La última línea de defensa en sistemas de almacenamiento de energía: análisis de tecnología de fusibles de CC

En los sistemas de almacenamiento de energía, los fusibles de CC, como componentes de protección críticos, tienen la responsabilidad principal de interrumpir rápidamente la corriente de falla en condiciones extremas de cortocircuito-. Logran el aislamiento físico del circuito a través del mecanismo de fusión térmica del elemento fusible en condiciones de sobrecarga o cortocircuito-, y presentan una velocidad de respuesta rápida, alta capacidad de ruptura y una sólida confiabilidad estructural. Especialmente en sistemas de CC de alto-voltaje, cuando se combinan con materiales de alto-aislamiento, como cerámica para fusibles automotrices de CC, el nivel de seguridad general del sistema se puede mejorar significativamente.

 

 

 

Un fusible de CC de almacenamiento de energía típico consta de tres partes: el elemento fusible, la carcasa y el medio extintor de arco. El elemento fusible generalmente está hecho de materiales a base de plata o cobre-y la posición y el tiempo de fusión se controlan a través de un diseño de estructura de múltiples-cuello. La carcasa está hecha principalmente de materiales cerámicos de alta-resistencia, como 95% de cerámica de aluminio, para soportar la alta temperatura y la tensión mecánica generada en el momento de la fusión. El relleno interno de arena de cuarzo se utiliza para absorber rápidamente la energía del arco, logrando una extinción efectiva del arco.

 

Cuando la corriente excede el valor nominal y se acumula hasta una cierta energía (I²t), el elemento fusible rápidamente se funde y se vaporiza para formar una rotura. Luego el arco eléctrico se rompe y se extingue por la acción de la arena de cuarzo; todo el proceso se puede completar en microsegundos. Similar al diseño estructural de un tubo cerámico para fusibles de alto voltaje, esto previene eficazmente el reencendido del arco en entornos de alto-voltaje, lo que garantiza la seguridad del sistema.

 

 

Los fusibles de CC para almacenamiento de energía suelen clasificarse según la norma IEC 60269. Según la capacidad de ruptura y el escenario de aplicación, se pueden dividir en los tipos gG, aR, gR y gPV. Entre estos, los tipos gR y gG son adecuados para la protección de buses y grupos de baterías, mientras que el tipo aR se utiliza principalmente para la protección de semiconductores de potencia.

 

En los sistemas de CC de alto-voltaje, la estabilidad estructural de los fusibles depende en gran medida del aislador cerámico, como el cuerpo cerámico para el fusible de protección contra sobrecargas y cortocircuitos. Este aislador no sólo proporciona soporte mecánico sino que también desempeña un papel crucial en el aislamiento eléctrico, formando una base importante para lograr una alta capacidad de ruptura.

 

 

Según su forma estructural, los fusibles de CC para almacenamiento de energía se dividen principalmente en tres categorías: tipo de tubo redondo, tipo cuboide y tipo de placa plana.

 

Los fusibles de tipo tubo redondo utilizan principalmente una estructura de tubo cerámico, como el tubo cerámico para fusible CC EV, adecuado para escenarios de aplicación estandarizados; Los fusibles de tipo cuboide se fijan con pernos y son adecuados para sistemas de alta corriente y alto voltaje. Su estructura interna suele utilizar una carcasa cerámica de alta-densidad para mejorar la disipación del calor y la resistencia mecánica.

 

Los fusibles de placa plana (tipo cuchilla) se utilizan principalmente dentro de los módulos de batería. Su estructura de baja-altura facilita un diseño compacto. En algunos sistemas altamente integrados, los fusibles también se pueden integrar con cajas de alto-voltaje como unidades modulares. Los componentes estructurales cerámicos, como la carcasa cerámica para el eslabón fusible, garantizan el rendimiento del aislamiento y al mismo tiempo consideran la compacidad estructural y la confiabilidad.

 

 

El rendimiento de un fusible de CC está determinado principalmente por parámetros como la integral de Joule (I²t), la tensión nominal, la corriente nominal y el poder de corte. I²t refleja la capacidad de resistencia energética de un fusible y es un indicador clave para evitar fallos de funcionamiento. El voltaje nominal debe coincidir con el nivel de voltaje del sistema para evitar que el arco se vuelva a encender después de que se haya fundido el fusible.

 

En entornos operativos de alta-temperatura, la estabilidad de los materiales cerámicos es particularmente importante. Por ejemplo, el cuerpo fundido cerámico de esteatita eléctrica aislante posee excelentes propiedades de aislamiento y resistencia al calor, lo que garantiza un funcionamiento estable a largo plazo-del fusible en entornos superiores a 50 grados. Simultáneamente, el poder de corte debe cubrir la corriente máxima de cortocircuito-del sistema; Actualmente, los principales sistemas de almacenamiento de energía suelen utilizar productos con una capacidad de corte de 100 kA o más.

 

 

En los sistemas de almacenamiento de energía, los fusibles de CC se colocan principalmente en nodos clave, como el terminal positivo de los grupos de baterías, la barra colectora y el lado de CC del PCS. En el lado del grupo de baterías, se utilizan para aislar fallas de un solo-grupo; en el lado de la barra colectora, brindan protección a nivel de sistema-; y por el lado de los PCS, protegen dispositivos de potencia como los IGBT.

 

Diferentes lugares de aplicación requieren diferentes diseños estructurales. Por ejemplo, en escenarios de integración de vehículos eléctricos y almacenamiento de energía, los fusibles cerámicos para vehículos eléctricos e híbridos se utilizan a menudo como material aislante central para cumplir con los requisitos de confiabilidad en entornos de alta vibración, alta temperatura y alto voltaje.

 

 

 

La selección de fusibles requiere una consideración exhaustiva de la adaptación de voltaje, la adaptación de corriente, la coordinación I²t y la capacidad de corte. La corriente nominal generalmente se selecciona entre 1,2 y 1,5 veces la corriente operativa máxima del sistema, considerando también la reducción de temperatura. Además, en los sistemas de protección multi-niveles, se debe garantizar la coordinación selectiva, lo que significa que los fusibles de nivel-inferior deben funcionar primero.

 

En cuanto a la selección estructural, se recomienda que los sistemas de alto-voltaje utilicen una estructura cúbica combinada con materiales cerámicos de alta-resistencia, como la cerámica de alúmina para Bolted Connect EV Fuse, para garantizar una excelente estabilidad mecánica y rendimiento de aislamiento ante altas sobretensiones.

 

 

A medida que los sistemas de almacenamiento de energía evolucionan hacia niveles de voltaje más altos (por encima de 1500 V), se imponen mayores requisitos a la capacidad de extinción del arco-y al rendimiento del material de los fusibles. Los productos futuros evolucionarán hacia una mayor capacidad de corte, miniaturización e inteligencia, como la integración de funciones de indicación de fusibles y monitoreo remoto.

 

A nivel de materiales, la aplicación de cerámicas de alúmina de alta-pureza y estructuras cerámicas compuestas mejorará aún más el rendimiento. Estructuras como el tubo cerámico para el enlace fusible del cargador de vehículos eléctricos y el cuerpo cerámico para la serie atornillada con fusibles se están convirtiendo gradualmente en soluciones convencionales en el campo de la protección de CC de alto-voltaje.
 

 

 

Como dispositivo de protección central en sistemas de almacenamiento de energía, el rendimiento de los fusibles de CC afecta directamente la seguridad y estabilidad del sistema. Con el rápido desarrollo de las industrias de vehículos eléctricos y almacenamiento de energía, la demanda de componentes estructurales de fusibles con alta confiabilidad y alto rendimiento de aislamiento continúa creciendo.

 

Centrándonos en esta tendencia, nos concentramos en la investigación, el desarrollo y la fabricación de componentes estructurales cerámicos de alto-rendimiento, brindando múltiples soluciones de series de productos, que incluyenCuerpo de cerámica del fusible EV, Cuerpo cerámico para fusible EV y cuerpo cerámico para fusible auxiliar de vehículo eléctrico. Aprovechando la tecnología madura de cerámica de alúmina y las capacidades de fabricación de precisión, puede proporcionar aislamiento y soporte estructural estable y confiable para fusibles de CC de alto-voltaje, cumpliendo con los estrictos requisitos de aplicación de nueva energía, vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía.