Die letzte Verteidigungslinie in Energiespeichersystemen: Analyse der DC-Sicherungstechnologie

In Energiespeichersystemen tragen Gleichstromsicherungen als kritische Schutzkomponenten die Hauptverantwortung für die schnelle Unterbrechung des Fehlerstroms unter extremen Kurzschlussbedingungen. Sie erreichen eine physikalische Isolierung des Stromkreises durch den thermischen Sicherungsmechanismus des Schmelzelements bei Überlast oder Kurzschlussbedingungen und zeichnen sich durch schnelle Reaktionsgeschwindigkeit, hohes Ausschaltvermögen und hohe strukturelle Zuverlässigkeit aus. Insbesondere in Hochspannungs-Gleichstromsystemen kann in Kombination mit hochisolierenden Materialien wie Keramik für Gleichstrom-Autosicherungen das Gesamtsicherheitsniveau des Systems erheblich verbessert werden.

 

 

 

Eine typische Energiespeicher-Gleichstromsicherung besteht aus drei Teilen: dem Schmelzelement, dem Gehäuse und dem Lichtbogenlöschmedium. Das schmelzbare Element besteht normalerweise aus Materialien auf Silber- oder Kupferbasis, und die Schmelzposition und -zeit werden durch ein Design mit mehreren Hälsen gesteuert. Das Gehäuse besteht größtenteils aus hochfesten Keramikmaterialien, beispielsweise 95 % Aluminiumkeramik, um den hohen Temperaturen und mechanischen Belastungen standzuhalten, die beim Schmelzen entstehen. Durch die innere Quarzsandfüllung wird die Lichtbogenenergie schnell absorbiert und so eine effektive Lichtbogenlöschung erreicht.

 

Wenn der Strom den Nennwert überschreitet und eine bestimmte Energie (I²t) erreicht, schmilzt das Schmelzelement schnell und verdampft und bildet eine Unterbrechung. Der Lichtbogen wird dann durch die Einwirkung des Quarzsandes unterbrochen und gelöscht; Der gesamte Vorgang kann in Mikrosekunden abgeschlossen werden. Ähnlich dem strukturellen Aufbau eines Keramikrohrs für Hochspannungssicherungen verhindert dies wirksam die Wiederzündung des Lichtbogens in Hochspannungsumgebungen und gewährleistet so die Systemsicherheit.

 

 

Gleichstromsicherungen für die Energiespeicherung werden typischerweise nach der Norm IEC 60269 klassifiziert. Basierend auf der Ausschaltkapazität und dem Anwendungsszenario können sie in die Typen gG, aR, gR und gPV unterteilt werden. Unter diesen eignen sich die Typen gR und gG für den Schutz von Batterieclustern und Bussen, während der Typ aR hauptsächlich für den Schutz von Leistungshalbleitern verwendet wird.

 

In Hochspannungs-Gleichstromsystemen hängt die strukturelle Stabilität von Sicherungen in hohem Maße vom Keramikisolator ab, beispielsweise dem Keramikkörper für Überlast- und Kurzschlussschutzsicherungen. Dieser Isolator bietet nicht nur mechanischen Halt, sondern spielt auch eine entscheidende Rolle bei der elektrischen Isolierung und bildet eine wichtige Grundlage für das Erreichen einer hohen Schaltleistung.

 

 

Basierend auf ihrer Strukturform werden Energiespeicher-Gleichstromsicherungen hauptsächlich in drei Kategorien unterteilt: Rundrohrtyp, Quadertyp und Flachplattentyp.

 

Sicherungen vom Typ Rundrohr verwenden meist eine Keramikrohrstruktur, wie z. B. das Keramikrohr für EV-Gleichstromsicherungen, die für standardisierte Anwendungsszenarien geeignet sind; Quaderförmige Sicherungen werden mit Bolzen befestigt und sind für Hochstrom- und Hochspannungssysteme geeignet. Ihre innere Struktur besteht typischerweise aus einer hochdichten Keramikschale, um die Wärmeableitung und mechanische Festigkeit zu verbessern.

 

Flachsicherungen (Flachsicherungen) werden hauptsächlich in Batteriemodulen verwendet. Ihre geringe -Höhe ermöglicht eine kompakte Anordnung. In einigen hochintegrierten Systemen können Sicherungen auch als modulare Einheiten in Hochspannungskästen integriert werden. Keramische Strukturkomponenten, wie das Keramikgehäuse für Sicherungseinsätze, gewährleisten die Isolationsleistung und berücksichtigen gleichzeitig strukturelle Kompaktheit und Zuverlässigkeit.

 

 

Die Leistung einer DC-Sicherung wird hauptsächlich durch Parameter wie Joule-Integral (I²t), Nennspannung, Nennstrom und Ausschaltvermögen bestimmt. I²t spiegelt die Energiefestigkeit einer Sicherung wider und ist ein wichtiger Indikator zur Vermeidung von Fehlfunktionen. Die Nennspannung muss mit der Systemspannung übereinstimmen, um ein Wiederzünden des Lichtbogens nach dem Durchbrennen der Sicherung zu verhindern.

 

In Betriebsumgebungen mit hohen -Temperaturen ist die Stabilität keramischer Materialien besonders wichtig. Der isolierende elektrische Steatit-Keramikschmelzkörper verfügt beispielsweise über hervorragende Hitzebeständigkeits- und Isolationseigenschaften und gewährleistet einen langfristig stabilen Betrieb der Sicherung in Umgebungen über 50 Grad. Gleichzeitig muss das Ausschaltvermögen den maximalen Kurzschlussstrom des Systems abdecken; Derzeit verwenden gängige Energiespeichersysteme üblicherweise Produkte mit einer Ausschaltkapazität von 100 kA und mehr.

 

 

In Energiespeichersystemen werden Gleichstromsicherungen hauptsächlich an wichtigen Knotenpunkten wie dem Pluspol von Batterieclustern, der Sammelschiene und der Gleichstromseite des PCS platziert. Auf der Batterie-Cluster-Seite werden sie verwendet, um einzelne-Cluster-Fehler zu isolieren; Auf der Sammelschienenseite bieten sie Schutz auf Systemebene. und auf der PCS-Seite schützen sie Leistungsgeräte wie IGBTs.

 

Unterschiedliche Einsatzorte erfordern unterschiedliche konstruktive Gestaltungen. Beispielsweise werden in Szenarien zur Integration von Elektrofahrzeugen und Energiespeichern Keramiksicherungen für Elektro- und Hybridfahrzeuge häufig als Kernisolationsmaterial verwendet, um Zuverlässigkeitsanforderungen in Umgebungen mit starken Vibrationen, hohen Temperaturen und hoher Spannung zu erfüllen.

 

 

 

Die Auswahl der Sicherung erfordert eine umfassende Berücksichtigung der Spannungsanpassung, der Stromanpassung, der I²t-Koordination und des Ausschaltvermögens. Der Nennstrom wird typischerweise mit dem 1,2- bis 1,5-fachen des maximalen Betriebsstroms des Systems gewählt, wobei auch eine Temperaturreduzierung berücksichtigt wird. Darüber hinaus sollte in mehrstufigen Schutzsystemen eine selektive Koordinierung gewährleistet sein, d. h. Sicherungen niedrigerer Stufen sollten zuerst ansprechen.

 

Hinsichtlich der Strukturauswahl wird für Hochspannungssysteme die Verwendung einer quaderförmigen Struktur in Kombination mit hochfesten Keramikmaterialien wie Aluminiumoxidkeramik für Bolted Connect EV-Sicherung empfohlen, um eine hervorragende mechanische Stabilität und Isolationsleistung bei hohen Stromstößen zu gewährleisten.

 

 

Mit der Entwicklung von Energiespeichersystemen hin zu höheren Spannungsniveaus (über 1500 V) werden höhere Anforderungen an die Lichtbogenlöschfähigkeit und die Materialleistung von Sicherungen gestellt. Zukünftige Produkte werden sich in Richtung höherer Schaltleistung, Miniaturisierung und Intelligenz weiterentwickeln, beispielsweise durch die Integration von Sicherungsanzeigen und Fernüberwachungsfunktionen.

 

Auf der Materialebene wird der Einsatz von hochreiner Aluminiumoxidkeramik und Verbundkeramikstrukturen die Leistung weiter verbessern. Strukturen wie das Keramikrohr für den Sicherungseinsatz von Elektrofahrzeugladegeräten und der Keramikkörper für die verschraubte Sicherungsserie werden nach und nach zu gängigen Lösungen im Bereich des Hochspannungs-Gleichstromschutzes.
 

 

 

Als zentrale Schutzvorrichtung in Energiespeichersystemen wirkt sich die Leistung von Gleichstromsicherungen direkt auf die Sicherheit und Stabilität des Systems aus. Mit der rasanten Entwicklung der Elektrofahrzeug- und Energiespeicherindustrie wächst die Nachfrage nach Sicherungsstrukturkomponenten mit hoher Zuverlässigkeit und hoher Isolationsleistung weiter.

 

Wir konzentrieren uns auf diesen Trend und konzentrieren uns auf die Forschung, Entwicklung und Herstellung leistungsstarker keramischer Strukturkomponenten und bieten Lösungen für mehrere Produktserien an, darunterEV-Sicherungskörper aus Keramik, Keramikkörper für EV-Sicherung und Keramikkörper für Zusatzsicherung für Elektrofahrzeuge. Durch die Nutzung ausgereifter Aluminiumoxid-Keramiktechnologie und Präzisionsfertigungskapazitäten kann es eine stabile und zuverlässige Isolierung und strukturelle Unterstützung für Hochspannungs-Gleichstromsicherungen bieten und so die strengen Anwendungsanforderungen neuer Energie-, Elektrofahrzeuge- und Energiespeichersysteme erfüllen.