130 | 80 | 2 |
| Melamin-Laminat-Tube | 150-180 | 180 | 6 |
| Epoxid-Glasfaser-gewickeltes Rohr | 120 | 290 | 10 |
| 95% Aluminiumoxid-Keramikrohr | 1650 | 280-320 | 22 |
Der Grund, warum sich unsere Sicherungen der Marke GFEFUSE, einschließlich der Serien 5H20L, 5H30L, 5H38L, H10H, H14FE, H14FA, 7H30L, 7H38L, 10H30L und 10H38L, für Keramik entscheiden, wird durch strenge Tests bewiesen. Während eines Lichtbogentests wurden zwar die Sicherungsanschlüsse durch den Lichtbogen beschädigt, aber das Rohr aus 95 % Aluminiumoxid-Keramik blieb vollständig intakt und hielt dem harten Hochtemperaturtest stand. Wir haben bei unseren keramischen Rohrsicherungen keine Fälle von Rissen, Lichtbogenüberschlägen oder Verbrennungen gesehen, was beweist, dass die Wahl von 95 % hochfester Aluminiumoxidkeramik die richtige und rationelle Lösung für die Herstellung von Hochspannungssicherungen für Kraftfahrzeuge ist.
Jüngste Tests gemäß der obligatorischen chinesischen CCC-Sicherheitszertifizierung zeigten, dass eine 500-V/400-A-Hochspannungssicherung für Kraftfahrzeuge den gesamten Schmelzlichtbogen-Unterbrechungsprozess in nur 7,22 Millisekunden abschließt , wenn sie einem Kurzschlussstrom von 20 kA ausgesetzt wird. Dies bestätigt vollständig, dass keramische Rohrsicherungen nicht nur hochtemperaturbeständig und nicht brennbar sind, sondern auch eine außergewöhnliche Leistung aufweisen, mit einer Strombegrenzung von 9,43 kA und einer Lichtbogenlöschzeit von 5,49 ms.
Eine abschließende Empfehlung für die Sicherheit
Nach den jüngsten Bränden von Elektrofahrzeugen hat das chinesische Ministerium für Industrie und Informationstechnologie Mitteilungen für umfassende Untersuchungen der Sicherheitsgefahren herausgegeben. Wir hoffen, dass Fahrzeug- und Batteriehersteller bei der Lektüre dieses Artikels bei ihren Sicherheitschecks auf den Materialaufbau und die richtige Auswahl von Hochvoltsicherungen achten. Gehen Sie nicht davon aus, dass die einfache Installation einer Sicherung das System "versichert" und sicher macht. Die Untersuchung muss damit beginnen, dass sichergestellt wird, dass die Sicherung selbst "feuerfest" ist.
<Keramiksicherung CCC Kurzschluss-Test-Oszillogramm>
Wir empfehlen Batterieherstellern außerdem , keine Hochspannungssicherungen im Batteriekasten zu verbauen. Es ist weitaus besser, sie in einem separaten, unabhängigen Gehäuse zu isolieren. Dies ist nicht nur sicherer, sondern auch bequemer für die Inspektion und den Austausch, da keine häufige Demontage des Hauptakkus erforderlich ist. Denn wenn Elektrofahrzeuge in großen Stückzahlen verkauft werden, sind die Leute, die diese Verbrauchsteile austauschen, oft Laien.
Über DONGGUAN GONGFU ELECTRONICS CO.,LTD.
Als engagierter Entwickler und Designer bietet GONGFU Electronics One-Stop-Lösungen für Sicherungen, Sicherungshalter, Kfz-Sicherungen, Kfz-Sicherungshalter, Gleichstromsicherungen, Photovoltaik-Sicherungen und Energiespeichersicherungen.