لماذا يتم استخدام الأنابيب الخزفية المعزولة في -صمامات المركبات الكهربائية ذات الجهد العالي؟

نظرًا لتطور مركبات الطاقة الجديدة نحو إمكانات-الجهد العالي والتيار-العالي والشحن السريع-، فإن أنظمتها الكهربائية ذات الجهد العالي- تفرض متطلبات صارمة بشكل متزايد على مكونات حماية الدائرة. تعمل كعناصر حماية مهمة داخل أنظمة البطاريات، والعاكسات، ودوائر توزيع الطاقة-عالية الجهد، ويجب أن تقطع صمامات الجهد العالي-تيارات الأعطال بسرعة أثناء-الدوائر القصيرة أو أحداث التيار الزائد الشديدة.

 

خلال هذه العملية، لا يعتمد المصهر فقط على عنصره الداخلي لمقاطعة التيار ولكن أيضًا على العمل المنسق لجسم الأنبوب العازل ووسيط الإطفاء -القوسي والهياكل الطرفية لإدارة القوس الكهربائي. وبالتالي، فإن الأنابيب الخزفية المعزولة في صمامات EV هي أكثر بكثير من مجرد غلاف حماية خارجي بسيط؛ وهو أحد المكونات الهيكلية الوظيفية الحيوية لمصهر الجهد العالي-.

 

 

 

الأنبوب الخزفي المعزول في منصهرات EV- والمعروف أيضًا باسم جسم سيراميك منصهر EV أو أنبوب سيراميك الألومينا للصمامات-يتم تركيبه عادةً داخل منصهرات الجهد العالي-للسيارات لإيواء عنصر المصهر والمكونات الداخلية ذات الصلة. في ظل ظروف التشغيل العادية، يجب أن يوفر الأنبوب الخزفي عزلًا كهربائيًا مستقرًا للأجزاء الموصلة الداخلية مع الحفاظ على القوة الميكانيكية الكافية. عند حدوث دائرة كهربائية قصيرة أو تيار زائد شديد في نظام الجهد العالي-لمركبة الطاقة الجديدة، ينصهر عنصر المصهر ويكسر الدائرة. يمكن لهذه العملية أن تولد-أقواسًا كهربائية ذات درجة حرارة عالية؛ يجب أن يظل الأنبوب الخزفي مستقرًا من الناحية الهيكلية في هذه البيئة-درجة الحرارة المرتفعة والمعرضة للقوس الكهربائي-ويجب أن يعمل جنبًا إلى جنب مع وسط الإطفاء-القوسي الداخلي للمساعدة في التحكم في القوس الكهربائي.

 

وبالتالي، يلعب الأنبوب الخزفي العازل دورًا نشطًا في عملية انقطاع التيار-للتيار. تشير مواصفات المنتج الخاصة بصمامات EV إلى أنه يتم استخدام أنابيب سيراميك الألومينا العالية- لتحمل التعرض للقوس ودرجات الحرارة المرتفعة بينما تعمل كدعم هيكلي لعنصر المصهر الداخلي.

 

 

تختلف بيئة تشغيل صمامات الجهد العالي-في مركبات الطاقة الجديدة بشكل كبير عن بيئة تشغيل صمامات الجهد المنخفض-القياسية. تعمل أنظمة بطاريات الطاقة في مركبات الطاقة الجديدة غالبًا على منصات ذات جهد كهربائي عالي-تصل إلى عدة مئات من الفولتات أو أكثر وتكون قادرة على توصيل تيارات دائرة قصر- هائلة. عندما يقاطع المصهر تيار الخلل، فإنه يتعرض لأحمال حرارية شديدة وقوس كهربائي.

 

ولذلك، فإن جسم أنبوب المصهر يتطلب مقاومة عالية للحرارة، وعزل كهربائي ممتاز، واستقرار ميكانيكي. على الرغم من أن المواد البلاستيكية توفر العزل، إلا أن مشكلات مثل التليين والتحلل الحراري تنشأ في البيئات شديدة الحرارة-والانحناء. تمتلك المواد المعدنية قوة ميكانيكية عالية ولكنها موصلة للكهرباء، مما يجعلها غير مناسبة لوظيفة العزل المطلوبة. ومع ذلك، يقدم السيراميك مزيجًا من العزل الكهربائي العالي والمقاومة لدرجات الحرارة العالية-والاستقرار الميكانيكي الفائق، مما يجعله خيارًا شائعًا لعزل أجسام الأنابيب في الصمامات ذات الجهد العالي-. تشير مواصفات الصناعة في كثير من الأحيان إلى -سيراميك الألومينا عالي النقاء لأجسام منصهرات المركبات الكهربائية، مع تسليط الضوء على خصائصها العازلة و-المقاومة للحرارة والقوس-.

 

 

من بين مواد السيراميك الكهربائية، توفر الألومينا توازنًا ممتازًا في الخصائص. -يُظهر سيراميك الألومينا عالي النقاء عادةً مقاومة كهربائية عالية، وقوة عازلة، ومقاومة للحرارة، وقوة ميكانيكية، مما يجعلها مناسبة للمكونات الهيكلية التي تتطلب عزلًا كهربائيًا واستقرارًا حراريًا. بالنسبة لأنبوب السيراميك الخاص بصمام EV DC، يجب أن تلبي المادة متطلبات الأداء المتعددة في وقت واحد. الأول هو العزل الكهربائي: يجب أن يمنع الأنبوب الخزفي التوصيلات الكهربائية غير المرغوب فيها بين العناصر الموصلة الداخلية والمكونات المعدنية الخارجية. ثانيًا، مقاومة الحرارة: أثناء عملية الصهر، يسخن عنصر المصهر بسرعة ويولد قوسًا كهربائيًا، مما يتطلب أن يحافظ الأنبوب الخزفي على سلامته الهيكلية. ثالثًا، الأداء الميكانيكي: نظرًا لأن مركبات الطاقة الجديدة تتعرض لاهتزازات الطريق، والصدمات، وتقلبات درجات الحرارة أثناء التشغيل-على المدى الطويل، يجب ألا يتشقق أو ينكسر أنبوب السيراميك الداخلي بسهولة.

 

تستخدم بعض المنتجات الصناعية 95% أو 99% من سيراميك الألومينا كنظام مواد لأجسام منصهرات EV ذات الجهد العالي-. يجب اختيار التركيبات الخزفية المحددة بناءً على هيكل المصهر، والجهد المقنن، وطريقة الإطفاء بالقوس الكهربائي، وعملية التصنيع.

 

 

 

يعد هذا أحد الاختلافات الرئيسية بين الأنابيب الخزفية لسلسلة EV BS والأكمام العازلة القياسية. عندما ينفجر عنصر المصهر، لا تنتقل الدائرة على الفور إلى حالة التيار الصفري. يعد التحكم في القوس أمرًا بالغ الأهمية بشكل خاص لأنظمة التيار المستمر ذات الجهد العالي-. تستخدم أنظمة الجهد العالي لمركبات الطاقة الجديدة (NEV)-التيار المباشر (DC)؛ على عكس التيار المتردد (AC)، لا تمر أقواس التيار المستمر بشكل طبيعي عبر نقطة تيار صفر-. وبالتالي، يجب أن يتحكم المصهر بشكل فعال في القوس من خلال تصميمه الهيكلي واستخدام وسائط إطفاء القوس-.

 

في العديد من صمامات الجهد العالي-، يتم ملء الجزء الداخلي من الأنبوب الخزفي بمادة إطفاء القوس-، مثل رمل الكوارتز. عندما يذوب عنصر المصهر ويولد قوسًا، يعمل الأنبوب الخزفي وحشو إطفاء القوس- معًا لامتصاص الحرارة وتبريد القوس والتحكم في قناة القوس. تشير المواصفات الفنية لصمامات المركبات الكهربائية إلى أن الجمع بين -أنابيب سيراميك الألومينا العالية ورمل الكوارتز عالي النقاء-كقوس إطفاء-هو تكوين هيكلي شائع لصمامات السيارات ذات الجهد العالي-.

 

 

يشتمل نظام بطارية الجر لمركبة الطاقة الجديدة عادةً على أطراف توصيل موجبة وسالبة ذات جهد عالي-فضلًا عن العديد من مكونات التوصيل الكهربائي ذات الجهد العالي-. يمكن أن يؤدي الفشل في العزل إلى تسرب التيار أو حدوث دوائر قصيرة أو مشكلات أخرى تتعلق بالسلامة الكهربائية.
وبالتالي، يجب أن تحافظ الأنابيب الخزفية المستخدمة في الصمامات على أداء عزل مستقر طوال دورة حياة المنتج بأكملها.
يعد استقرار المادة الخزفية أمرًا بالغ الأهمية بشكل خاص عندما يتعرض المكون للوجود المتزامن لدرجات الحرارة المرتفعة والرطوبة العالية والاهتزاز وضغط الجهد.

لذلك، عند شراء أنابيب السيراميك لصمامات المركبات الكهربائية، لا ينبغي للمرء التركيز فقط على اللون والمظهر؛ من الضروري أيضًا مراعاة نظام المواد وخصائص العزل الكهربائي ودقة الأبعاد ومتطلبات اختبار المنتج.

 

 

على الرغم من أن السيراميك يتمتع بمقاومة ممتازة للحرارة وخصائص عزل، إلا أن المادة نفسها هشة بطبيعتها.
ولذلك، فإن القوة الميكانيكية ومقاومة الصدمات الحرارية لهما نفس القدر من الأهمية بالنسبة للأنابيب الخزفية الخاصة بصمامات شاحن السيارات الكهربائية. تتعرض المركبات لاهتزازات الطريق والصدمات الميكانيكية ودورات درجة الحرارة أثناء التشغيل على المدى الطويل-. يمكن أن تؤدي العيوب الداخلية أو الشقوق أو عدم استقرار الأبعاد في الأنبوب الخزفي إلى الإضرار بموثوقية المصهر بأكمله.

 

ونتيجة لذلك، تتطلب عملية التصنيع رقابة صارمة على نقاء المواد الخام، وكثافة التشكيل، وجودة التلبيد، وجودة خطوات المعالجة اللاحقة. غالبًا ما يتضمن التحقق من جودة الجسم الخزفي اختبار قوة الانحناء، ومقاومة التدوير الحراري، ومعلمات أخرى.

 

 

 

لا تعمل الأنابيب الخزفية كعوازل فحسب، بل تعمل أيضًا كمبيت لعنصر المصهر ووسيط الإطفاء -القوسي. وبالتالي، فإن أبعاد مثل القطر الداخلي والقطر الخارجي والطول ومواصفات الوجه النهائي- تؤثر بشكل مباشر على التجميع النهائي للمصهر. يمكن للقطر الداخلي الصغير جدًا أن يعيق تجميع المكونات الداخلية، في حين أن القطر الداخلي الكبير جدًا قد يغير الحجم الداخلي وخصائص إطفاء القوس-. علاوة على ذلك، يجب أن تتطابق أبعاد الطول والوجه النهائي-بدقة مع أغطية الأطراف المعدنية وأطراف التوصيل والمكونات الهيكلية الأخرى.

 

ونتيجة لذلك، فإن الأنابيب الخزفية ذات الجهد العالي- الخاصة بصمامات المركبات الكهربائية والهجينة تكون عادةً مكونات هيكلية سيراميكية مخصصة بدرجة عالية.

 

 

تُستخدم الأنابيب الخزفية لصمامات تخزين الطاقة في المقام الأول لحماية دوائر الجهد العالي-في مركبات الطاقة الجديدة. تشتمل التطبيقات على دوائر بطارية الجر الرئيسية، ودوائر الجهد العالي المساعدة-، وحماية العاكس، وشواحن اللوحة -(OBCs)، وأنظمة توزيع الطاقة ذات الجهد العالي-. تستخدم بعض صمامات السيارات الكهربائية من فئة - هياكل الأنابيب الخزفية المصممة خصيصًا لتوفير الحماية من الحمل الزائد والدوائر القصيرة- للسيارات الكهربائية والهجينة.

 

مع تطور منصات الجهد العالي- في مركبات الطاقة الجديدة، يجب أن تتكيف الأنابيب الخزفية مع معدلات الجهد والتيار الأعلى، بالإضافة إلى البيئات الحرارية الأكثر تطلبًا.

 

 

 

على الرغم من اختلاف بيئات تشغيل السيارات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة، إلا أن كلاهما يتضمن حماية لدائرة التيار المستمر ذات الجهد العالي-. تتطلب مجموعات البطاريات وأنظمة تحويل الطاقة (PCS) ودوائر توزيع التيار المستمر ضمن أنظمة تخزين الطاقة أيضًا حماية موثوقة من التيار الزائد.

 

وبالتالي، يمكن أيضًا استخدام الأنابيب الخزفية المصممة لصمامات الجهد العالي- في أنظمة تخزين الطاقة الجديدة، وإلكترونيات الطاقة، وبعض البنية التحتية للشحن. يؤدي هذا إلى توسيع نطاق تطبيق السوق لجسم السيراميك المصهر EV إلى ما هو أبعد من صناعة السيارات وحدها.

 

 

مع تحول مركبات الطاقة الجديدة نحو منصات 800 فولت والجهد العالي، ستصبح متطلبات المواد العازلة وأداء الإطفاء -القوسي واتساق الأبعاد في مكونات الحماية الكهربائية ذات الجهد العالي- صارمة بشكل متزايد. مستقبلأنابيب السيراميك المعزولة في الصمامات EVمن المرجح أن تركز بشكل أكبر على نقاء المواد، ودقة الأبعاد، ومقاومة الصدمات الحرارية، والموثوقية الميكانيكية، والتوافق مع عمليات التجميع الآلية.

 

بالنسبة لمصنعي أنابيب السيراميك، لم تعد القدرة على إنتاج أنبوب أسطواني أساسي كافية للوفاء بمعايير تطبيق فئة السيارات-. ستصبح صياغة المواد، وعمليات التشكيل، والتحكم في التلبيد، والتصنيع الدقيق، وقدرات فحص الجودة عوامل حاسمة في القدرة التنافسية للمنتج.

 

تعمل الأنابيب الخزفية المعزولة كمكونات عازلة وهيكلية حيوية داخل صمامات الجهد العالي-لمركبات الطاقة الجديدة. ويجب أن تفي في نفس الوقت بمتطلبات العزل الكهربائي، ومقاومة درجات الحرارة العالية-، والدعم الميكانيكي، والاستقرار في البيئات المعرضة للقوس-، والعمل بالتنسيق مع عنصر المصهر، ووسط الإطفاء القوسي-، والأغطية الطرفية المعدنية لمقاطعة تيارات أعطال الجهد العالي-. بالنسبة لكل من الشركات المصنعة لصمامات المركبات الكهربائية والمؤسسات المشترية، يعد اختيار المواد الخزفية المناسبة ومواصفات الأبعاد وعمليات التصنيع أمرًا أساسيًا لضمان التشغيل المستقر لصمامات الجهد العالي-.