Zorg voor veiligheid van EV en industriële systemen met Next-Gen Fuse-technologie
De nieuwste energieopslagsystemen vereisen krachtige veiligheidscomponenten en geavanceerde circuitbeveiligingsoplossingen die de kritieke beschermingsniveaus kunnen bieden om zowel de veiligheid als de betrouwbaarheid te garanderen.
Elektrische voertuigen zijn al sinds het midden van de 19e eeuw en waren heel populair tot goedkope benzine uit Texas olievelden veranderde de dynamiek. Die vroege EV's hadden ernstige problemen met de energiedichtheid en de efficiëntie van de aandrijflijn, maar een elektrisch voertuig hield het land snelheidsrecord tot het begin van de vorige eeuw. Het grootste veiligheidsprobleem met die eerste generatie vehicular batterijsystemen draaide meestal rond het verschepen en de opslag van zuren in elektrolyt (Fig. 1).
1. Vroege batterijsystemen hadden last van een lage energiedichtheid en de gebruikte bijtende materialen.
Een modern EV-accupakket heeft een aanzienlijk hogere vermogensdichtheid en capaciteit dan die antieke systemen, en de veiligheidsproblemen en -processen die nodig zijn om ze aan te pakken zijn gemigreerd naar meer geavanceerde kerntechnologieën. Het beheer van de hoge stromingen die betrokken zijn bij de huidige EV's is uitgegroeid tot een groot veiligheidsprobleem, als een slecht beheerde kortsluiting gebeurtenis kan een katastrofisch falen situatie geworden.
Veiligheid en prestaties
Dezelfde eisen voor efficiëntie en energiedichtheid gelden voor de vermogenselektronica van een EV, die ook extreem hoge niveaus van veiligheid en functionaliteit vereisen. Alleen door zowel geavanceerde batterijsystemen als energiebeheerelektronica te hebben, kunnen de huidige EV's voldoen aan de behoeften aan bereik, prestaties en veiligheid. De migratie naar geavanceerde materialen zoals wide-bandgap halfgeleiders in energiesystemen is een tweesnijdend zwaard, waardoor zowel de prestaties als de behoefte aan een veilige werking toeneemt.
Betere batterijen
De vraag naar verbeterde energieopslag is in bijna elke marktsector gestaag gegroeid. Van apparaten zo klein als medische wearables tot systemen zo groot als het elektriciteitsnet, de huidige oplossingen vereisen batterijen met hoge dichtheid.
Deze toepassingen hebben een verscheidenheid aan methoden nodig om veilig en betrouwbaar te werken, omdat de vermogensniveaus geen ruimte laten voor fouten. Van grid peak-shaving en andere load-shifting methodologieën in het elektriciteitsnet, de snellaadelektronica die de EV's die eraan verbonden zijn, het waarborgen van de veiligheid van de betrokken batterijen is van cruciaal belang (fig. 2).
2. Geavanceerde stroomtoepassingen zoals snel opladen van voertuigen moeten veilig, betrouwbaar en economisch werken.
Fusing voor veiligheid
Om ervoor te zorgen dat deze krachtige energiebeheersystemen veilig zijn gedurende de operationele levensduur van een voertuig, is het van cruciaal belang om robuuste, krachtige beveiligingscomponenten in hun ontwerpen te integreren. Zekeringen of soortgelijke apparaten zijn vereiste circuitbeveiligingscomponenten, die de auto beschermen tegen kortsluiting door de stroomverbinding onder zeer specifieke omstandigheden te verbreken. Veel van deze talloze soorten zekeringen delen een primair aspect, een stuk van de ontworpen geleider.
Deze op maat gemaakte link, meestal metaal, wordt beoordeeld om de verbinding te breken door te smelten (of verdampen) op een gecontroleerde manier. Dit gebeurt meestal onder de hogere temperatuur omstandigheden gecreëerd door een kortsluiting, het waarborgen van de veiligheid van het systeem door het volledig afsnijden van de energiebron. Een paar nadelen bestaan, hoewel, onder hen is dat een circuit onder belasting niet altijd een regelmatige en soepele stroom van stroom zal vertonen.
Bijvoorbeeld, in ontwerpen die high-power pulsen ervaren, de brede huidige variatie die resulteert betekent het gebruik van een hogere waarde zekering om overlast struikelen te voorkomen. Het probleem is dat deze oplossing laat het circuit meer blootgesteld aan oververhitting en thermische storing. Bovendien heeft het wegwerpaspect van zekeringen geleid tot meer gebruik van geavanceerde veiligheidsvoorzieningen zoals stroomonderbrekers, die opnieuw worden ingesteld en geen onderdelen hebben die uitbranden.
Verbinding maken met contactpersonen
Schakelaars zijn elektromechanische beschermingsmiddelen die, hoewel vergelijkbaar met stroomonderbrekers, verschillen in dat ze niet stoppen met een korte. In plaats daarvan fungeren ze als krachtige schakelapparaten die rechtstreeks verbinding maken met hoge stroombelastingen. De stroomschakelaars worden bediend door een externe controle en dienen veeleisende circuitherstellende taken waar hoge huidige niveaus aanwezig zijn. Vergelijkbaar in bedrijf met relais, schakelaars bieden ook functies om te controleren en te onderdrukken van de bogen gemaakt bij het schakelen.
Hoogspanningsschakelaars zorgen voor veiligheid en continuïteit van het circuit in de opslag van hybride- en elektrische voertuigen, acculaders en krachtige industriële systemen, en sluiten snel en veilig stroom aan en ontkoppelen tegelijkertijd arcing- en inrushproblemen te beheren. Een voorbeeld is in EV's, waar normaal gesproken open schakelaars de verbinding tussen het accupakket en het systeem beheren, automatisch loskoppelen wanneer de auto niet wordt gebruikt.
Bescherming van de volgende generatie
Er bestaan andere circuitbeveiligingsoplossingen die een circuit sneller kunnen openen dan een zekering en beter bestand zijn tegen hinderlijke struikeling. Deze en andere geavanceerde functies zorgen voor een lager risico op schade dan thermische zekeringen. Een voorbeeld van een dergelijke oplossing is te vinden in de Dissmann Fuse ontwikkeld door GIGAVAC, een merk Sensata Technologies (Fig. 3).
3. Gericht op EV's, de Sensata Dissmann Fuse is een snelwerkende elektromechanische apparaat met een lage warmteopwekking.
Het hermetisch afgesloten, snelwerkende elektromechanische apparaat heeft een lage warmteopwekking en trips op een exacte stroming. Functies omvatten sterk verminderde weerstand, geen thermische veroudering, en verhoogde systeemefficiëntie. Voorzien in zowel passieve als passief-actieve variaties, gebruiken de apparaten het magnetische veld van de huidige stroom (Lorentz kracht) om het apparaat te activeren. Figuur 4 laat zien hoe het werkt, met de blauwe lijn in de grafiek met de triggering drempel.
4. Dit diagram toont de werking van circuit-bescherming oplossingen zoals de Dissmann Fuse. De blauwe lijn geeft de triggering drempel aan, waaruit blijkt dat het apparaat het circuit sneller kan openen dan een zekering en dichter bij de gewenste bedrijfsomstandigheden.
Deze grafiek toont het apparaat kan het circuit sneller en dichter bij de gewenste bedrijfsomstandigheden dan een zekering te openen. Beschikbaar in een continu bereik van ratings van 200 tot 500 A, het pad van de triggering drempel is ook verstelbaar. Het genereren van weinig warmte in werking, het is immuun voor zowel thermische veroudering en overlast struikelen veroorzaakt door warme en koele operationele cycli, die na verloop van tijd, veroorzaakt broosheid van de geleider.
De Dissmann Fuse wordt geclaimd als de eerste hermetische zekering van de industrie die op exacte stromingen toeert. Het is ontworpen om de weerstand, installatietijd, complexiteit en kosten aanzienlijk te verminderen, waardoor de efficiëntie van het systeem wordt verhoogd.
Door de levensduur van het systeem te verlengen door de fysieke en operationele integriteit van de verbinding te waarborgen, heeft de zekering snelle en consistente heldere tijden, ongeacht de omgevingstemperaturen. Dit wordt steeds belangrijker in krachtige EV's, waar elke toevoeging aan de thermische impact van de aandrijflijn elektronica de prestaties van andere thermisch gevoelige subsystemen kan beïnvloeden.
Snelle bediening verbetert ook de prestaties van de schakelaar. Een schakelaar kan zweven tijdens het gebruik, het afvoeren van energie die beschikbaar moet zijn om de zekering te activeren, en in plaats daarvan, het laden van de stroom op de schakelaar. Dit kan voorkomen dat de zekering van "zien" de korte en mogelijk leiden tot katastrofisch falen. Kijkend naar een situatie met een 500-A schakelaar en 500-A zekering, zou een dergelijke configuratie een seconde of twee op 1.000 A te struikelen, terwijl een fast-tripping oplossing kan worden ingesteld op 1.000 A, bijvoorbeeld, en reis binnen 3 ms.
In het geval van thermische zekeringen is er een werkgebied waar de huidige niveaus de schakelaar kunnen overweldigen, waardoor de belasting wordt verijdeld door het te blokkeren van het bereiken van het thermische punt voor een zekering om te activeren. Dit risico wordt geëlimineerd met producten die een zeer lage contactweerstand van minder dan 0,15 mΩ bieden, wat ook leidt tot minder stroomverlies en een verhoogde systeemefficiëntie.
Overwegingen
Nauwkeurige en snel struikelende beveiligingsapparaten pakken de veiligheid van het circuit aan in krachtige systemen, maar de voordelen ervan zijn niet beperkt tot alleen het bedienen van geavanceerde batterijen. Een groot aantal toepassingen, waaronder industriële robotica en alternatieve energiesystemen, kan profiteren van de efficiëntie, thermische kenmerken en operationele snelheid van een dergelijke oplossing. Deze snelwerkende, hermetisch afgesloten elektromechanische apparaten zijn zeer geschikt voor toepassingen waar thermische veroudering of overlast struikelen problematisch zijn.
Power protection oplossingen zoals de Dissmann Fuse hulpcontactor coördinatie en bieden bescherming onder kortsluiting omstandigheden. Energieopslagsystemen van de volgende generatie vereisen even krachtige veiligheidscomponenten en geavanceerde circuitbeveiligingsoplossingen die de vereiste kritieke beschermingsniveaus kunnen bieden om zowel de veiligheid als de betrouwbaarheid te garanderen.