环方电器自创立以来,一直专注专注汽车继电器,电磁开关的制造,是电磁开关和继电器国家行业标准起草单位,近年来,新能源汽车在全球快速发展,环方开发出专门用于新能源汽车内部电路控制,新能源汽车充电桩,新能源汽车充电站的高压直流接触器。并融合多项国家专利,同时还积极和全球知名汽车配件供应商开发新一代的高压直流接触器。为人类的绿色出行贡献我们最大的力量。
高压继电器在新能源汽车上的作用
继电器作为新能源汽车重要的零部件之一,新能源汽车主电路电压一般都大于200V,远高于传统汽车的12-48V,新能源汽车除需要传统汽车所需的低电压继电器或接触器以外,还需配备特殊的高压直流接触器。
新能源汽车一般采用高压电池组为电动车提供动力驱动,为保证电气系统正常通断,在电动汽车的电池系统和电机控制器之间需配置高压直流继电器,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,因此,高压直流继电器是新能源汽车关键安全器件,如果没有它,电动车将不能启动、行驶及停车。
一、高压继电器在新能源汽车上的应用
根据车型及动力系统的不同,继电器有汽车上使用的数量及规模也存在较大差。平均而言,每台新能源汽车需配备5-8只高压直流继电器——2个主继电器、1个预充继电器、2个快充继电器、2个普通充电继电器和1个高压系统辅助设备继电器。
二、 高压直流继电器的基本功能
作为新能源汽车中关键的安全器件——高压直流继电器,需具备耐高压、耐负载、抗冲击、灭弧能力强和分断能力强的基本功能。
1. 耐高压
新能源电动汽车的工作平台电压都较高,远高于传统汽车的12V/24V,因此要求其配套的高压直流继电器能够承受较高的工作电压和高压带载中可靠的闭合与分断。
2. 耐负载能力强
新能源乘用车和大巴车的电动机额定功率一般为30KW和80KW以上,峰值达到60KW和160KW以上,按上述提到的电压平台来看,其电流将分别达到200A和300A左右,在产品性能、成本的双重压力下,要求相同的体积下,产品的耐负载能力强,同时还要具备额定负载电流数倍的瞬时过载能力;或者在相同的耐负载能力下,产品的体积越小越好。
3. 抗冲击
新能源汽车用高压直流继电器不仅要具备耐受较高的电压和承载足够电流的基本功能,还要抵抗闭合瞬间电容性负载巨大电流的冲击,这个电流一般是负载额定电流的数倍至数十倍等,常规的继电器都无法承受这一瞬间电流的冲击,这个冲击电流的危害就是极易导致继电器触点粘联,继电器触点分离失效,电源切断失控,严重时可造成车毁人亡等安全事故,危害极大。因此新能源车用的直流继电器产品应具有良好的抗冲击性能。
4. 灭弧能力强
电弧是继电器触点闭合与分断动作过程中不可避免的问题,它大大降低了继电器触点的使用寿命。采用一些特殊的快速灭弧手段降低电弧能量,减少对继电器触点的损害,延长产品的使用寿命。因此,灭弧能力强也是继电器需具备的基本特点。
5. 分断能力强
汽车在运行过程使用工况复杂,在紧急情况下,如电气系统短路时,回路中的瞬间电流骤升,此时要求继电器在极限大电流下能够顺利的切断电路,而不发生触点粘连或继电器爆炸等异常状况的发生,防止电池过放短路起火或爆炸的安全危害,这就要求继电器触点具有良好的抗冲击和抗粘连的能力。
三、 高压直流继电器的类型
从应用类型来看,目前新能源汽车高压直流继电器应用最多的是真空型和充气型继电器。
真空是理想的绝缘。由于高压电弧产生于绝缘介质的电离,而真空本身是没有介质,所以是触点间有很好的隔离。完全的真空状态只是理想状态,实际会残留一些杂氧,杂氧在有电弧情况下和铜电极生成氧化铜,接触电阻增大,继电器有失效风险。
目前主要是应用充气型继电器,充气型继电器主要灭弧解决方案为氢气和氮气。充纯氢气,加偏转磁铁辅助灭弧,相比抽真空及充氮气灭弧效果要好,氢气的绝缘性能好,难以电离。
高压继电器原理介绍:
高压继电器简单理解就是用较小的电流去控制较大电流的一种自动开关。在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。高压继电器控制的主要目的是保证电池系统上下电的正常进行,在汽车启动时闭合高压继电器上电,在汽车停车熄火时断开高压继电器下电。高压继电器控制属于汽车电子电气系统,其失效形式可能会对驾驶员的生命安全造成伤害,因此应该按照ISO26262标准进行开发,以满足功能安全要求。
高压继电器状态监控主要是通过检查高压继电器的触点状态来判断高压继电器工作状态是否符合控制要求,避免在高压继电器打开的情况下给高压回路施加电气负载,以及在高压回路有较大电气负载的情况下断开高压继电器。高压继电器的触点检测可以准确发现高压继电器粘连情况,防止在高压继电器粘连情况下误操作损坏高压回路元器件,同时合理操作高压继电器(打开/闭合),延长继电器使用寿命。高压继电器触点检测方法采用带辅助触点检测的高压继电器,也可以单独设计辅助触点检测电路,通过检测高压继电器两段的电压来判断高压继电器触点的打开/闭合状况。
高压继电器的两种典型技术路线(陶瓷密封和环氧树脂密封)
陶瓷密封,这个技术路线以松下为代表;另一种是环氧树脂密封,这个以TE为代表。
高压直流继电器为什么要充气体?气体的灭弧原理是什么?陶瓷封装的(松下)为什么充氢气,而环氧封装的(TE)为什么充氮气?直流电和交流电的区别主要在于直流电没有过零点,一旦形成电弧,不会自己熄灭,会持续燃弧,这对触点是致命的损伤!而电弧的本质是什么?是电子在电场力作用下的逸出,是极端放电。因而灭弧有两种方法,其中一种方法是加大触点间隙(磁吹灭弧的本质是利用洛伦茨力改变电弧的通路,可以理解为加大了触点间隙,如果只是物理上加大触点间隙,而不用磁吹灭弧,相应的继电器磁间隙也要很大,那同样的负载能力下,体积和重量大的无法想象),另外一种方法就是在触点之间有一种物质,可以阻断电子的路径,能想到的最好的方法就是充气体了。充气就很讲究了,第一要求气体很活跃,气体活跃就更容易与电弧逸出的电子碰撞,从而产生阻断效应,并且更容易带走热量。第二要求气体本身的分子结构很稳定,本身自带的电子不容易逃逸。根据以上两个要求,自然而然想到氢气是灭弧的首选气体,氢气分子量在所有气体里面最小,也最活跃,分子结构也足够稳定。所以这是松下,宏发等的技术路线,因为他们走的是陶瓷封装的路线。TE为什么不充氢气,而是充氮气,因为他们是环氧树脂封装。氢气是最好的灭弧气体,但他分子量小,要封住使之不泄露,环氧树脂做不到,只能退而求其次选择氮气。
目前环方电器拥有陶瓷密封高压继电器和环氧树脂密封高压接触器两个系列
高压继电器的初选:
1. 了解客户初步需求:如额定电压,额定电流,充放电峰值电流,峰值电流持续时间,抗震性能,工作环境要求,海拔高度,车辆的运行模拟工况等等;
2. 高压继电器的常用参数:触点参数、常开触点、常闭触点、性能参数、绝缘电阻、耐压、工作电流、工作电压、安装孔尺寸、安装孔大小等等;
3. 先根据额定电压选匹配型号,大多高压继电器电压范围很广,可以匹配大多应用场景,这个只是参考;
4. 根据额定电流继续缩小范围选择型号,选择比额定电流大,且接近的高压继电器,比如额定电流200A,比如某厂商额定电流200A高压继电器上面规格是额定电流250A继电器,暂时选择250A后;
5. 根据客户提供峰值电流预估预期使用寿命;
6. 根据电池包电气性能预估短路电流,根据预估短路电流估算短路电流,根据电路电流预估高压继电器失效时间;
7. 比较重要的一步:把短路时高压继电器失效时间和熔断器失效时间做对比,短路时继电器失效时间比熔断器失效时间要长,自行比对或者让公司做比对都可以。