كيفية اختيار صمامات التيار المستمر عالية الجهد للسيارات: دليل لمنع حرائق المركبات الكهربائية

يعد فتيل الجهد العالي مكونا كهربائيا أساسيا لحماية التيار الزائد لنظام بطارية الطاقة في EV. لكي تكون مناسبة لتطبيق التيار المستمر النقي الفريد في السيارات الكهربائية ، يجب أن تفي بعدة معايير. أولا ، يجب أن تتمتع بخصائص حماية سريعة المفعول للتيار المستمر لمقاطعة الأحمال الزائدة الشديدة وتيارات ماس كهربائى بسرعة. ثانيا ، يجب أن تكون مضغوطة ومقاومة للاهتزاز ومتينة وقابلة للتبديل هيكليا. ثالثا ، والأهم من ذلك أنه غالبا ما يتم تجاهله ، يجب أن تمتلك مادة أنبوب الصمامات مقاومة لدرجات الحرارة العالية وأن تكون غير قابلة للاحتراق وغير قابلة للاشتعال.

تعمل الصمامات عالية الجهد للسيارات على المدى الطويل في الأماكن المغلقة والضيقة دون تبريد فعال. هذا صحيح بشكل خاص عندما يتشاركون بيئة مغلقة ذات درجة حرارة عالية مع حزمة البطارية. يمكن أن يؤدي الاختيار غير الصحيح للمواد إلى الذوبان الحراري واحتراق جسم المصهر. كما يقول المثل ، "ما يجعلك تستطيع أيضا كسرك". لضمان السلامة الشاملة ، يجب التعامل مع الاختيار الصحيح لصمامات السيارات عالية الجهد بأهمية قصوى ودراسة متأنية.

لماذا الصمامات هي المعيار لحماية بطارية EV

يعتمد استخدام الصمامات عالية الجهد لحماية التيار الزائد الرئيسي لأنظمة بطاريات الليثيوم في السيارات الكهربائية ، من ناحية ، على المتطلبات الواضحة للمعيار الوطني GB / T18384.1. والأهم من ذلك ، أنه عندما يحدث خطأ شديد في الحمل الزائد أو ماس كهربائى في نظام بطارية الليثيوم ، هناك حاجة إلى "بوابة" قوية وموثوقة لقطع والقضاء على طاقة ماس كهربائى المدمرة للغاية ، مما يمنع بشكل فعال تصعيد وانتشار حوادث التيار الزائد عالي الجهد.

نظرا للمساحة المحدودة في المركبات ، فمن غير العملي تركيب قواطع دوائر تيار مستمر ضخمة ومكلفة. لذلك ، أصبح استخدام الصمامات سريعة المفعول المدمجة وغير المكلفة نسبيا والمثبتة بسهولة كجهاز حماية رئيسي للحد من الأعطال الكهربائية غير الطبيعية ومقاطعتها معيارا للسلامة معترفا به في صناعة السيارات الكهربائية ، محليا ودوليا.

يحتوي المصهر سريع المفعول DC على عنصر فضي خالص ملحوم داخل أنبوب مملوء برمل كوارتز مضغوط عالي النقاء. أثناء التشغيل العادي ، تكون مقاومة الميكرو أوم الخاصة بالمصهر لا تذكر. عندما يواجه نظام البطارية حمولة زائدة شديدة أو تيار ماس كهربائى يبلغ عدة آلاف من الأمبيرات ، يعمل العنصر الفضي ورمل الكوارتز معا لإكمال عملية "انقطاع إطفاء قوس الانصهار" بأكملها في غضون أجزاء من الثانية ، وامتصاص وتبديد كل تيار زيادة الجهد العالي والحرارة عالية الطاقة داخل جسم المصهر.

خلال هذه العملية ، يجب أن يتحمل أنبوب المصهر ضغط التمدد البالغ 200-300 ميجا باسكال الناتج عن قوس الجهد العالي الداخلي ، بالإضافة إلى الحرارة المشعة التي تتجاوز 1000 درجة مئوية. إذا كانت مادة الأنبوب تفتقر إلى القوة الميكانيكية الكافية ذات درجة الحرارة العالية ، فسوف تتمزق وتنفجر وتخرج قوسا ، مما يؤدي إلى كربنة واحتراق بدرجة حرارة عالية.

الخطر الخفي: أجسام الصمامات العضوية

بعد عام 2014 ، مع النمو الكبير في إنتاج السيارات الكهربائية وزيادة سعة الطاقة لبطاريات الطاقة ، بدأ الخلل القاتل في استخدام المواد العضوية لأجسام الصمامات في الظهور في حوادث مختلفة. أبلغ المستخدمون عن حالات متعددة من احتراق جسم الصمامات التي تتضمن أنابيب مركبة عضوية ، تحدث في الغالب أثناء عملية شحن الحافلات الكهربائية ذات الأنظمة التي تزيد عن 500 فولت.

يمكن أن تؤدي عوامل مثل عمر خدمة البطارية الذي يتجاوز ضمانها ، أو استخدام قاعدة مادة عضوية للمصهر ، أو البراغي الموصلة المفكوكة ، أو وجود جسم المصهر بالقرب من جدار الغلاف المعدني إلى الانحناء الكهربائي العرضي والحريق. في السابق ، نظرا لعدم اكتمال المعلومات من مواقع الحوادث وإحجام بعض مصنعي السيارات والبطاريات عن الكشف عن التفاصيل ، لم يتم تحليل مشكلات مثل الشحن الزائد لبطارية الليثيوم غير المنضبطة التي تؤدي إلى التسرب والدوائر القصيرة والتركيب غير السليم للمصاهر بعمق كأسباب جذرية

لماذا يذوب جسم الصمامات العضوية المركب ويشتعل بينما يظل العنصر الفضي الداخلي ورمل الكوارتز سليما إلى حد كبير؟ من أين أتت هذه الزيادة القوية في ماس كهربائى؟ لم تؤد هذه الأسئلة إلى ارتباك ونقاش طويل الأمد بين الموردين والعملاء فحسب ، بل تسببت أيضا في شكوك الجمهور والقلق بشأن سلامة السيارات الكهربائية ذات الطاقة الجديدة.

كشفت الأبحاث المتعمقة في ظاهرة الاشتعال الذاتي لأجسام الصمامات العضوية أن درجة حرارة تشويه الحرارة للمواد المركبة العضوية أقل بشكل عام من 200 درجة مئوية. عند التشغيل لفترات طويلة في بيئة مغلقة ذات درجة حرارة عالية للبطارية أو صندوق الجهد العالي ، خاصة عند تثبيتها في زاوية ذات تهوية سيئة ، تخضع المادة لشيخوخة حرارية كبيرة. هذا يؤدي إلى انخفاض تدريجي في كل من قوتها الميكانيكية والعزل.

يعد الشحن الزائد غير المنضبط شائعا بشكل خاص في الحافلات الكهربائية التي تشحن بجهد عال (أعلى من 500 فولت). يمكن أن تؤثر زيادة ماس كهربائى الناتجة عن تسرب البطارية أو تعطل المكثف بسبب الشحن الزائد على المرحلات والصمامات في الاتجاه المعاكس ، مما يتسبب في ارتفاع سريع في درجة الحرارة الداخلية. هذا يسرع من تدهور الأنبوب العضوي. عندما تتجاوز درجة الحرارة المحيطة نقطة انصهار المادة ، يتفحم جسم المصهر بسرعة ، مما يحول الطبقة العازلة الأصلية إلى طبقة موصلة. ثم تشكل زيادة الجهد العالي مسارا قوسيا خارجيا على طول جدار الأنبوب ، مما يؤدي إلى حرق المادة العضوية بشدة وجعلها مشتعلة ذاتيا. وهذا بدوره يشعل الكابلات الكهربائية داخل صندوق الجهد العالي ، مما يؤدي إلى نشوب حريق كامل في السيارة. وفقا لشهود العيان ، يمكن أن تستغرق العملية برمتها بضع ثوان فقط ، لكن الطاقة المدمرة مذهلة.

<تسلسل فشل فتيل EV المركب العضوي>

تم تأكيد هذه النظرية أخيرا من خلال تقرير التحقيق في حريق حافلة شنتشن الكهربائية "4.26" ، الذي صدر في 9 أغسطس 2015. خلصت لجنة مكونة من 14 خبيرا من مجالات EV وبطارية الطاقة والكهرباء والشحن المحلية إلى أن "الحادث كان بسبب الشحن الزائد لبطارية الطاقة ، مما أدى إلى تسرب البطارية ، وقصر الدائرة ، وفي النهاية الحريق". كشفت هذه النتيجة عن السبب العميق للحوادث السابقة لاحتراق جسم الصمامات وتعمل كدرس حيوي.

في جميع الحوادث المسجلة تقريبا لاحتراق جسم الصمامات في الحافلات الكهربائية الناجمة عن الدوائر القصيرة للبطارية أو المكثف ، يكون المشهد هو نفسه: ينتشر قوس بدرجة حرارة عالية للغاية بسرعة عبر سطح جسم المصهر ، ليس فقط لإذابة المحطات النحاسية ولكن أيضا قادر على الاحتراق من خلال صفيحة فولاذية 5 مم لصندوق الجهد العالي. يشير هذا إلى درجات حرارة تتجاوز 1200 درجة مئوية. في مثل هذه البيئة ، يتم حرق أنبوب مركب عضوي مصنف ل 200 درجة مئوية فقط على الفور. على الرغم من أن بقايا العنصر الداخلي والرمل قد تبقى ، إلا أن وظيفة الحماية للفتيل فقدت تماما.

لذلك ، نستنتج أنه طالما أن أنظمة إدارة ركائز BMS والشحن لا يمكنها تحقيق تحكم فعال بنسبة 100٪ في الشحن الزائد لبطارية الليثيوم وأخطاء التفريغ الزائد ، فإن استخدام المواد المركبة العضوية لأجسام الصمامات عالية الجهد ليس حلا سليما أو آمنا علميا.

الحل المتفوق: 95٪ سيراميك الألومينا

<فشل فتيل EV العضوي قبل الحادث وبعده>

أظهر مسح شامل للسلامة تم إجراؤه بين أكثر من 50 شركة محلية لتكامل المركبات الكهربائية والبطاريات أن 97٪ من المستخدمين أيدوا خيار "الأنبوب غير القابل للاحتراق" ، و 64٪ وافقوا على وجه التحديد على "أنابيب السيراميك عالية القوة".

بناء على هذا التفضيل الواضح للمستخدم للسلامة المطلقة ، اتخذنا في GONGFU Fuse الخيار الحاسم للتخلي عن المواد المركبة العضوية التي استخدمناها لمدة ثماني سنوات. بدلا من ذلك ، قمنا بالترقية إلى سيراميك ألومينا عالي العزل ومقاوم لدرجات الحرارة العالية وغير قابل للاحتراق بنسبة 95٪ (Al₂O₃ Corundum) لأجسام الصمامات الخاصة بنا. مع السلامة المطلقة للسيارات الكهربائية كهدف أساسي لنا ، قمنا بتنفيذ ترقية المنتج هذه عبر خطوط الإنتاج الضخم لدينا.

الجدول 1: مقارنة أداء مواد جسم فتيل السيارات

السبب في أن صمامات علامتنا التجارية GFEFUSE ، بما في ذلك السلسلة 5H20L و 5H30L و 5H38L و H10H و H14FE و H14FA و 7H30L و 7H38L و 10H30L ، تم اختيار السيراميك من خلال الاختبارات الصارمة. أثناء اختبار الانحناء ، بينما تضررت أطراف الصمامات بسبب القوس ، ظل أنبوب سيراميك الألومينا بنسبة 95٪ سليما تماما ، وتحمل التجربة الشديدة لدرجات الحرارة العالية. لم نر أي حالات تكسير أو وميض قوس أو احتراق باستخدام صمامات الأنابيب الخزفية الخاصة بنا ، مما يثبت أن اختيار سيراميك الألومينا عالي القوة بنسبة 95٪ هو الحل الصحيح والعقلاني لتصنيع صمامات السيارات عالية الجهد.

أظهرت الاختبارات الأخيرة وفقا لشهادة السلامة الإلزامية CCC الصينية أن فتيل الجهد العالي للسيارات 500V / 400A يكمل عملية مقاطعة القوس الذائب بأكملها في 7.22 مللي ثانية فقط عند تعرضه لتيار ماس كهربائى 20KA. هذا يؤكد تماما أن الصمامات الأنبوبية الخزفية ليست فقط مقاومة لدرجات الحرارة العالية وغير قابلة للاحتراق ولكنها تمتلك أيضا أداء استثنائيا ، مع حد تيار يبلغ 9.43 كيلو أمبير ووقت إطفاء القوس يبلغ 5.49 مللي ثانية.

توصية نهائية للسلامة

في أعقاب حوادث حريق المركبات الكهربائية الأخيرة ، أصدرت وزارة الصناعة وتكنولوجيا المعلومات الصينية إشعارات لإجراء تحقيقات شاملة في مخاطر السلامة. نأمل أنه من خلال قراءة هذا المقال ، سيولي مصنعو المركبات والبطاريات اهتماما كبيرا لهيكل المواد والاختيار المناسب للصمامات عالية الجهد أثناء فحوصات السلامة الخاصة بهم. لا تفترض أن مجرد تثبيت أي فتيل يجعل النظام "مؤمنا" وآمنا ؛ يجب أن يبدأ التحقيق بالتأكد من أن المصهر نفسه "مقاوم للحريق".

< الصمامات الخزفية CCC اختبار ماس كهربائى الذبذبات>

نوصي أيضا بأن لا تقوم الشركات المصنعة للبطاريات بتركيب صمامات عالية الجهد داخل صندوق البطارية. من الأفضل عزلهم في حاوية منفصلة ومستقلة. هذا ليس أكثر أمانا فحسب ، بل إنه أيضا أكثر ملاءمة للفحص والاستبدال ، مما يلغي الحاجة إلى التفكيك المتكرر لحزمة البطارية الرئيسية. بعد كل شيء ، بمجرد بيع المركبات الكهربائية بأعداد كبيرة ، غالبا ما يكون الأشخاص الذين يستبدلون هذه الأجزاء الاستهلاكية غير محترفين.

حول DONGGUAN GONGFU ELECTRONICS CO.، LTD.

بصفتها مطورا ومصمما متخصصا ، توفر GONGFU Electronics حلولا شاملة للصمامات وحاملات الصمامات وصمامات السيارات وحاملات الصمامات للسيارات وصمامات التيار المستمر والصمامات الكهروضوئية وصمامات تخزين الطاقة.