Premièrement, il doit posséder des caractéristiques de protection à action rapide en courant continu pour interrompre rapidement les surcharges sévères et les courants de court-circuit. Ensuite, il doit être compact, résistant aux vibrations, durable et structurellement interchangeable. Troisièmement, et surtout très souvent négligé, le matériau du tube fusible doit posséder une résistance à haute température et être non combustible et non inflammable.
Les fusibles haute tension automobiles fonctionnent à long terme dans des espaces confinés et exigus sans refroidissement efficace. C’est particulièrement vrai lorsqu’ils partagent un environnement fermé et à haute température avec le pack batteries. Un mauvais choix des matériaux peut entraîner une fusion thermique et une combustion du corps fusible. Comme le dit le proverbe, « ce qui te fait peut aussi te briser. » Pour garantir une sécurité complète, le choix approprié des fusibles haute tension automobiles doit être traité avec la plus grande importance et une attention attentive.
Pourquoi les fusibles sont la Standard pour la protection des batteries de VE
L’utilisation de fusibles haute tension pour la principale protection contre les surcourants des systèmes de batteries lithium dans les véhicules électriques est, d’une part, basée sur les exigences claires de la norme nationale GB/T18384.1. Plus important encore, c’est parce que lorsqu’une surcharge grave ou un court-circuit survient dans le système de batterie lithium, une « porte » 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 surcharge à haute tension.
En raison de l’espace limité dans les véhicules, il est peu pratique d’installer des disjoncteurs DC encombrants et coûteux. Ainsi, l’utilisation de fusibles DC 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 en courant continu contient un élément en argent pur soudé à l’intérieur d’un tube rempli de sable quartz compacté de haute pureté. Lors du fonctionnement normal, la résistance micro-ohms propre au 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 argenté et le sable de quartz travaillent ensemble pour compléter l’ensemble du processus d’extinction-interruption par arc de fusion en quelques millisecondes, absorbant et dissipant tout le courant de surtension haute tension et la chaleur à haute énergie dans le corps du fusible.
Lors de ce processus, le tube fusible doit supporter la pression de dilatation de 200-300 MPa générée par l’arc interne haute tension, ainsi qu’une chaleur radiante dépassant 1000 °C. Si le matériau du tube ne dispose pas d’une résistance mécanique suffisante à haute température, il se rompt, explose et éjecte un arc, entraînant une carbonisation et une combustion à haute température.
Le danger caché : Corps à fusibles organiques
Après 2014, avec la croissance significative de la production de véhicules électriques et la capacité énergétique croissante des batteries électriques, le défaut fatal de l’utilisation de matériaux organiques pour les corps fusibles a commencé à apparaître dans divers incidents. Les utilisateurs ont signalé plusieurs cas de combustion du corps fusible impliquant des tubes composites organiques, survenant principalement lors du processus de recharge des bus électriques à systèmes supérieurs à 500V.
Des facteurs tels que la durée de vie de la batterie dépassant sa garantie, l’utilisation d’une base organique pour le fusible, des vis conductrices desserrées, ou le corps du fusible trop proche de la paroi métallique du boîtier peuvent tous déclencher des arcs électriques accidentels et des incendies. Auparavant, en raison d’informations incomplètes provenant des sites d’accidents et de la réticence de certains fabricants de véhicules et de batteries à divulguer des détails, des problèmes comme la surcharge incontrôlée des batteries lithium entraînant fuites, courts-circuits et mauvaise installation de fusibles n’ont pas été analysés en profondeur comme causes profondes.
Pourquoi un corps de fusion 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 de court-circuit ? Ces questions ont non seulement entraîné une confusion prolongée et des débats entre fournisseurs et clients, mais ont aussi suscité le doute et l’anxiété du public quant à la sécurité des véhicules électriques à énergie nouvelle.
Des recherches approfondies sur le phénomène d’auto-ignition des corps 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 un environnement clos à haute température d’une batterie ou d’une boîte haute tension, surtout lorsqu’il est installé dans un coin mal ventilé, le matériau subit un vieillissement thermique significatif. Cela entraîne un déclin progressif à la fois de sa résistance mécanique et de son isolation.
La surcharge incontrôlée est particulièrement fréquente dans les bus électriques qui rechargent à haute tension (au-dessus de 500V). La surtension en court-circuit résultant d’une fuite de batterie ou d’une défaillance de condensateur due à une surcharge peut impacter les relais et fusibles en sens inverse, provoquant un pic rapide de température interne. Cela accélère la dégradation du tube organique. Lorsque la température ambiante dépasse le point de fusion du matériau, le corps fusible carbonise rapidement, transformant la couche isolante d’origine en couche conductrice. La surtension haute tension forme alors un chemin d’arc externe le long de la paroi du tube, brûlant violemment la matière organique et provoquant son auto-enflammement. Cela enflamme à son tour les câbles électriques à l’intérieur de la boîte haute tension, provoquant un incendie complet du véhicule. Selon des témoins oculaires, tout le processus peut ne prendre que quelques secondes, mais l’énergie destructrice est stupéfiante.
<Séquence de défaillance d’un fusible EV composite organique>
<Séquence de défaillance d’un fusible EV 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 issus des domaines domestiques des VE, des batteries électriques, de l’électricité et de la recharge a conclu que « l’accident a été causé par une surcharge des batteries électriques, entraînant des fuites, des courts-circuits et, finalement, un incendie. » Cette découverte a révélé la raison profonde des incidents antérieurs de combustion du corps du fusible et constitue une leçon essentielle.
Dans presque tous les cas enregistrés de combustion du corps du fusible sur des bus électriques causée par des courts-circuits de surcharge de batterie ou de condensateur, la scène est la même : un arc ultra-haute température se propage rapidement à la surface du corps du fusible, faisant non seulement fondre les bornes en cuivre mais aussi capable de brûler une plaque d’acier de 5 mm de la boîte haute tension. Cela indique des températures dépassant 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 de la mèche est complètement perdue.
Par conséquent, nous concluons que tant que le BMS et les systèmes de gestion des piles de charge ne peuvent pas assurer un contrôle 100 % efficace des défauts de surcharge et de surcharge des batteries lithium, l’utilisation de matériaux composites organiques pour les corps fusibles haute tension n’est pas une solution scientifiquement fiable ou sûre.
La solution supérieure : céramique à 95 % d’alumine
<Défaillance du fusible organique du VE avant et après l’incident >
Une enquête de sécurité approfondie menée auprès de plus de 50 entreprises nationales d’intégration de VE et de batteries a montré que 97 % des utilisateurs approuvaient l’option des « tubes non combustibles », et 64 % approuvaient spécifiquement les « tubes céramiques à haute résistance ».
Sur la base de cette préférence claire de l’utilisateur pour la sécurité absolue, nous, chez GONGFU Fuse, avons fait le choix décisif d’abandonner les matériaux composites organiques utilisés pendant huit year. Nous avons plutôt opté pour une céramique à haute isolation, résistance aux hautes températures et non combustible à 95 % d’alumine (Al₂O₃ corindum) pour nos corps fusibles. Avec la sécurité absolue des véhicules électriques comme objectif principal, nous avons mis en œuvre cette mise à niveau sur l’ensemble de nos chaînes de production de masse.
Tableau 1 : Comparaison des performances des matériaux de carrosserie des fusibles automobiles
| Matériau des tubes | Distorsion thermique Température (°C) | Résistance à la flexion (MPa) | Résistance diélectrique (KV/mm) |
|---|---|---|---|
| Tube moulé à base de phénol | 120-130 | 80 | 2 |
| Tube laminé en mélamine | 150-180 | 180 | 6 |
| Tube enroulé en fibre de verre époxy | 120 | 290 | 10 |
| Tube 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, bien que les bornes du fusible aient été endommagées par l’arc, le tube céramique à alumine à 95 % est resté complètement intact, résistant à l’essai intense à haute température. Nous n’avons constaté aucun cas de fissures, de flashover d’arc ou de combustion avec nos fusibles à tube céramique, prouvant que choisir une céramique haute résistance à 95 % d’alumine est la solution correcte et rationnelle pour fabriquer des fusibles haute tension automobiles.
Des tests récents, selon la certification obligatoire de sécurité du CCC en Chine, ont montré qu’un fusible automobile haute tension de 500V/400A complétait l’ensemble du processus d’interruption de fusion en seulement 7,22 millisecondes lorsqu’il était 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 non combustibles, mais possèdent aussi des performances exceptionnelles, avec une limitation de courant de 9,43 KA et un temps d’extinction par arc de 5,49 ms.
Une recommandation finale pour la sécurité
À la suite des récents incendies liés à des 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 prêteront une grande attention à la structure des matériaux et au choix approprié des fusibles haute tension lors de leurs contrôles de sécurité. Ne supposez pas que l’installation simple d’un fusible rend le système « assuré » et sûr ; L’enquête doit commencer par s’assurer que le fusible lui-même est « ignifuge ».
<Oscillogramme CCC de test de court-circuit à fusible céramique >
Nous recommandons également aux fabricants de batteries de ne pas installer de fusibles haute tension dans la boîte à piles. Il est bien préférable de les isoler dans un enclos 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 le pack batterie principal. Après tout, une fois que les VE sont vendus en grand nombre, les personnes qui remplacent ces pièces consommables sont souvent des non-professionnels.
À propos de DONGGUAN GONGFU ELECTRONICS CO., LTD.
En tant que développeur et concepteur dédié, GONGFU Electronics fournit des solutions tout-en-un pour les fusibles, porte-fusibles, fusibles automobiles, porte-fusibles automobiles, DC, fusibles photovoltaïques et fusibles de stockage d’énergie.