影响高压直流继电器因素
1、磁场吹弧对触头电寿命的影响
电弧,是电压击穿动静触头之间的介质后,形成的电离通道中的一股电流,完全服从电磁作用定律。电弧产生的磁场如图中所示。判断电弧的受力方向,使用左手定则,受力方向如图中F所指。
磁吹,就是利用永磁铁或者电磁铁产生一个磁场,磁场与电弧相互作用的方向是将电路拉向远离动静触头的方向。
随着动触头的快速运动和磁吹作用的施加,电弧被拉长,弧阻迅速增加,使得电弧电流急剧下降,电弧的热效力随之下降。介质电离程度随着温度的下降而下降,电弧通道的导电能力下降。如果在拉弧的同时,在电弧向外移动的过程中,配合其他切割电弧、冷却电弧的手段,则电弧会更快的熄灭。
减少燃弧时间,是对触头的重要保护手段。好的磁吹设计,必然能够延长继电器的寿命。磁吹,已经在空间要求不太敏感的大功率继电器、接触器中广为应用,而在小型继电器中,只是个别产品设计了类似装置。
2、环境气压对触头电寿命的影响
为了缩短燃弧时间,除了使用上述磁吹手段拉弧以外,狭小空间内灭弧常常使用的方法还有,改变触头合分环境,给密封的灭弧室充入电离能高的气体或者将灭弧室抽真空。
3、机械参数对触头电寿命的影响
与触头电寿命相关的结构参数包括:触点面积,分断机构,触头接触压力等。
触点面积,动静触头较大的接触面积,可以给电流提供更大的通路,减少接触电阻,降低温升。当继电器闭合或者分断时,小型燃弧带来的热量,触点越大越容易散发出去,从而降低触点融化的风险。
分断机构,是继电器设计之中的另一个技术要点。机构自身有稳定的动作周期,从出发到最终运动到开距最大位置需要的时间,直接影响燃弧时间。
动静触头的接触压力,动静触头之间始终存在着接触电阻,接触压力越大,电阻越小。较大的接触压力,能够降低继电器正常工作状态下的电损耗和温升;触头表面比较小的破损或者凸起的毛刺,在较大的压力下,不会产生明显的不良影响,并且在多次合分后,触头之间的冲击力会抹平这些小瑕疵。
4、灭弧室的密封性
真空灭弧室不可能达到绝对的密封,壳体焊缝等都存在着漏气的可能。在其设计指标里已经包含了一个允许的漏气系数,慢性漏气是不可避免的。加之,继电器在电动汽车上使用,随时随地的剧烈震动环境,也严重考验着密封质量。
随着进入密封腔的空气越来越多,以及壳体密封性越来越差,灭弧室内的真空度逐渐降低,灭弧能力也会逐渐变差,这是影响继电器寿命的一个重要因素。
高压直流继电器,原本主要在电力行业以及航空、航天行业应用。近年来电动汽车逐渐兴起,驱动配电系统,成了高压直流继电器一个非常重要的应用场景。高压是相对于24V、48V低压系统而言。低速电动车有些选择60V和72V系统的电源配置,一般高速乘用车电压都在200V以上,大巴更是可以达到600V以上。满足这个电压阶段使用要求的继电器,被称为高压直流继电器。
电动汽车高压直流接触器在电动汽车与充电
新能源电网需要直流接触器,新能源设备和装备都需要电动汽车高压直流接触器。近年来新能源汽车及充电设施发展迅猛,其关键电气元件之一的电动汽车高压直流接触器的市场容量也随之扩容。针对此新兴行业的特殊需求,各汽车设计、充电桩等直流电气装备设计工程师们如何为其设计理想选择恰当的直流接触器产品?该关注哪些主要关键点?本文谨从产品应用及产品适应性方面抛砖引玉浅谈一二。
一、电动汽车高压直流接触器电动汽车充电设备 [GB/T 18487.1 之4.4]的规定:
电动汽车供电设备按照输出电压分类:
交流:单相220V,三相380V;
直流:200V‐500V,350V‐700V,500V‐950V。
直流充电电流优选值:80A,100A,125A,160A,200A,250A。
注:高于950V的供电设备由车辆制造商和供电设备制造商协商决定。
从以上标准中可以看出,使用于商用和乘用电动汽车中的直流接触器具有高电压、大电流的的基本特点,所以需要具备很高的可靠性,较高的绝缘电压。区别于普通工业用接触器产品,其在制造中也要求具备抽真空、气体填充、压力密封、智能控制等专业制造工艺,对设计技术,制造技术要求很高。
二、直流接触器在新能源汽车、充电桩(机)中的应用
1. 在充电桩(机)中的应用
用于直流充电桩、充电站的直流输出侧或用于车载充电机的输出侧。当接触器闭合时,起充电桩和汽车的连通作用;断开时,隔离充电桩和外部的连接,起到安全防护作用。如图1
2.在电动汽车中的应用
在电动汽车的电池系统和逆变器之间配置直流接触器。当系统停止运行后起隔离作用,系统运行时起连接作用,当车辆关闭或发生故障时,能安全的将储能系统从车辆电气系统中分离,起到分断电路的作用。在其他辅助回路中作为用电控制器件。
重要技术指标:
a) 在系统停止运行后起隔离电源端与负载端作用;(重要技术指标:额定绝缘电压Ui)
b) 系统运行时起连接电源端与负载端作用;(重要技术指标:约定发热电流Ith)
c) 故障时起分断电路的作用。(重要技术指标:最高运行电压U)
三、 产品的适应性设计
1.环境适应性设计:
区别于一般工业用接触器产品,使用环境条件对电动汽车用接触器的适应性要求更加苛刻,必须同时满足宽温度范围、高防护等级、高抗振动性等基本条件。
1)高低温度设计:需满足电动汽车和充电桩(机)在极端天气下正常使用的温度要求。产品储存环境温度:-55~+125℃,正常工作环境温度为-25~+40℃,极限条件下环境温度为-40~+85℃,
2)防护等级设计:需满足恶劣环境条件下的正常工作,在雨水和尘土环境下正常使用,产品完全防止粉尘进入,满足短时浸水要求,防护等级达到IP67。
3)抗振性能设计:产品需具备很强的抗振性和耐冲击性。满足汽车使用于各种路况颠簸振动的特殊需求。
2.安全可靠性设计
安全可靠性是衡量电动汽车直流接触器的第一也是最关键的要素,主要体现在灭弧能力、绝缘电压等方面。
直流电弧具有无过零点,燃弧后电弧难以熄灭的特点。而将产品结构设计为双断点直动式运动形式。并在密封型灭弧腔内填充压缩气体的灭弧技术手段可实现良好的灭弧能力。其主要原理是:在电弧加热后与填充的气体形成高压气体,气体压力的增大使得热游离大幅下降,弧隙和灭弧室内的压力差使气体运动加速,冷却作用加剧,电弧快速熄灭。
原标题:电动汽车高压直流接触器
高压直流继电器与传统继电器相比的优势
1、解决拉弧问题:不可带感性负载关断,否则触点会因放电拉弧而烧毁;
2、解决吸和粘连问题:不可带容性负载,负载触点会因过电流而粘连;
3、去除灭弧装置,工艺简单,降低成本;
4、采用电解铜作为触点,减少环境污染;
5、不需配置散热器,节省成本(陶瓷式);
6、解决了安全隔离开关隔离问题(紫铜铜排联接);
7、实现智能控制及网络传输:实现对各路输出进行监控。
高压直流接触器的参数及特点
高压直流接触器是一款小型、低价、密封型继电器Kilovac EV200,其额定接触电流高达500Adc。该继电器是为恶劣的环境开发的,其固有的安全性使得线圈和触点没有氧化物或污染物,即使使用多年或多年不用,其接触电阻也相当稳定。
高压直流接触器广泛应用于电源部分:
1、车辆及火炮控制单元装甲车,火炮和坦克,两栖车辆,补给车,推土车,自卸卡车,起重机和服务设备
2、航空、航天、太空站配电设备及地面牵引车
3、海舰/船只及水下设备(DC电源)
4、混合动力车辆-卡车,大巴,轨道车辆电源隔断,辅助电源连接,柴油加热器以及DC连接
5、新能源-太阳能,燃料电池,风能,超级电容
6、采矿设备及建筑车辆-驱动和控制系统
7、发电-地面电源机组焊接器电信
8、运输-火车,公交车,长途汽车
特点:
*450VDc下携带400A,过载2500A
*氢气做介质,用于大电流开关
*触点位置装霍尔效应传感器,探测触点融合
*理想应用时电路保护和控制,电池开关,主电源安全断开
*多种功率,电压,电流规格VDC范围进行试验
*内部节能器提供不同温度和电压下只需4W保持功率--通过和认证EMI频谱试验。
*“锤效应”专利,以断开电极熔合
*“超级气密性”专利,保护所有动部件
*可在危险环境工作
*旋转触点保证低电阻和低功耗
*封装控制触头。有引线的配对接头P/N2625
*双向功率开关
*动作快
*低功耗
*辅助触点
高压直流继电器的应用
该产品采用了先进的金属—陶瓷高性能封接技术、高压电弧减灭技术等多项关键技术,。目前我单位已开发出单稳态、磁保持等多个品种产品。切换电压可达330Vd.c,切换电流从20A~100A。
典型应用
1、广泛应用于电源部分:
航空、航天、太空战配电设备及地面牵引车
军用车辆及火炮控制单元
舰艇/船只及水下设备
混合动力车辆、轨道车辆
采矿设备、建筑车辆
太阳能、燃料电池、风能等新能源
特殊用途——除冰、起重机、雪橇
2、其他应用
便携式发电机
水下潮汐发电机
工业&民用电力自动化
易爆和高污染环境——油、汽、工厂的自动化
技术优势
1、机械结构。耐温度环境能力强,抗空间各类辐射以及电磁脉冲能力强、导通压降低、分断彻底。
2、按宇航用继电器相关规范进行设计、选材和试验,为宇航用密封继电器。
3、体积小、重量轻。
4、全密封结构,独特的散热和绝缘结构设计,可靠性、安全性高。
5、采用特殊触头材料处理技术,产品过载能力强,电寿命长,导通压降低。