Primeiro, deve possuir características de proteção de ação rápida DC para interromper rapidamente sobrecargas severas e correntes de curto-circuito. Segundo, deve ser compacto, resistente a vibrações, durável e estruturalmente intercambiável. Terceiro, e mais criticamente mas frequentemente negligenciado, o material do tubo fusível deve possuir resistência a altas temperaturas e ser não combustível e não inflamável.
Fusíveis automotivos de alta voltagem operam a longo prazo em espaços fechados e apertados, sem resfriamento eficaz. Isso é especialmente verdadeiro quando compartilham um ambiente fechado e de alta temperatura com o pacote de baterias. Uma seleção inadequada do material pode levar à fusão térmica e à combustão do corpo fusível. Como diz o ditado, "o que te faz também pode te quebrar." Para garantir a segurança abrangente, a escolha correta dos fusíveis de alta voltagem automotiva deve ser tratada com extrema importância e cuidadosa consideração.
Por que os fusíveis são a Standard para a proteção da bateria de veículos elétricos
O uso de fusíveis de alta voltagem para a principal proteção contra sobrecorrente dos sistemas de baterias de lítio em veículos elétricos baseia-se, por um lado, nos claros requisitos da norma nacional GB/T18384.1. Mais importante ainda, isso ocorre porque, quando ocorre uma sobrecarga grave ou falha de curto-circuito no sistema de bateria de lítio, é necessário um "portal" robusto e confiável para cortar e eliminar a energia extremamente destrutiva do curto-circuito, prevenindo efetivamente a escalada e a propagação de acidentes de sobrecorrente de alta voltagem.
Devido ao espaço limitado nos veículos, é impraticável instalar disjuntores DC volumosos e caros. Portanto, o uso de fusíveis DC compactos, relativamente baratos e de fácil instalação como 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 micro-ohm do próprio fusível é insignificante. Quando o sistema de bateria sofre uma sobrecarga severa ou corrente de curto-circuito de vários milhares de amperes, o elemento prateado e a areia de quartzo trabalham juntos para completar todo o processo de "extinção-interrupção por arco de fusão" em milissegundos, absorvendo e dissipando toda a corrente de surto de alta voltagem e o calor de alta energia dentro do corpo do fusível.
Durante esse processo, o tubo fusível deve suportar a pressão de expansão de 200-300 MPa gerada pelo arco interno de alta tensão, bem como o calor radiante superior a 1000°C. Se o material do tubo não tiver resistência mecânica suficiente em altas temperaturas, ele se romperá, explodirá e ejetará um arco, levando à carbonização e combustão em alta temperatura.
O Perigo Oculto: Corpos Fusíveis Orgânicos
Após 2014, com o crescimento significativo na produção de veículos elétricos e o aumento da capacidade energética das baterias de energia, a falha fatal do uso de materiais orgânicos para corpos fusíveis começou a ser exposta em vários incidentes. Usuários relataram múltiplos casos de combustão de corpo fusível envolvendo tubos compostos orgânicos, ocorrendo principalmente durante o processo de carregamento de ônibus elétricos com sistemas acima de 500V.
Fatores como a durabilidade da bateria exceder a garantia, o uso de uma base de material orgânico para o fusível, parafusos condutores frouxos ou o corpo do fusível muito próximo da parede metálica da carcaça podem causar arcos elétricos acidentais e incêndio. Anteriormente, devido a informações incompletas nos locais do acidente 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 analisados profundamente como causas raízes.
Por que um corpo de fusível composto orgânico derreteria e incendiaria enquanto o elemento interno de prata e a areia de quartzo permaneciam em grande parte intactos? De onde veio esse forte surto de curto-circuito? Essas questões não apenas levaram a uma confusão prolongada e debates entre fornecedores e clientes, mas também geraram dúvidas públicas e ansiedade sobre a segurança dos veículos elétricos de nova energia.
Pesquisas aprofundadas sobre o fenômeno de autoignição de corpos fusíveis orgânicos revelaram que a temperatura de distorção térmica dos materiais compostos orgânicos é geralmente abaixo de 200°C. Quando operam por longos períodos no ambiente fechado e de alta temperatura de uma bateria ou caixa de alta voltagem, especialmente quando instalado em um canto com ventilação ruim, o material sofre um envelhecimento térmico significativo. Isso leva a uma queda gradual tanto na resistência mecânica quanto na do isolamento.
A sobrecarga descontrolada é particularmente comum em barramentos elétricos carregando em altas tensões (acima de 500V). O surto de curto-circuito resultante de vazamento de bateria ou rompimento do capacitor devido à sobrecarga pode impactar os relés e fusíveis ao contrário, causando um pico rápido na temperatura interna. Isso acelera a degradação do tubo orgânico. Quando a temperatura ambiente ultrapassa o ponto de fusão do material, o corpo fusível carboniza rapidamente, transformando a camada isolante original em uma 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 autoinflame. Isso, por sua vez, inflama os cabos elétricos dentro da caixa de alta voltagem, levando a um incêndio total no veículo. Segundo testemunhas oculares, todo o processo pode levar apenas alguns segundos, mas a energia destrutiva é impressionante.
<Sequência de falha de um fusível de EV composto orgânico>
<Sequência de falha de um fusível de EV composto orgânico>Essa teoria foi finalmente confirmada pelo relatório de investigação sobre o incêndio no ônibus elétrico "4.26" de Shenzhen, divulgado em 9 de agosto de 2015. Um painel de 14 especialistas dos campos doméstico de veículos elétricos, baterias de energia, elétrica e carregamento concluiu que "o acidente foi causado por sobrecarga da bateria de energia, levando a vazamento de bateria, curto-circuito e, por fim, incêndio." Essa descoberta revelou a razão profunda dos 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 barramentos elétricos causada por curto-circuito de sobrecarga de baterias ou capacitores, a cena é a mesma: um arco de ultra-alta temperatura 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 5mm da caixa de alta voltagem. Isso indica temperaturas superiores a 1200°C. Em um ambiente assim, um tubo composto orgânico com classificação para apenas 200°C é instantaneamente incinerado. Embora remanescência do elemento interno e da areia possam permanecer, a função protetora do fusível é completamente perdida.
Portanto, concluímos que, enquanto o BMS e os sistemas de gerenciamento de estacas de carga não conseguirem alcançar controle 100% eficaz sobre falhas de sobrecarga e superdescarga de baterias de lítio, o uso de materiais compósitos orgânicos para corpos fusíveis de alta voltagem não é uma solução cientificamente correta ou segura.
A Solução Superior: Cerâmica de Alumina 95%
<Falha do fusível orgânico do veículo elétrico antes e depois do incidente>
Uma pesquisa abrangente de segurança realizada com mais de 50 empresas domésticas de integração de veículos elétricos e baterias mostrou que 97% dos usuários endossaram a opção de "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 tomamos a decisão decisiva de abandonar os materiais compósitos orgânicos que usávamos por oito year. Em vez disso, atualizamos para cerâmica de alta isolação, alta resistência a altas temperaturas e não combustível de 95% de Allúmina (Al₂O₃ Corindum) Para nossos corpos fusíveis. Com a segurança absoluta dos veículos elétricos como nosso principal objetivo, implementamos essa atualização de produto em todas as nossas linhas de produção em massa.
Tabela 1: Comparação de Desempenho dos Materiais da Carroceria dos Fusíveis Automotivos
| Material de Tubos | Distorção do Calor Temperatura (°C) | Resistência à Flexão (MPa) | Resistência Dielétrica (KV/mm) |
|---|---|---|---|
| Tubo Fenólico Moldado | 120-130 | 80 | 2 |
| Tubo Laminado de Melamina | 150-180 | 180 | 6 |
| Tubo enrolado em fibra de vidro epóxi | 120 | 290 | 10 |
| Tubo Cerâmico de 95% de Allumina | 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 elétrico, embora os terminais do fusível tenham sido danificados pelo arco, o tubo cerâmico de alumina 95% permaneceu completamente intacto, resistindo ao severo teste de alta temperatura. Não vimos nenhum caso de trincadura, arco de flash ou combustão com nossos fusíveis de tubo cerâmico, provando que escolher cerâmica de alta resistência com 95% de Alumina é a solução correta e racional para fabricar fusíveis automotivos de alta tensão.
Testes recentes, segundo a certificação obrigatória de segurança da 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 limitação de corrente de 9,43KA e tempo de extinção por arco de 5,49ms.
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 dos materiais e à escolha adequada dos fusíveis de alta voltagem durante suas verificações de segurança. Não presuma que simplesmente instalar qualquer fusível torna o sistema "segurado" e seguro; A investigação deve começar garantindo que o próprio fusível seja "à prova de fogo".
<Oscilograma de Teste de Curta-Circuito CCC com fusível cerâmico>
Também recomendamos que os fabricantes de baterias não instalem fusíveis de alta voltagem dentro da caixa da bateria. É muito melhor isolá-los em um terrário separado e independente. Isso não só é mais seguro, mas também mais conveniente para inspeção e substituição, eliminando a necessidade de desmontagem frequente do pacote principal de baterias. Afinal, uma vez que os VE são vendidos em grande quantidade, as pessoas que substituem essas peças consumíveis geralmente não são profissionais.
Sobre a DONGGUAN GONGFU ELECTRONICS CO., LTD.
Como desenvolvedora e projetista dedicada, a GONGFU Electronics oferece soluções completas para fusíveis, portafusíveis, fusíveis automotivos, portafusíveis automotivos, fusíveis DC, fotovoltaicos e fusíveis de armazenamento de energia.