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

الفيوز عالي الجهد هو مكون كهربائي أساسي لحماية نظام بطارية الطاقة في السيارة الكهربائية من التيار الزائد. لكي تكون مناسبة للتطبيق الفريد للتيار المستمر النقي في السيارات الكهربائية، يجب أن تستوفي عدة معايير. أولا، يجب أن يحتوي على خصائص حماية سريعة المفعول من تيار مستمر لقطع التحميل الزائد الشديد والتيارات القصيرة بسرعة. ثانيا، يجب أن تكون مدمجة، مقاومة للاهتزاز، متانة، وقابلة للتبديل هيكليا. ثالثا، والأهم من ذلك وغالبا ما يتم تجاهله، يجب أن تتمتع مادة أنبوب الصمام بمقاومة عالية للحرارة وأن تكون غير قابلة للاشتعال وغير قابلة للاشتعال.

تعمل فيوزات السيارات عالية الجهد لفترة طويلة في الأماكن المغلقة والضيقة دون تبريد فعال. وهذا صحيح بشكل خاص عندما تشترك في بيئة مغلقة وعالية الحرارة مع حزمة البطارية. يمكن أن يؤدي اختيار المواد غير الصحيح إلى انصهار حراري واحتراق جسم الصمام. كما يقول المثل: "ما يجعلك قد يحطمك أيضا." لضمان السلامة الشاملة، يجب التعامل مع الاختيار الصحيح لصمامات السيارات عالية الجهد بأقصى درجات الأهمية والانتباه الدقيق.

لماذا تعد الفيوزات Standard لحماية بطاريات السيارات الكهربائية

استخدام الصمامات عالية الجهد للحماية الرئيسية من أنظمة بطاريات الليثيوم في المركبات الكهربائية يستند من جهة إلى المتطلبات الواضحة للمعيار الوطني GB/T18384.1. والأهم من ذلك، أنه عندما يحدث خطأ شديد في التحميل الزائد أو قصر في نظام بطارية الليثيوم، يكون هناك حاجة إلى "بوابة" قوية وموثوقة لقطع وإزالة طاقة القصر الكهربائي المدمرة للغاية، مما يمنع فعليا تصاعد وانتشار حوادث التيار الزائد عالي الجهد.

نظرا لضيق المساحة في المركبات، من غير العملي تركيب قواطع كهربائية تيار مستمر ضخمة ومكلفة. لذلك، أصبح استخدام صمامات تيار مستمر سريعة المفعول مدمجة، رخيصة نسبيا، وسهلة التركيب كجهاز حماية رئيسي للحد من وقطع الأعطال الكهربائية غير الطبيعية معيارا معترفا به في صناعة السيارات الكهربائية، محليا ودوليا.

يحتوي الصاعق السريع المفعول من التيار المستمر على عنصر فضي نقي ملحوم داخل أنبوب مملوء برمل كوارتز مضغوط عالي النقاء. خلال التشغيل العادي، تكون مقاومة الفيوز الدقيقة لأوم ضئيلة جدا. عندما يتعرض نظام البطارية لتحميل زائد شديد أو تيار كهربائي قصير يصل إلى عدة آلاف من الأمبير، يعمل عنصر الفضة ورمل الكوارتز معا لإكمال عملية "إطفاء ومقاطعة قوس الانصهار" خلال أجزاء من الثانية، مع امتصاص وتبدد كل تيار الاندفاع عالي الجهد والحرارة عالية الطاقة داخل جسم الفيوز.

خلال هذه العملية، يجب أن يتحمل أنبوب الصمام ضغط التمدد البالغ 200-300 ميجا باسكال الناتج عن القوس الداخلي عالي الجهد، بالإضافة إلى الحرارة الإشعاعية التي تتجاوز 1000°C. إذا كانت مادة الأنبوب تفتقر إلى القوة الميكانيكية الكافية في درجات الحرارة العالية، فإنها ستتمزق، وتنفجر، وتطلق قوسا، مما يؤدي إلى الكربن والاحتراق بدرجات حرارة عالية.

الخطر الخفي: أجسام الفتيل العضوي

بعد عام 2014، ومع النمو الكبير في إنتاج المركبات الكهربائية وزيادة القدرة الطاقية لبطاريات الطاقة، بدأ العيب القاتل في استخدام المواد العضوية في هياكل الفيوزات يظهر في حوادث متعددة. أبلغ المستخدمون عن عدة حالات احتراق في جسم الصمامات باستخدام أنابيب مركبة عضوية، وحدثت معظمها أثناء عملية شحن الحافلات الكهربائية ذات الأنظمة التي تزيد عن 500 فولت.

عوامل مثل تجاوز عمر خدمة البطارية لفترة الضمان، أو استخدام قاعدة عضوية للفتيل، أو البراغي الموصلة المرتخية، أو قرب جسم الفيوز كثيرا من جدار الغلاف المعدني كلها يمكن أن تؤدي إلى حدوث قوس كهربائي عرضي وحريق. سابقا، بسبب المعلومات غير الكاملة من مواقع الحوادث وتردد بعض مصنعي المركبات والبطاريات في الكشف عن التفاصيل، لم يتم تحليل قضايا مثل الشحن الزائد غير المنضبط لبطارية الليثيوم التي تؤدي إلى التسرب، والدوائر القصيرة، وتركيب الفيوز بشكل غير صحيح كأسباب جذرية.

لماذا يذوب الجسم المركب العضوي ويشتعل بينما يبقى عنصر الفضة الداخلي ورمل الكوارتز سليمين إلى حد كبير؟ من أين جاء هذا الارتفاع القوي في الدائرة القصيرة الكهربائية؟ لم تؤد هذه الأسئلة فقط إلى ارتباك ونقاش طويل بين الموردين والعملاء، بل أثارت أيضا شكوكا وقلقا عاما بشأن سلامة المركبات الكهربائية ذات الطاقة الجديدة.

كشفت الأبحاث المتعمقة حول ظاهرة الاشتعال الذاتي لأجسام الصمامات العضوية أن درجة حرارة تشوه الحرارة في المواد المركبة العضوية تكون عادة أقل من 200°C. عند التشغيل لفترات طويلة في بيئة مغلقة عالية الحرارة مثل بطارية أو صندوق جهد عالي، خاصة عند تركيبها في زاوية ذات تهوية ضعيفة، تتعرض المادة لعمر حراري كبير. يؤدي ذلك إلى تراجع تدريجي في قوته الميكانيكية والعزلية.

الشحن الزائد غير المسيطر عليه شائع بشكل خاص في الحافلات الكهربائية التي تشحن بجهود عالية (فوق 500 فولت). ارتفاع الدائرة القصيرة الناتج عن تسرب البطارية أو تعطل المكثف الناتج عن الشحن الزائد يمكن أن يؤثر على المرحلات والفيوزات بالعكس، مما يسبب ارتفاعا سريعا في درجة الحرارة الداخلية. هذا يسرع من تحلل الأنبوب العضوي. عندما تتجاوز درجة الحرارة المحيطة نقطة انصهار المادة، يتحول جسم الصمام بسرعة إلى طبقة عازلة موصلة. يشكل الاندفاع عالي الجهد مسارا قوسيا خارجيا على طول جدار الأنبوب، مما يحرق المادة العضوية بشدة ويجعلها تشتعل ذاتيا. وهذا بدوره يشعل الكابلات الكهربائية داخل صندوق الجهد العالي، مما يؤدي إلى حريق كامل في المركبة. وفقا لشهود العيان، قد تستغرق العملية بأكملها بضع ثوان فقط، لكن الطاقة المدمرة مذهلة.

<تسلسل الفشل في صمام كهربائي مركب عضوي>

وقد تم تأكيد هذه النظرية أخيرا من خلال تقرير التحقيق حول حريق الحافلة الكهربائية "4.26" في شنزن، الذي صدر في 9 أغسطس 2015. خلص فريق مكون من 14 خبيرا من مجالات السيارات الكهربائية المنزلية، وبطاريات الطاقة، والكهرباء، والشحن إلى أن "الحادث تسبب في شحن زائد بطاريات الطاقة، مما أدى إلى تسرب البطارية، وحدوث قصر كهربائي، وفي النهاية، حريق." كشفت هذه الاكتشافات عن السبب الجذري وراء حوادث احتراق الجسم الفيوزي السابقة وتعد درسا حيويا.

في معظم الحوادث المسجلة لاحتراق جسم الفيوز في الحافلات الكهربائية الناتجة عن دوائر قصر شحن البطارية أو المكثفات، يكون المشهد نفسه: قوس شديد الحرارة ينتشر بسرعة عبر سطح جسم الفيوز، لا يذيب فقط أطراف النحاس بل قادر أيضا على الحرق عبر صفيحة فولاذية بقطر 5 مم في صندوق الجهد العالي. وهذا يشير إلى درجات حرارة تتجاوز 1200°م. في مثل هذا البيئة، يتم حرق أنبوب مركب عضوي مصنف فقط ل 200°C فورا. على الرغم من بقايا العنصر الداخلي والرمل قد تبقى، إلا أن وظيفة الحماية للفتيل فقدت تماما.

لذلك، نستنتج أنه طالما أن أنظمة إدارة الركائز النظامية وأنظمة الشحن لا تحقق سيطرة فعالة بنسبة 100٪ على أخطاء الشحن الزائد وتفريغ بطاريات الليثيوم، فإن استخدام المواد المركبة العضوية لأجسام الصمامات عالية الجهد ليس حلا علميا سليما أو آمنا.

الحل المتفوق: سيراميك 95٪ ألومينا

<فشل فيوز المركبات الكهربائية العضوية قبل وبعد الحادث>

أظهر استطلاع شامل للسلامة أجري بين أكثر من 50 شركة محلية لدمج السيارات الكهربائية والبطاريات أن 97٪ من المستخدمين أيدوا خيار "الأنابيب غير القابلة للاشتعال"، و64٪ وافقوا تحديدا على "أنابيب السيراميك عالية القوة".

استنادا إلى هذا التفضيل الواضح للمستخدم للسلامة المطلقة، اتخذنا في GONGFU Fuse القرار الحاسم بالتخلي عن المواد المركبة العضوية التي استخدمناها لمدة ثماني year. بدلا من ذلك، قمنا بالترقية إلى سيراميك عالي العزل، ومقاوم للحرارة العالي، وغير قابل للاشتعال بنسبة 95٪ ألومينا (Al₂O₃ Corundum) لأجسادنا المزودة. وبهدف أساسي من السلامة المطلقة للمركبات الكهربائية، نفذنا هذا التحديث في جميع خطوط الإنتاج الضخمة لدينا.

الجدول 1: مقارنة أداء مواد جسم الفيوزات في السيارات

السبب في اختيار صمامات علامة GFEFUSE الخاصة بنا ، بما في ذلك سلسلة 5H20L، 5H30L، 5H38L، H10H، H14FE، H14FA، 7H30L، 7H38L، 10H30L، و10H38L، من خلال اختبارات دقيقة. خلال اختبار القوس الكهربائي، رغم أن أطراف الفيوز تضررت بسبب القوس، بقي أنبوب السيراميك الألومينا بنسبة 95٪ سليما تماما، متجاوزا التجربة الشديدة في درجات الحرارة العالية. لم نر أي حالات تشقق أو انفجار قوسي أو احتراق في فيوزات أنابيب السيراميك لدينا، مما يثبت أن اختيار سيراميك عالي القوة بنسبة 95٪ ألومينا هو الحل الصحيح والمنطقي لتصنيع فيوزات السيارات عالية الجهد.

أظهرت الاختبارات الأخيرة، وفقا لشهادة السلامة الإلزامية من CCC الصينية، أن صمام السيارات عالي الجهد 500 فولت/400 أمبير يكمل عملية انقطاع القوس المنصهر بالكامل في 7.22 مللي ثانية فقط عند تعرضه لتيار قصير كهربائي بقوة 20 كيلو أمبير. وهذا يؤكد تماما أن صمامات الأنابيب السيراميكية ليست فقط مقاومة لدرجات الحرارة العالية وغير قابلة للاشتعال، بل تتمتع أيضا بأداء استثنائي، مع حد تيار يبلغ 9.43 كيلو أمبير ووقت إطفاء القوس 5.49 مللي ثانية.

توصية أخيرة للسلامة

بعد حوادث حريق السيارات 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 لبنية المواد والاختيار الصحيح للصمامات عالية الجهد أثناء فحوصات السلامة. لا تفترض أن مجرد تركيب أي فيوز يجعل النظام "مؤمنا" وآمنا؛ يجب أن يبدأ التحقيق بضمان أن الفتيل نفسه "مقاوم للحريق".

<جهاز اختبار الدائرة القصيرة CCC بفيوز السيراميك>

ونوصي أيضا بأن يقوم مصنعو البطاريات بعدم تركيب فيوزات عالية الجهد داخل صندوق البطارية. من الأفضل بكثير عزلهم في حظيرة منفصلة ومستقلة. هذا ليس فقط أكثر أمانا بل أكثر ملاءمة للفحص والاستبدال، مما يلغي الحاجة إلى تفكيك حزمة البطارية الرئيسية بشكل متكرر. فبعد كل شيء، بمجرد بيع السيارات الكهربائية بأعداد كبيرة، غالبا ما يكون الأشخاص الذين يستبدلون هذه الأجزاء الاستهلاكية غير محترفين.

عن شركة دونغقوان غونغفو للإلكترونيات المحدودة.

بصفتها مطورا ومصمما مخلصا، تقدم شركة جونغفو للإلكترونيات حلولا شاملة للصمامات، وحوامل الفيوز، والصمامات السياراتية، وحوامل الفيوزات السيارات، والصمامات التيار المستمر، والفيوزات الكهروضوئية، والصمامات الكهروضوئية، والصمامات لتخزين الطاقة.