Primero, debe tener características de protección de acción rápida de CC para interrumpir rápidamente sobrecargas severas y corrientes de cortocircuito. En segundo lugar, debe ser compacto, resistente a las vibraciones, duradero y estructuralmente intercambiable. En tercer lugar, y lo más crítico pero a menudo pasado por alto, el material del tubo fusible debe poseer resistencia a altas temperaturas y ser incombustible y no inflamable.
Los fusibles de alto voltaje para automóviles funcionan a largo plazo en espacios cerrados y reducidos sin un enfriamiento efectivo. Esto es especialmente cierto cuando comparten un entorno cerrado y de alta temperatura con el paquete de baterías. La selección incorrecta del material puede provocar la fusión térmica y la combustión del cuerpo del fusible. Como dice el refrán, "lo que te hace también puede romperte". Para garantizar una seguridad integral, la selección adecuada de fusibles de alto voltaje para automóviles debe tratarse con la máxima importancia y cuidadosa consideración.
Por qué los fusibles son el estándar para la protección de la batería de los vehículos eléctricos
El uso de fusibles de alto voltaje para la protección contra sobrecorriente principal de los sistemas de baterías de litio en vehículos eléctricos se basa, por un lado, en los claros requisitos de la norma nacional GB / T18384.1. Más importante aún, es porque cuando se produce una sobrecarga severa o una falla de cortocircuito en el sistema de batería de litio, se necesita una "puerta" robusta y confiable para cortar y eliminar la energía de cortocircuito extremadamente destructiva, evitando de manera efectiva la escalada y propagación de accidentes por sobrecorriente de alto voltaje.
Debido al espacio limitado en los vehículos, no es práctico instalar disyuntores de CC voluminosos y costosos. Por lo tanto, el uso de fusibles de acción rápida de CC compactos, relativamente económicos y fáciles de instalar como el principal dispositivo de protección para limitar e interrumpir fallas eléctricas anormales se ha convertido en un estándar de seguridad reconocido en la industria de vehículos eléctricos, tanto a nivel nacional como internacional.
Un fusible de acción rápida de CC contiene un elemento de plata pura soldado dentro de un tubo lleno de arena de cuarzo compactada de alta pureza. Durante el funcionamiento normal, la propia resistencia de micro-ohmios del fusible es insignificante. Cuando el sistema de batería experimenta una sobrecarga severa o una corriente de cortocircuito de varios miles de amperios, el elemento plateado y la arena de cuarzo trabajan juntos para completar todo el proceso de "interrupción de extinción del arco de fusión" en milisegundos, absorbiendo y disipando toda la corriente de sobretensión de alto voltaje y el calor de alta energía dentro del cuerpo del fusible.
Durante este proceso, el tubo fusible debe soportar la presión de expansión de 200-300 MPa generada por el arco interno de alto voltaje, así como el calor radiante superior a 1000 °C. Si el material del tubo carece de suficiente resistencia mecánica a altas temperaturas, se romperá, explotará y expulsará un arco, lo que provocará carbonización y combustión a alta temperatura.
El peligro oculto: cuerpos de fusibles orgánicos
Después de 2014, con el crecimiento significativo en la producción de vehículos eléctricos y la creciente capacidad de energía de las baterías de energía, la falla fatal del uso de materiales orgánicos para las carrocerías de los fusibles comenzó a quedar expuesta en varios incidentes. Los usuarios informaron múltiples casos de combustión de cuerpos fusibles que involucran tubos compuestos orgánicos, que ocurren principalmente durante el proceso de carga de autobuses eléctricos con sistemas de más de 500 V.
Factores como la vida útil de la batería que excede su garantía, el uso de una base de material orgánico para el fusible, los tornillos conductores sueltos o el cuerpo del fusible demasiado cerca de la pared de la carcasa metálica pueden desencadenar arcos eléctricos e incendios accidentales. Anteriormente, debido a la información incompleta de los lugares de los accidentes y la renuencia de algunos fabricantes de vehículos y baterías a revelar detalles, problemas como la sobrecarga incontrolada de la batería de litio que provocaba fugas, cortocircuitos e instalación incorrecta de fusibles no se analizaban en profundidad como causas fundamentales.
¿Por qué un cuerpo de fusible compuesto orgánico se derretiría y encendería mientras que el elemento plateado interno y la arena de cuarzo permanecieron en gran parte intactos? ¿De dónde vino esta poderosa oleada de cortocircuito? Estas preguntas no solo llevaron a una confusión y un debate prolongados entre proveedores y clientes, sino que también causaron dudas y ansiedad públicas sobre la seguridad de los vehículos eléctricos de nueva energía.
Una investigación en profundidad sobre el fenómeno de autoignición de los cuerpos de fusibles orgánicos reveló que la temperatura de distorsión térmica de los materiales compuestos orgánicos es generalmente inferior a 200 ° C. Cuando se opera durante períodos prolongados en el entorno cerrado de alta temperatura de una batería o caja de alto voltaje, especialmente cuando se instala en una esquina con poca ventilación, el material sufre un envejecimiento térmico significativo. Esto conduce a una disminución gradual de su resistencia mecánica y de aislamiento.
La sobrecarga incontrolada es particularmente común en los autobuses eléctricos que se cargan a altos voltajes (por encima de 500 V). La sobretensión de cortocircuito resultante de una fuga de la batería o una avería del condensador debido a la sobrecarga puede afectar a los relés y fusibles en reversa, provocando un rápido aumento de la temperatura interna. Esto acelera la degradación del tubo orgánico. Cuando la temperatura ambiente supera el punto de fusión del material, el cuerpo del fusible se carboniza rápidamente, convirtiendo la capa aislante original en conductora. La sobretensión de alto voltaje forma una trayectoria de arco externa a lo largo de la pared del tubo, quemando ferozmente el material orgánico y haciendo que se autoincendie. Esto, a su vez, enciende los cables eléctricos dentro de la caja de alto voltaje, lo que provoca un incendio total del vehículo. Según testigos presenciales, todo el proceso puede tomar solo unos segundos, pero la energía destructiva es asombrosa.
<Secuencia de falla de un fusible EV compuesto orgánico>
<Secuencia de falla de un fusible EV compuesto orgánico>Esta teoría fue finalmente confirmada por el informe de investigación sobre el incendio del autobús eléctrico Shenzhen "4.26", publicado el 9 de agosto de 2015. Un panel de 14 expertos de los campos doméstico de vehículos eléctricos, baterías eléctricas, electricidad y carga concluyó que "el accidente fue causado por una sobrecarga de la batería eléctrica, lo que provocó fugas en la batería, cortocircuitos y, en última instancia, incendios". Este hallazgo reveló la razón profundamente arraigada de los incidentes anteriores de combustión del cuerpo fusible y sirve como una lección vital.
En casi todos los incidentes registrados de combustión de cuerpos de fusibles en autobuses eléctricos causados por cortocircuitos de sobrecarga de baterías o condensadores, la escena es la misma: un arco de temperatura ultra alta se extiende rápidamente a través de la superficie del cuerpo del fusible, no solo derritiendo los terminales de cobre, sino que también es capaz de quemar una placa de acero de 5 mm de la caja de alto voltaje. Esto indica temperaturas superiores a 1200 °C. En un entorno así, un tubo compuesto orgánico con una capacidad nominal de solo 200 ° C se incinera instantáneamente. Aunque pueden quedar restos del elemento interno y arena, la función protectora del fusible se pierde por completo.
Por lo tanto, concluimos que mientras el BMS y los sistemas de gestión de pilas de carga no puedan lograr un control 100% efectivo sobre las fallas de sobrecarga y sobredescarga de la batería de litio, el uso de materiales compuestos orgánicos para cuerpos de fusibles de alto voltaje no es una solución científicamente sólida o segura.
La solución superior: 95% de cerámica de alúmina
<Fallo orgánico del fusible EV antes y después del incidente>
Una encuesta de seguridad exhaustiva realizada entre más de 50 empresas nacionales de integración de vehículos eléctricos y baterías mostró que el 97% de los usuarios respaldaba la opción de "tubo no combustible" y el 64% aprobaba específicamente los "tubos cerámicos de alta resistencia".
Basándonos en esta clara preferencia de los usuarios por la seguridad absoluta, en GONGFU Fuse tomamos la decisión decisiva de abandonar los materiales compuestos orgánicos que habíamos utilizado durante ocho años. En su lugar, actualizamos a cerámica de alto aislamiento, resistente a altas temperaturas e incombustible al 95% de alúmina (corindón) de alúmina (corindón) para nuestros cuerpos de fusibles. Con la seguridad absoluta de los vehículos eléctricos como nuestro objetivo principal, hemos implementado esta actualización de productos en todas nuestras líneas de producción en masa.
Tabla 1: Comparación de rendimiento de los materiales de la carrocería de fusibles automotrices
| Material del tubo | Distorsión térmica Temp. (°C) | Resistencia a la flexión (MPa) | Rigidez dieléctrica (KV/mm) |
|---|---|---|---|
| Tubo moldeado fenólico | 120-130 | 80 | 2 |
| Tubo laminado de melamina | 150-180 | 180 | 6 |
| Tubo enrollado de fibra de vidrio epoxi | 120 | 290 | 10 |
| Tubo cerámico con alúmina al 95% | 1650 | 280-320 | 22 |
La razón por la que nuestros fusibles de la marca GFEFUSE, incluidas las series 5H20L, 5H30L, 5H38L, H10H, H14FE, H14FA, 7H30L, 7H38L, 10H30L y 10H38L, eligen la cerámica está probada por pruebas rigurosas. Durante una prueba de arco, mientras que los terminales de los fusibles fueron dañados por el arco, el tubo cerámico de alúmina al 95% permaneció completamente intacto, resistiendo la severa prueba de alta temperatura. No hemos visto casos de agrietamiento, arco eléctrico o combustión con nuestros fusibles de tubo cerámico, lo que demuestra que elegir cerámica de alta resistencia con un 95% de alúmina es la solución correcta y racional para fabricar fusibles de alto voltaje para automóviles.
Las pruebas recientes de acuerdo con la certificación de seguridad obligatoria CCC de China mostraron un fusible automotriz de alto voltaje de 500 V / 400 A que completa todo el proceso de interrupción del arco de fusión en solo 7,22 milisegundos cuando se somete a una corriente de cortocircuito de 20 KA. Esto confirma plenamente que los fusibles de tubo cerámico no solo son resistentes a altas temperaturas e incombustibles, sino que también poseen un rendimiento excepcional, con una limitación de corriente de 9,43 KA y un tiempo de extinción de arco de 5,49 ms.
Una recomendación final para la seguridad
Tras los recientes incidentes de incendios de vehículos eléctricos, el Ministerio de Industria y Tecnología de la Información de China ha emitido avisos para investigaciones exhaustivas de riesgos de seguridad. Esperamos que al leer este artículo, los fabricantes de vehículos y baterías presten mucha atención a la estructura del material y a la selección adecuada de fusibles de alto voltaje durante sus controles de seguridad. No asuma que simplemente instalar cualquier fusible hace que el sistema esté "asegurado" y seguro; La investigación debe comenzar con asegurarse de que el fusible en sí sea "a prueba de fuego".
<Oscilograma de prueba de cortocircuito CCC de fusible cerámico>
También recomendamos que los fabricantes de baterías no instalen fusibles de alto voltaje dentro de la caja de la batería. Es mucho mejor aislarlos en un recinto separado e independiente. Esto no solo es más seguro, sino también más conveniente para la inspección y el reemplazo, eliminando la necesidad de desmontar con frecuencia el paquete de baterías principal. Después de todo, una vez que los vehículos eléctricos se venden en grandes cantidades, las personas que reemplazan estas piezas consumibles a menudo no serán profesionales.
Acerca de DONGGUAN GONGFU ELECTRONICS CO., LTD.
Como desarrollador y diseñador dedicado, GONGFU Electronics ofrece soluciones integrales para fusibles, portafusibles, fusibles automotrices, portafusibles automotrices, fusibles de CC, fusibles fotovoltaicos y fusibles de almacenamiento de energía.