Tout d’abord, il doit avoir des caractéristiques de protection à action rapide en courant continu pour interrompre rapidement les surcharges sévères et les courants de court-circuit. Deuxièmement, il doit être compact, résistant aux vibrations, durable et structurellement interchangeable. Troisièmement, et c’est le plus important, mais souvent négligé, le matériau du tube fusible doit posséder une résistance aux hautes températures et être incombustible et ininflammable.
Les fusibles haute tension automobiles fonctionnent à long terme dans des espaces clos et restreints sans refroidissement efficace. Cela est particulièrement vrai lorsqu’ils partagent un environnement fermé à haute température avec la batterie. Une mauvaise sélection du matériau peut entraîner une fusion thermique et une combustion du corps du fusible. Comme le dit le proverbe, « ce qui vous fait peut aussi vous briser ». Pour garantir une sécurité totale, le choix approprié des fusibles haute tension automobiles doit être traité avec la plus grande importance et une attention particulière.
Pourquoi les fusibles sont la norme pour la protection des batteries de véhicules électriques
L’utilisation de fusibles haute tension pour la protection contre les surintensités principales des systèmes de batteries au lithium dans les véhicules électriques est, d’une part, basée sur les exigences claires de la norme nationale GB/T18384.1. Plus important encore, lorsqu’une surcharge grave ou un défaut de court-circuit se produit dans le système de batterie au lithium, une « grille » robuste et fiable est nécessaire pour couper et éliminer l’énergie de court-circuit extrêmement destructrice, empêchant ainsi efficacement l’escalade et la propagation des accidents de surintensité à haute tension.
En raison de l’espace limité dans les véhicules, il n’est pas pratique d’installer des disjoncteurs CC encombrants et coûteux. Par conséquent, l’utilisation de fusibles CC à action rapide compacts, relativement peu coûteux et faciles à installer comme principal dispositif de protection pour limiter et interrompre les défauts électriques anormaux est devenue une norme de sécurité reconnue dans l’industrie des VE, tant au niveau national qu’international.
Un fusible à action rapide CC contient un élément en argent pur soudé à l’intérieur d’un tube rempli de sable de quartz compacté de haute pureté. En fonctionnement normal, la résistance du fusible est négligeable. Lorsque le système de batterie subit une surcharge sévère ou un courant de court-circuit de plusieurs milliers d’ampères, l’élément argent et le sable de quartz travaillent ensemble pour terminer l’ensemble du processus d’extinction à l’arc de fusion en quelques millisecondes, absorbant et dissipant tout le courant de surtension à haute tension et la chaleur à haute énergie à l’intérieur du corps du fusible.
Au cours de ce processus, le tube fusible doit résister à la pression d’expansion de 200 à 300 MPa générée par l’arc à haute tension interne, ainsi qu’à la chaleur rayonnante supérieure à 1000°C. Si le matériau du tube n’a pas une résistance mécanique suffisante à haute température, il se rompra, explosera et éjectera un arc, entraînant une carbonatation et une combustion à haute température.
Le danger caché : les corps de fusible organiques
Après 2014, avec la croissance significative de la production de véhicules électriques et l’augmentation de la capacité énergétique des batteries de puissance, le défaut fatal de l’utilisation de matériaux organiques pour les corps de fusibles a commencé à être exposé dans divers incidents. Les utilisateurs ont signalé de multiples cas de combustion de fusibles impliquant des tubes composites organiques, se produisant principalement pendant le processus de charge d’autobus électriques avec des systèmes de plus de 500 V.
Des facteurs tels que la durée de vie de la batterie dépassant sa garantie, l’utilisation d’une base en matériau organique pour le fusible, des vis conductrices desserrées ou le corps du fusible trop proche de la paroi du boîtier métallique peuvent tous déclencher des arcs électriques et des incendies accidentels. Auparavant, en raison d’informations incomplètes provenant des lieux d’accidents et de la réticence de certains fabricants de véhicules et de batteries à divulguer des détails, des problèmes tels que la surcharge incontrôlée des batteries au lithium entraînant des fuites, des courts-circuits et une mauvaise installation des fusibles n’étaient pas analysés en profondeur comme causes profondes.
Pourquoi un corps de fusible composite organique fondrait-il et s’enflammerait-il alors que l’élément argenté interne et le sable de quartz restaient en grande partie intacts ? D’où vient cette puissante surtension en court-circuit ? Ces questions ont non seulement conduit à une confusion et à un débat prolongés entre les fournisseurs et les clients, mais ont également suscité des doutes et de l’anxiété dans le public quant à la sécurité des véhicules électriques à énergie nouvelle.
Des recherches approfondies sur le phénomène d’auto-inflammation des corps de fusibles organiques ont révélé que la température de distorsion thermique des matériaux composites organiques est généralement inférieure à 200°C. Lorsqu’il fonctionne pendant de longues périodes dans l’environnement fermé à haute température d’une batterie ou d’un boîtier haute tension, en particulier lorsqu’il est installé dans un coin mal ventilé, le matériau subit un vieillissement thermique important. Cela conduit à un déclin progressif de sa résistance mécanique et de son isolation.
La surcharge incontrôlée est particulièrement fréquente dans les bus électriques chargeant à haute tension (au-dessus de 500 V). La surtension de court-circuit résultant d’une fuite de batterie ou d’une panne de condensateur due à une surcharge peut affecter les relais et les fusibles à l’envers, provoquant un pic rapide de la température interne. Cela accélère la dégradation du tube organique. Lorsque la température ambiante dépasse le point de fusion du matériau, le corps du fusible se carbonise rapidement, transformant la couche isolante d’origine en une couche conductrice. La surtension à haute tension forme alors un chemin d’arc externe le long de la paroi du tube, brûlant férocement la matière organique et la provoquant s’auto-enflammer. Ceci, à son tour, enflamme les câbles électriques à l’intérieur de la boîte à haute tension, entraînant un incendie complet du véhicule. Selon des témoins oculaires, l’ensemble du processus peut ne prendre que quelques secondes, mais l’énergie destructrice est étonnante.
<Séquence de défaillance d’un fusible EV en composite organique>
<Séquence de défaillance d’un fusible EV en composite organique>Cette théorie a finalement été confirmée par le rapport d’enquête sur l’incendie du bus électrique « 4.26 » de Shenzhen, publié le 9 août 2015. Un panel de 14 experts des domaines des véhicules électriques, des batteries électriques, de l’électricité et de la charge a conclu que « l’accident a été causé par une surcharge de la batterie électrique, entraînant une fuite de la batterie, un court-circuit et, finalement, un incendie ». Cette découverte a révélé la raison profonde des incidents antérieurs de combustion du corps de fusible et sert de leçon vitale.
Dans presque tous les incidents enregistrés de combustion du corps de fusible sur les bus électriques causée par des courts-circuits de surcharge de batterie ou de condensateur, la scène est la même : un arc à ultra-haute température se propage rapidement sur la surface du corps du fusible, faisant non seulement fondre les bornes en cuivre, mais également capable de brûler à travers une plaque d’acier de 5 mm de la boîte à haute tension. Cela indique des températures supérieures à 1200°C. Dans un tel environnement, un tube composite organique d’une capacité de seulement 200 °C est instantanément incinéré. Bien que des restes de l’élément interne et du sable puissent subsister, la fonction protectrice du fusible est complètement perdue.
Par conséquent, nous concluons que tant que les systèmes de gestion des piles de chargement et de gestion des batteries au lithium ne peuvent pas obtenir un contrôle efficace à 100 % des défauts de surcharge et de décharge excessive des batteries au lithium, l’utilisation de matériaux composites organiques pour les corps de fusibles à haute tension n’est pas une solution scientifiquement solide ou sûre.
La solution supérieure : 95 % de céramique d’alumine
<Défaillance organique du fusible EV avant et après l’incident>
Une enquête de sécurité complète menée auprès de plus de 50 entreprises nationales d’intégration de véhicules électriques et de batteries a montré que 97 % des utilisateurs approuvaient l’option « tube non combustible » et 64 % approuvaient spécifiquement les « tubes en céramique à haute résistance ».
Sur la base de cette nette préférence de l’utilisateur pour une sécurité absolue, nous avons fait le choix décisif d’abandonner les matériaux composites organiques que nous utilisions depuis huit ans.Au lieu de cela, nous sommes passés à une céramique à 95 % d’alumine (Al₂O₃ corindon) hautement isolante, résistante aux hautes températures et incombustible pour nos corps de fusibles. Avec la sécurité absolue des véhicules électriques comme objectif principal, nous avons mis en œuvre cette mise à niveau de produit sur nos lignes de production de masse.
Tableau 1 : Comparaison des performances des matériaux de corps de fusibles automobiles
| matériau du tube | (°C) | Résistance à la flexion (MPa) | Rigidité diélectrique (KV/mm) |
|---|---|---|---|
| Tube moulé phénolique | 120-130 | 80 | 2 |
| Tube laminé en mélamine | 150-180 | 180 | 6 |
| Tube enroulé en fibre de verre époxy | 120 | 290 | 10 |
| Tube en céramique à 95 % d’alumine | 1650 | 280-320 | 22 |
La raison pour laquelle nos fusibles de marque GFEFUSE, y compris les séries 5H20L, 5H30L, 5H38L, H10H, H14FE, H14FA, 7H30L, 7H38L, 10H30L et 10H38L, choisissent la céramique est prouvée par des tests rigoureux. Lors d’un test d’arc électrique, alors que les bornes du fusible ont été endommagées par l’arc, le tube en céramique d’alumine à 95 % est resté complètement intact, résistant à l’essai sévère à haute température. Nous n’avons vu aucun cas de fissuration, d’étras d’arc électrique ou de combustion avec nos fusibles à tube céramique, ce qui prouve que le choix d’une céramique à haute résistance à 95 % d’alumine est la solution correcte et rationnelle pour la fabrication de fusibles haute tension automobiles.
Des tests récents selon la certification de sécurité obligatoire CCC de la Chine ont montré qu’un fusible haute tension automobile de 500 V/400 A complétant l’ensemble du processus d’interruption d’arc de fusion en seulement 7,22 millisecondes lorsqu’il est soumis à un courant de court-circuit de 20 KA. Cela confirme pleinement que les fusibles à tube céramique sont non seulement résistants aux hautes températures et incombustibles, mais qu’ils possèdent également des performances exceptionnelles, avec une limitation de courant de 9,43 KA et un temps d’extinction d’arc de 5,49 ms.
Une dernière recommandation pour la sécurité
À la suite de récents incendies de véhicules électriques, le ministère chinois de l’Industrie et des Technologies de l’information a émis des avis pour des enquêtes approfondies sur les risques pour la sécurité. Nous espérons qu’en lisant cet article, les fabricants de véhicules et de batteries accorderont une grande attention à la structure des matériaux et à la sélection appropriée des fusibles haute tension lors de leurs contrôles de sécurité. Ne présumez pas que le simple fait d’installer un fusible rend le système « assuré » et sûr ; L’enquête doit commencer par s’assurer que la mèche elle-même est « ignifuge ».
<Fusible céramique Oscillogramme de test de court-circuit CCC>
Nous recommandons également aux fabricants de batteries de ne pas installer de fusibles haute tension à l’intérieur du boîtier de la batterie. Il est de loin préférable de les isoler dans un boîtier séparé et indépendant. C’est non seulement plus sûr, mais aussi plus pratique pour l’inspection et le remplacement, éliminant ainsi le besoin de démonter fréquemment la batterie principale. Après tout, une fois que les VE sont vendus en grand nombre, les personnes qui remplacent ces pièces consommables seront souvent des non-professionnels.
À propos de DONGGUAN GONGFU ELECTRONICS CO., LTD.
En tant que développeur et concepteur dédié, GONGFU Electronics fournit des solutions complètes pour les fusibles, les porte-fusibles, les fusibles automobiles, les porte-fusibles automobiles, les fusibles CC, les fusibles photovoltaïques et les fusibles à stockage d’énergie.