新能源汽車高電壓組件結(jié)構(gòu)淺析（四）

無錫汽車工程高等職業(yè)技術(shù)學校 吳書龍

6 接觸器

在傳統(tǒng)汽車上，繼電器廣泛應用于車燈、車窗、電動刮水器等所有的電氣控制系統(tǒng)中。傳統(tǒng)汽車上應用的繼電器均為低電壓產(chǎn)品，電壓為12 V～48 V。新能源汽車上裝有高能量和大電流的動力電池組，工作電壓一般大于200 V，遠高于傳統(tǒng)汽車上的電壓。因此，新能源汽車上除了需要配備像傳統(tǒng)汽車上的低壓繼電器之外，還需配備高壓繼電器，一般被稱為接觸器。

6.1 接觸器概述

接觸器和繼電器本質(zhì)上是一樣的，都是通過控制線圈的通電或斷電來驅(qū)動觸點的開閉，以斷開或接通相應的電路，都屬于小電流控制大電流的一種開關(guān)。兩者的區(qū)別主要在于觸點承受的載荷不同，接觸器觸點承受的電流容量大。新能源汽車上的動力電池組電壓高達幾百伏，因此，在動力電池組和電氣回路之間的接口處配置的是接觸器。雖然接觸器的負載電路是高電壓，但它們是由低電壓電路來控制的。

新能源汽車上配置的接觸器當車輛運行時起連接作用，當車輛關(guān)閉或發(fā)生故障時，能安全地將動力電池組和電氣系統(tǒng)分離，起接通、斷開隔離、安全保護等作用。任何高電壓大電流電路通斷都會產(chǎn)生電弧或火花，電壓越高所產(chǎn)生的電弧越長，電流越大發(fā)熱量越大。拉長的電弧有可能擊中操作人員或控制器電路。因此，用來接通和斷開大電流電路的接觸器和繼電器相比，還會多一個滅弧系統(tǒng)。

新能源汽車會對接觸器觸點的狀態(tài)進行檢測，用來防止接觸器的觸點應斷開的情況下由于觸點粘接還使高壓回路通電，以及高壓回路通電的狀態(tài)下接觸器觸點突然斷開。接觸器觸點的檢測一般采用自帶輔助觸點的方法，或者采用單獨設計輔助觸點檢測電路的方法，主要是通過電壓降法檢測接觸器觸點兩端的電壓來判斷觸點的開閉狀況。

6.2 新能源汽車接觸器類型

在新能源汽車上應用廣泛的是電磁密封式接觸器。按照封裝形式不同，可分為陶瓷密封和環(huán)氧樹脂密封2種接觸器。

（1）陶瓷密封接觸器。陶瓷密封接觸器（圖24）將觸點密封在充滿惰性氣體的腔體內(nèi)，觸點與外界空氣是隔離的，不會受到污染，不可能被氧化，不容易產(chǎn)生電弧，能夠獲得更好的耐壓能力。陶瓷密封接觸器在搬運或更換過程中可能會使陶瓷外表面沾有臟物，引起表面飛弧或漏電現(xiàn)象，所以在搬運或更換過程中要保持陶瓷外表面干凈。安裝時一定不要使接觸器的密封及固定部位受到過大的橫向力或扭矩。

圖24 陶瓷密封接觸器外形

（2）環(huán)氧樹脂密封接觸器。環(huán)氧樹脂密封接觸器（圖25）的性能與陶瓷密封接觸器性能無差異，但是在抗震性和耐沖擊性上要優(yōu)于陶瓷密封接觸器。在遇到電流不穩(wěn)定時，環(huán)氧樹脂密封接觸器的表現(xiàn)要優(yōu)于陶瓷密封接觸器。另外環(huán)氧密封接觸器的穩(wěn)定性和批量供貨能力要優(yōu)于陶瓷密封接觸器，并且成本更低。

6.3 接觸器在新能源汽車上的應用

根據(jù)車型及動力系統(tǒng)的不同，新能源汽車上使用的接觸器數(shù)量、名稱都存在差異。例如，第2代豐田普銳斯混合動力汽車高壓配電盒里裝有3只接觸器，分別為主接觸器、預充接觸器及負極接觸器，如圖26所示。對于帶充電系統(tǒng)的新能源汽車，會增加充電接觸器，作為動力電池組和充電端口之間電路的組成部分。例如，比亞迪e5純電動汽車高壓配電盒里裝有5只接觸器，分別為主接觸器、預充接觸器、交流充電接觸器、直流充電接觸器+、直流充電接觸器-，如圖27所示。下面將以第2代豐田普銳斯混合動力汽車為例，介紹接觸器在新能源汽車上的實際應用。

圖25 環(huán)氧樹脂密封接觸器

圖26 豐田普銳斯混合動力汽車的接觸器

（1）預充接觸器。預充接觸器和主接觸器并聯(lián)安裝在動力電池組與變頻器之間電路的正極側(cè)。當車輛上電時，預充接觸器通過預充電阻先閉合。動力電池組的高壓母線的電流經(jīng)過預充電阻，以規(guī)定的速率為變頻器電容充電，形成反灌電壓。通過對變頻器電容的電壓進行監(jiān)測，來對高壓系統(tǒng)進行以下檢查作業(yè)。

1）檢查動力電池組和變頻器之間的連接是否穩(wěn)定。

2）檢查變頻器電容的電壓是否充到與動力電池組的電壓持平（反灌電壓≤50 V）。

3）變頻器的電容是否可以在預期的時間內(nèi)充滿電（反灌電壓≤50 V）。

圖27 比亞迪e5純電動汽車的接觸器

如果某項功能檢查沒有通過，預充接觸器會立刻斷開，并產(chǎn)生一個故障代碼。如果所有的系統(tǒng)檢查都能通過，此時主接觸器閉合，預充接觸器斷開，車輛開始全電流上電。從上述可知，預充接觸器只在預充過程中工作，起限制車輛上電之初時的電流，如果不加以限制，過大的電流會對高壓部件產(chǎn)生很大的沖擊。

（2）主接觸器。主接觸器負責控制高壓供電正極，屬于一種接觸型繼電器，對動力電池組電流沒有任何限制。在車輛正常運行過程中，主接觸器接通。主接觸器具有以下5個功能。

1）車輛上電時，將動力電池組連接到變頻器。

2）車輛上電時，監(jiān)控動力電池組和變頻器之間的高壓電路。

3）允許高壓電流在動力電池組和變頻器之間流通。

4）驅(qū)動系統(tǒng)被關(guān)閉時，斷開動力電池組與變頻器的連接。

5）車輛緊急停車時，斷開動力電池組與變頻器的連接。

（3）負極接觸器。負極接觸器安裝在動力電池組與變頻器之間電路的負極側(cè)，負責控制高壓供電負極。在車輛預充和正常運行過程均接通，在車輛下電時，在正極接觸器斷開之后再斷開。

通過在動力電池與變頻器之間電路的正負極都裝有接觸器這種設計，使得電路的兩側(cè)都受到接觸器保護，這是新能源汽車中最常見的接觸器組合方式。