A capacidade de interrupção e a velocidade de resposta dos fusíveis nos veículos elétricos são de vital importância. Afetam diretamente a segurança do veículo em caso de falha, o efeito de proteção do equipamento e a estabilidade do sistema.
I. A importância da capacidade-de extinção do arco
A capacidade-de extinção de arco refere-se à capacidade máxima de um fusível de cortar a corrente de falha quando há um curto-circuito ou sobrecarga. Geralmente é medido em quiloamperes (kA). A corrente de curto-circuito do sistema de alta-tensão em veículos elétricos (como baterias, controladores de motor) pode atingir vários milhares ou até dezenas de milhares de amperes. Se a capacidade-de extinção de arco do fusível for insuficiente, poderão ocorrer as seguintes consequências:
Risco de danos ao equipamento
O enorme calor gerado pela corrente de curto-circuito pode destruir instantaneamente componentes elétricos (como enrolamentos de motores, dispositivos semicondutores de potência) e até mesmo provocar falhas na cadeia.
O arco de corrente contínua de alta-tensão não tem ponto de cruzamento zero{1}}natural e sua extinção é muito mais difícil do que a da corrente alternada. Se a capacidade de interrupção do fusível for insuficiente, o arco poderá continuar a queimar, inflamando a fiação circundante ou os materiais de isolamento, causando um incêndio no veículo.
Paralisia do sistema
Depois que o fusível queimar, ele precisará ser substituído. Se a capacidade de interrupção for insuficiente, causando a explosão do fusível ou danificando outros componentes, o custo e o tempo de reparo aumentarão significativamente e até afetarão a segurança geral do veículo.
Requisitos da indústria:
Os fusíveis dos veículos elétricos precisam estar em conformidade com os padrões internacionais. A capacidade de interrupção geralmente precisa estar acima de 5kA - 20kA para cobrir cenários de falha extremos.
II. A importância da velocidade de resposta
A velocidade de resposta refere-se ao tempo que um fusível leva para detectar uma sobrecorrente e desligar completamente o circuito, geralmente medido em milissegundos (ms). O sistema de-alta tensão dos veículos elétricos tem requisitos extremamente elevados de velocidade de resposta, pelos seguintes motivos:
Evitar danos térmicos ao equipamento
O tempo de resistência ao calor dos componentes elétricos (como módulos IGBT, enrolamentos do motor) é limitado. Por exemplo, os enrolamentos do motor podem atingir a temperatura danificada em apenas 10 ms sob corrente de curto-circuito. Se a resposta do fusível for muito lenta, o equipamento pode ter sido danificado permanentemente.
Suprimir a energia do arco
A energia de um arco de corrente contínua é proporcional ao quadrado da corrente e do tempo. O corte rápido da corrente pode reduzir significativamente a energia do arco e reduzir o risco de incêndio.
Mantendo a estabilidade do sistema
O sistema de gerenciamento de bateria (BMS) e a unidade de controle do motor (MCU) dos veículos elétricos precisam monitorar a corrente em tempo real. Se o fusível responder muito lentamente, a corrente de falha poderá acionar outros dispositivos de proteção (como a desconexão do contator), causando mau funcionamento ou falha do sistema.
Requisitos da indústria:
O tempo de resposta de fusíveis de alto-desempenho normalmente é controlado dentro de 1ms - 5ms. Alguns fusíveis ativos ou fusíveis inteligentes podem ser ainda mais reduzidos para o nível de 0,1 ms.
III. Efeito Sinérgico da Capacidade de Quebra e Velocidade de Resposta
Cenários típicos de aplicação
Proteção contra curto-circuito da bateria: O fusível precisa cortar correntes acima de 10kA em 3ms para evitar fuga térmica da bateria.
Proteção do sistema de carregamento: A interface de carregamento rápido requer que o fusível quebre a corrente de 5kA em 5ms para evitar danos à estação de carregamento ou ao módulo de carregamento do veículo.
Proteção do controlador do motor: O fusível precisa funcionar em conjunto com o contator para cortar a corrente de falha dentro de 1 ms para evitar que o módulo IGBT queime.
Desafios Técnicos
Dificuldade na quebra de CC: os arcos CC não têm ponto de cruzamento-zero, portanto, projetos especiais (como sopro magnético e preenchimento de areia) são necessários para acelerar a extinção do arco.
Equilíbrio entre velocidade de resposta e vida útil: a resposta rápida pode reduzir a vida útil do fusível, portanto, a otimização do material (como ligas de baixo-ponto de fusão-) e a melhoria estrutural (como o gatilho bimetálico) são necessárias para alcançar um equilíbrio.
