Pourquoi des tubes en céramique isolés sont-ils utilisés dans les fusibles-haute tension des véhicules électriques ?

À mesure que les véhicules à énergie nouvelle évoluent vers des capacités de charge à haute-tension,-courant élevé et-rapide, leurs systèmes électriques à haute-tension imposent des exigences de plus en plus strictes en matière de composants de protection des circuits. Servant d'éléments de protection essentiels dans les systèmes de batterie, les onduleurs et les circuits de distribution d'énergie à haute -tension, les fusibles à haute tension-doivent interrompre rapidement les courants de défaut lors d'événements de court-circuit ou de surintensité grave.

 

Au cours de ce processus, le fusible s'appuie non seulement sur son élément interne pour interrompre le courant, mais également sur l'action coordonnée du corps du tube isolant, du moyen d'extinction d'arc-et des structures terminales pour gérer l'arc électrique. Par conséquent, les tubes en céramique isolés dans les fusibles EV sont bien plus qu’un simple manchon de protection externe ; il s'agit d'un composant structurel fonctionnel essentiel du fusible haute -tension.

 

 

 

Le tube en céramique isolé dans les fusibles EV- également connu sous le nom de corps en céramique de fusible EV ou tube en céramique d'alumine pour fusibles-est généralement installé à l'intérieur des fusibles haute tension-automobiles pour loger l'élément fusible et les composants internes associés. Dans des conditions normales de fonctionnement, le tube en céramique doit fournir une isolation électrique stable aux pièces conductrices internes tout en conservant une résistance mécanique suffisante. Lorsqu'un court-circuit ou une surintensité grave se produit dans le système haute tension -d'un véhicule à énergie nouvelle, l'élément fusible fond et coupe le circuit. Ce processus peut générer des arcs électriques-à haute température ; le tube en céramique doit rester structurellement stable dans cet environnement -à haute température et sujet aux arcs-et fonctionner en conjonction avec le moyen d'extinction d'arc interne du fusible-pour aider à contrôler l'arc.

 

Par conséquent, le tube céramique isolant joue un rôle actif dans le processus d'interruption du courant de défaut -du fusible. Les spécifications des produits pour les fusibles EV indiquent que des tubes en céramique à haute teneur en alumine-sont utilisés pour résister à l'exposition à l'arc et aux températures élevées tout en servant de support structurel pour l'élément fusible interne.

 

 

L'environnement de fonctionnement des fusibles haute-tension dans les véhicules à énergie nouvelle diffère considérablement de celui des fusibles basse tension-standard. Les systèmes de batteries de puissance des véhicules à énergie nouvelle fonctionnent souvent sur des plates-formes à haute tension de plusieurs centaines de volts ou plus et sont capables de fournir des courants de court-circuit massifs. Lorsque le fusible interrompt un courant de défaut, il est soumis à des charges thermiques intenses et à des arcs électriques.

 

Par conséquent, le corps du tube fusible nécessite une résistance thermique élevée, une excellente isolation électrique et une stabilité mécanique. Bien que les matériaux plastiques offrent une isolation, des problèmes tels que le ramollissement et la décomposition thermique surviennent dans des environnements à température-extrêmement élevée et à arcs électriques. Les matériaux métalliques possèdent une résistance mécanique élevée mais sont conducteurs d’électricité, ce qui les rend impropres à la fonction d’isolation requise. Les céramiques, cependant, offrent une combinaison d'isolation électrique élevée, de résistance aux températures élevées-et de stabilité mécanique supérieure, ce qui en fait un choix courant pour isoler les corps de tubes dans les fusibles haute-tension. Les spécifications de l'industrie citent fréquemment des céramiques d'alumine de haute-pureté pour les corps de fusibles des véhicules électriques, soulignant leurs propriétés isolantes,-résistantes à la chaleur et à l'arc-.

 

 

Parmi les matériaux céramiques électriques, l’alumine offre un excellent équilibre de propriétés. Les céramiques d'alumine de haute-pureté présentent généralement une résistivité électrique, une rigidité diélectrique, une résistance thermique et une résistance mécanique élevées, ce qui les rend adaptées aux composants structurels qui nécessitent une isolation électrique et une stabilité thermique. Pour un tube en céramique destiné à un fusible EV DC, le matériau doit répondre simultanément à plusieurs exigences de performances. Le premier est l’isolation électrique : le tube en céramique doit empêcher les connexions électriques indésirables entre les éléments conducteurs internes et les composants métalliques externes. Deuxièmement, la résistance à la chaleur : pendant le processus de fusion, l'élément fusible chauffe rapidement et génère un arc électrique, obligeant le tube en céramique à conserver son intégrité structurelle. Troisièmement, les performances mécaniques : comme les véhicules à énergies nouvelles sont soumis aux vibrations de la route, aux chocs et aux fluctuations de température lors d'un fonctionnement à long terme-, le tube en céramique interne ne doit pas facilement se fissurer ou se briser.

 

Certains produits industriels utilisent 95 % ou 99 % de céramique d'alumine comme système de matériaux pour les corps de fusibles EV haute tension. Des formulations céramiques spécifiques doivent être sélectionnées en fonction de la structure du fusible, de la tension nominale, de la méthode d'extinction de l'arc-et du processus de fabrication.

 

 

 

C'est l'une des principales différences entre les tubes en céramique de la série EV BS et les manchons isolants standard. Lorsque l'élément fusible se rompt, le circuit ne passe pas instantanément à un état de courant nul. Le contrôle de l'arc est particulièrement critique pour les systèmes CC à haute tension-. Les systèmes haute tension -des véhicules à énergie nouvelle (NEV) utilisent le courant continu (CC) ; contrairement au courant alternatif (AC), les arcs DC ne passent pas naturellement par un point de courant nul-. Par conséquent, le fusible doit contrôler activement l'arc grâce à sa conception structurelle et à l'utilisation de moyens d'extinction d'arc-.

 

Dans de nombreux fusibles haute-tension, l'intérieur du tube en céramique est rempli de matériaux d'extinction d'arc-, tels que du sable de quartz. Lorsque l'élément fusible fond et génère un arc, le tube en céramique et la charge d'extinction d'arc - travaillent ensemble pour absorber la chaleur, refroidir l'arc et contrôler le canal d'arc. Les spécifications techniques des fusibles EV indiquent que la combinaison de tubes en céramique à haute teneur en alumine{{5}avec du sable de quartz de haute pureté comme moyen d'extinction de l'arc-est une configuration structurelle courante pour les fusibles automobiles à haute-tension.

 

 

Le système de batterie de traction d'un véhicule à énergie nouvelle comprend généralement des bornes positives et négatives à haute-tension ainsi que divers composants de connexion électrique à haute-tension. Un défaut d'isolation peut entraîner des fuites de courant, des courts-circuits ou d'autres problèmes de sécurité électrique.
Par conséquent, les tubes en céramique utilisés dans les fusibles doivent maintenir des performances d'isolation stables tout au long du cycle de vie du produit.
La stabilité du matériau céramique est particulièrement critique lorsque le composant est soumis à la présence simultanée de températures élevées, d’une humidité élevée, de vibrations et de contraintes de tension.

Par conséquent, lors de l’achat de tubes en céramique pour les fusibles de véhicules électriques, il ne faut pas se concentrer uniquement sur la couleur et l’apparence ; il est également essentiel de prendre en compte le système de matériaux, les propriétés diélectriques, la précision dimensionnelle et les exigences en matière de tests de produits.

 

 

Bien que la céramique possède d’excellentes propriétés de résistance à la chaleur et d’isolation, le matériau lui-même est intrinsèquement fragile.
Par conséquent, la résistance mécanique et la résistance aux chocs thermiques sont tout aussi importantes pour les tubes en céramique destinés aux fusibles des chargeurs de véhicules électriques. Les véhicules sont soumis aux vibrations de la route, aux chocs mécaniques et aux variations de température lors d'un fonctionnement à long terme. Des défauts internes, des fissures ou une instabilité dimensionnelle du tube en céramique peuvent compromettre la fiabilité de l'ensemble du fusible.

 

Par conséquent, le processus de fabrication nécessite un contrôle strict de la pureté des matières premières, de la densité de formation, de la qualité du frittage et de la qualité des étapes de traitement ultérieures. La vérification de la qualité du corps en céramique implique souvent de tester la résistance à la flexion, la résistance aux cycles thermiques et d'autres paramètres.

 

 

 

Les tubes en céramique servent non seulement d'isolants, mais également de boîtiers pour l'élément fusible et le moyen d'extinction d'arc-. Par conséquent, les dimensions telles que le diamètre intérieur, le diamètre extérieur, la longueur et les spécifications de la face d'extrémité-ont un impact direct sur l'assemblage final du fusible. Un diamètre intérieur trop petit peut gêner l'assemblage des composants internes, tandis qu'un diamètre trop grand peut altérer le volume interne et les caractéristiques d'extinction de l'arc-. De plus, la longueur et les dimensions de la face d'extrémité-doivent correspondre précisément aux embouts métalliques, aux bornes de connexion et aux autres composants structurels.

 

Par conséquent, les tubes céramiques haute tension-pour les fusibles de véhicules électriques et hybrides sont généralement des composants structurels en céramique hautement personnalisés.

 

 

Les tubes en céramique pour fusibles de stockage d'énergie sont principalement utilisés pour la protection des circuits haute tension-dans les véhicules à énergie nouvelle. Les applications incluent les circuits de batterie de traction principaux, les circuits auxiliaires à haute tension-, la protection des onduleurs, les-chargeurs embarqués (OBC) et les systèmes de distribution d'énergie à haute-tension. Certains fusibles EV de qualité automobile-utilisent déjà des structures de tubes en céramique conçues spécifiquement pour fournir une protection contre les surcharges et les courts-circuits-pour les véhicules électriques et hybrides.

 

À mesure que les plates-formes haute tension-dans les véhicules à énergie nouvelle évoluent, les tubes en céramique doivent s'adapter à des tensions et des courants nominaux plus élevés, ainsi qu'à des environnements thermiques plus exigeants.

 

 

 

Bien que les environnements d'exploitation des véhicules électriques (VE) et des systèmes de stockage d'énergie diffèrent, les deux impliquent une protection des circuits CC haute tension. Les groupes de batteries, les systèmes de conversion de puissance (PCS) et les circuits de distribution CC au sein des systèmes de stockage d'énergie nécessitent également une protection fiable contre les surintensités.

 

Par conséquent, les tubes en céramique conçus pour les fusibles haute tension-peuvent également être appliqués aux nouveaux systèmes de stockage d'énergie, à l'électronique de puissance et à certaines infrastructures de recharge. Cela étend l'application commerciale du corps en céramique de fusible pour véhicules électriques au-delà de la seule industrie automobile.

 

 

À mesure que les véhicules à énergie nouvelle évoluent vers des plates-formes de 800 V et de tension supérieure, les exigences en matière de matériaux d'isolation, de performances d'extinction d'arc-et de cohérence dimensionnelle des composants de protection électrique à haute-tension deviendront de plus en plus strictes. Avenirtubes en céramique isolés dans les fusibles EVmettra probablement davantage l’accent sur la pureté des matériaux, la précision dimensionnelle, la résistance aux chocs thermiques, la fiabilité mécanique et la compatibilité avec les processus d’assemblage automatisés.

 

Pour les fabricants de tubes en céramique, la capacité de produire un tube cylindrique de base n'est plus suffisante pour répondre aux normes d'application-de qualité automobile. La formulation des matériaux, les processus de formage, le contrôle du frittage, l’usinage de précision et les capacités d’inspection de la qualité deviendront des facteurs critiques pour la compétitivité des produits.

 

Les tubes en céramique isolés servent de composants isolants et structurels essentiels dans les fusibles haute tension-pour les véhicules à énergie nouvelle. Ils doivent simultanément répondre aux exigences d'isolation électrique, de résistance aux températures élevées, de support mécanique et de stabilité dans les environnements sujets aux arcs, en travaillant de concert avec l'élément fusible, le moyen d'extinction d'arc et les embouts métalliques pour interrompre les courants de défaut à haute tension. Pour les fabricants de fusibles pour véhicules électriques et les entreprises acheteuses, la sélection des matériaux céramiques, des spécifications dimensionnelles et des processus de fabrication appropriés est fondamentale pour garantir le fonctionnement stable des fusibles haute tension-.