Primeiro, ele deve ter características de proteção de ação rápida DC para interromper rapidamente sobrecargas severas e correntes de curto-circuito. Em segundo lugar, deve ser compacto, resistente a vibrações, durável e estruturalmente intercambiável. Em terceiro lugar, e mais criticamente, mas muitas vezes esquecido, o material do tubo fusível deve possuir resistência a altas temperaturas e ser incombustível e não inflamável.
Os fusíveis automotivos de alta tensão operam a longo prazo em espaços fechados e apertados sem resfriamento eficaz. Isso é especialmente verdadeiro quando eles compartilham um ambiente fechado e de alta temperatura com a bateria. A seleção inadequada do material pode levar ao derretimento térmico e à combustão do corpo do fusível. Como diz o ditado, "o que faz você também pode quebrá-lo". Para garantir uma segurança abrangente, a seleção adequada de fusíveis automotivos de alta tensão deve ser tratada com a máxima importância e consideração cuidadosa.
Por que os fusíveis são o padrão para proteção de bateria EV
O uso de fusíveis de alta tensão para a proteção principal contra sobrecorrente de sistemas de baterias de lítio em veículos elétricos é, por um lado, baseado nos requisitos claros do padrão nacional GB/T18384.1. Mais importante, é porque quando ocorre uma sobrecarga grave ou falha de curto-circuito no sistema de bateria de lítio, é necessário um "portão" robusto e confiável para cortar e eliminar a energia de curto-circuito extremamente destrutiva, evitando efetivamente a escalada e propagação de acidentes de sobrecorrente de alta tensão.
Devido ao espaço limitado nos veículos, é impraticável instalar disjuntores CC volumosos e caros. Portanto, o uso de fusíveis de ação rápida CC compactos, relativamente baratos e de fácil instalação como o principal dispositivo de proteção para limitar e interromper falhas elétricas anormais tornou-se um padrão de segurança reconhecido na indústria de veículos elétricos, tanto nacional quanto internacionalmente.
Um fusível de ação rápida DC contém um elemento de prata pura soldado dentro de um tubo preenchido com areia de quartzo compactada de alta pureza. Durante a operação normal, a resistência de micro-ohm do próprio fusível é insignificante. Quando o sistema de bateria experimenta uma sobrecarga severa ou corrente de curto-circuito de vários milhares de amperes, o elemento prata e a areia de quartzo trabalham juntos para completar todo o processo de "interrupção de extinção do arco de fusão" em milissegundos, absorvendo e dissipando toda a corrente de surto de alta tensão e calor de alta energia dentro do corpo do fusível.
Durante este processo, o tubo fusível deve suportar a pressão de expansão de 200-300 MPa gerada pelo arco interno de alta tensão, bem como calor radiante superior a 1000°C. Se o material do tubo não tiver resistência mecânica suficiente em alta temperatura, ele se romperá, explodirá e ejetará um arco, levando à carbonização e combustão em alta temperatura.
O Perigo Oculto: Corpos Fusíveis Orgânicos
Depois de 2014, com o crescimento significativo da produção de veículos elétricos e o aumento da capacidade energética das baterias de energia, a falha fatal do uso de materiais orgânicos para corpos de fusíveis começou a ser exposta em vários incidentes. Os usuários relataram vários casos de combustão do corpo do fusível envolvendo tubos compostos orgânicos, ocorrendo principalmente durante o processo de carregamento de ônibus elétricos com sistemas acima de 500V.
Fatores como a vida útil da bateria excedendo sua garantia, o uso de uma base de material orgânico para o fusível, parafusos condutores soltos ou o corpo do fusível muito próximo da parede da caixa de metal podem desencadear arco elétrico acidental e incêndio. Anteriormente, devido a informações incompletas dos locais dos acidentes e à relutância de alguns fabricantes de veículos e baterias em divulgar detalhes, problemas como sobrecarga descontrolada de baterias de lítio levando a vazamentos, curtos-circuitos e instalação inadequada de fusíveis não eram profundamente analisados como causas principais.
Por que um corpo de fusível composto orgânico derreteria e inflamaria enquanto o elemento interno de prata e areia de quartzo permaneciam praticamente intactos? De onde veio esse poderoso surto de curto-circuito? Essas questões não apenas levaram a confusão e debate prolongados entre fornecedores e clientes, mas também causaram dúvidas e ansiedade públicas sobre a segurança dos veículos elétricos de nova energia.
Uma pesquisa aprofundada sobre o fenômeno de autoignição de corpos de fusíveis orgânicos revelou que a temperatura de distorção térmica de materiais compósitos orgânicos é geralmente inferior a 200 ° C. Ao operar por longos períodos no ambiente fechado de alta temperatura de uma bateria ou caixa de alta tensão, especialmente quando instalado em um canto com pouca ventilação, o material sofre envelhecimento térmico significativo. Isso leva a um declínio gradual em sua resistência mecânica e de isolamento.
A sobrecarga descontrolada é particularmente comum em ônibus elétricos que carregam em altas tensões (acima de 500V). O surto de curto-circuito resultante de vazamento da bateria ou quebra do capacitor devido à sobrecarga pode afetar os relés e fusíveis ao contrário, causando um rápido aumento na temperatura interna. Isso acelera a degradação do tubo orgânico. Quando a temperatura ambiente ultrapassa o ponto de fusão do material, o corpo do fusível carboniza rapidamente, transformando a camada isolante original em condutora. O surto de alta tensão então forma um caminho de arco externo ao longo da parede do tubo, queimando ferozmente o material orgânico e fazendo com que ele se auto-inflame. Isso, por sua vez, inflama os cabos elétricos dentro da caixa de alta tensão, levando a um incêndio total do veículo. De acordo com testemunhas oculares, todo o processo pode levar apenas alguns segundos, mas a energia destrutiva é surpreendente.
<Sequência de falha de um fusível EV composto orgânico>
<Sequência de falha de um fusível EV composto orgânico>Essa teoria foi finalmente confirmada pelo relatório de investigação sobre o incêndio do ônibus elétrico "4.26" em Shenzhen, divulgado em 9 de agosto de 2015. Um painel de 14 especialistas das áreas doméstica de EV, bateria de energia, elétrica e carregamento concluiu que "o acidente foi causado por sobrecarga da bateria de energia, levando a vazamento da bateria, curto-circuito e, finalmente, incêndio". Essa descoberta revelou a razão profunda para os incidentes anteriores de combustão do corpo do fusível e serve como uma lição vital.
Em quase todos os incidentes registrados de combustão do corpo do fusível em ônibus elétricos causados por curtos-circuitos de sobrecarga de bateria ou capacitor, a cena é a mesma: um arco de temperatura ultra-alta se espalha rapidamente pela superfície do corpo do fusível, não apenas derretendo os terminais de cobre, mas também capaz de queimar uma placa de aço de 5 mm da caixa de alta tensão. Isso indica temperaturas superiores a 1200°C. Em tal ambiente, um tubo composto orgânico classificado para apenas 200 ° C é instantaneamente incinerado. Embora possam permanecer restos do elemento interno e da areia, a função protetora do fusível é completamente perdida.
Portanto, concluímos que, enquanto os sistemas de gerenciamento de BMS e pilha de carregamento não puderem atingir 100% de controle efetivo sobre falhas de sobrecarga e descarga de baterias de lítio, o uso de materiais compostos orgânicos para corpos de fusíveis de alta tensão não é uma solução cientificamente sólida ou segura.
A solução superior: 95% de cerâmica de alumina
<Falha no fusível EV orgânico antes e depois do incidente>
Uma pesquisa de segurança abrangente realizada entre mais de 50 empresas domésticas de integração de EV e baterias mostrou que 97% dos usuários endossaram a opção "tubo não combustível" e 64% aprovaram especificamente "tubos cerâmicos de alta resistência".
Com base nessa clara preferência do usuário por segurança absoluta, nós da GONGFU Fuse fizemos a escolha decisiva de abandonar os materiais compostos orgânicos que usamos por oito anos. Em vez disso, atualizamos para cerâmica de 95% de alumina (Al₂O₃ Corindo) de alto isolamento, resistente a altas temperaturas e não combustível para nossos corpos de fusíveis. Com a segurança absoluta dos veículos elétricos como nosso principal objetivo, implementamos essa atualização de produto em nossas linhas de produção em massa.
Tabela 1: Comparação de desempenho de materiais de corpo de fusível automotivo
| Material do tubo | Temp. de distorção de calor (°C) | Resistência à flexão (MPa) | Resistência dielétrica (KV/mm) |
|---|---|---|---|
| Tubo moldado fenólico | 120-130 | 80 | 2 |
| Tubo laminado de melamina | 150-180 | 180 | 6 |
| Tubo enrolado de fibra de vidro epóxi | 120 | 290 | 10 |
| Tubo cerâmico de 95% de alumina | 1650 | 280-320 | 22 |
A razão pela qual nossos fusíveis da marca GFEFUSE, incluindo as séries 5H20L, 5H30L, 5H38L, H10H, H14FE, H14FA, 7H30L, 7H38L, 10H30L e 10H38L, escolhem cerâmica é comprovada por testes rigorosos. Durante um teste de arco, enquanto os terminais do fusível foram danificados pelo arco, o tubo de cerâmica de alumina a 95% permaneceu completamente intacto, resistindo ao teste severo de alta temperatura. Não vimos casos de rachaduras, flashover de arco ou combustão com nossos fusíveis de tubo de cerâmica, provando que a escolha de cerâmica de alta resistência com 95% de alumina é a solução correta e racional para a fabricação de fusíveis automotivos de alta tensão.
Testes recentes de acordo com a certificação de segurança obrigatória CCC da China mostraram um fusível automotivo de alta tensão de 500V/400A completando todo o processo de interrupção do arco de fusão em apenas 7,22 milissegundos quando submetido a uma corrente de curto-circuito de 20KA. Isso confirma totalmente que os fusíveis de tubo cerâmico não são apenas resistentes a altas temperaturas e não combustíveis, mas também possuem desempenho excepcional, com uma limitação de corrente de 9,43KA e um tempo de extinção de arco de 5,49 ms.
Uma recomendação final para segurança
Após recentes incidentes de incêndio em veículos elétricos, o Ministério da Indústria e Tecnologia da Informação da China emitiu avisos para investigações abrangentes de riscos à segurança. Esperamos que, ao ler este artigo, os fabricantes de veículos e baterias prestem muita atenção à estrutura do material e à seleção adequada de fusíveis de alta tensão durante suas verificações de segurança. Não presuma que a simples instalação de qualquer fusível torna o sistema "segurado" e seguro; A investigação deve começar garantindo que o fusível em si seja "à prova de fogo".
<Fusível cerâmico CCC Oscilograma de teste de curto-circuito>
Também recomendamos que os fabricantes de baterias não instalem fusíveis de alta tensão dentro da caixa da bateria. É muito melhor isolá-los em um recinto separado e independente. Isso não é apenas mais seguro, mas também mais conveniente para inspeção e substituição, eliminando a necessidade de desmontagem frequente da bateria principal. Afinal, uma vez que os EVs são vendidos em grande número, as pessoas que substituem essas peças consumíveis geralmente não são profissionais.
Sobre a DONGGUAN GONGFU ELECTRONICS CO., LTD.
Como desenvolvedora e designer dedicada, a GONGFU Electronics fornece soluções completas para fusíveis, porta-fusíveis, fusíveis automotivos, porta-fusíveis automotivos, fusíveis CC, fusíveis fotovoltaicos e fusíveis de armazenamento de energia.