車(chē)用高壓繼電器應(yīng)用與研究

【摘" 要】文章通過(guò)對(duì)車(chē)用高壓繼電器的技術(shù)要求進(jìn)行研究，分析高壓繼電器的技術(shù)工況，為車(chē)用高壓繼電器的應(yīng)用選取提供依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】高壓繼電器;觸點(diǎn);滅弧;新能源汽車(chē)

中圖分類號(hào)：U463.6" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " 文章編號(hào)：1003-8639（ 2024 ）12-0061-02

Application and Research of High Voltage Relays for Vehicles

【Abstract】This paper studies technical requirements of new energy vehicles，and analyzes the technical operating conditions of high voltage relays. It provides a basis for selecting the application of high voltage relays for vehicles.

【Key words】high voltage relay;contact;arc extinguishing;new energy vehicles

車(chē)用高壓繼電器經(jīng)由控制電路接收信號(hào)，當(dāng)線圈通電時(shí)會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。在磁場(chǎng)作用下，觸頭閉合，進(jìn)而連通高壓直流電流。當(dāng)線圈斷電后，磁場(chǎng)消失，高壓電路也隨之?dāng)嚅_(kāi)。通過(guò)控制高壓繼電器觸點(diǎn)的閉合與斷開(kāi)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)高壓回路的控制、保護(hù)以及信息傳遞等功能。文章首先對(duì)車(chē)用高壓繼電器的發(fā)展?fàn)顩r、市場(chǎng)需求以及技術(shù)參數(shù)進(jìn)行介紹，重點(diǎn)針對(duì)高壓繼電器的技術(shù)應(yīng)用展開(kāi)分析，評(píng)估其應(yīng)用工況和可靠性，以確保高壓繼電器在正常工作條件下不會(huì)出現(xiàn)電壓擊穿或者漏電的情況，從而保障電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。

1" 高壓繼電器技術(shù)要求

1.1" 壽命

車(chē)用高壓繼電器的壽命包括機(jī)械壽命和電氣壽命[1]，這決定了高壓繼電器的耐久性。影響繼電器機(jī)械壽命和電氣壽命的因素各不相同，如圖1所示。通常情況下，高壓繼電器在干燥且無(wú)腐蝕的環(huán)境中使用壽命相對(duì)較長(zhǎng)，而在潮濕、高溫且有腐蝕的狀態(tài)下，其壽命會(huì)大幅縮短。影響高壓繼電器壽命的因素見(jiàn)表1。

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，電氣壽命對(duì)高壓繼電器研究非常重要，設(shè)計(jì)需優(yōu)先考慮到繼電器保護(hù)功能[2]。在動(dòng)力電池控制模塊中，為防止大電流對(duì)高壓設(shè)備造成損傷，一般會(huì)進(jìn)行預(yù)充電設(shè)計(jì)。即在主繼電器閉合瞬間，將沖擊電流控制在回路允許的額定電流以內(nèi)，又因主繼電器在閉合時(shí)存在壓差，閉合瞬間仍然有較大電流會(huì)流經(jīng)繼電器，會(huì)對(duì)其造成一定的損傷[3]。因此，在車(chē)用高壓繼電器應(yīng)用設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能延長(zhǎng)電氣壽命，以滿足市場(chǎng)實(shí)際需求。

1.2" 電流

車(chē)用高壓繼電器的電流參數(shù)包括：短時(shí)間通電電流、額定電流和最大分?jǐn)嚯娏?。按照新能源汽?chē)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，純電動(dòng)汽車(chē)百公里加速時(shí)間≤6s，這意味著加速過(guò)程中需輸出遠(yuǎn)大于額定功率的扭矩，電機(jī)工作電流會(huì)大于額定電流。所以，對(duì)高壓繼電器的短時(shí)間通電電流要求較高。車(chē)用高壓繼電器的電流參數(shù)詳見(jiàn)表2。這樣既滿足了高壓繼電器的應(yīng)用需求，又不會(huì)損壞繼電器。

高壓繼電器的額定電流是繼電器可以正常工作的電流范圍。高壓繼電器的額定電流通常為60A、100A、150A等。電動(dòng)汽車(chē)在正常平穩(wěn)高速行駛時(shí)是整車(chē)持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的工況，繼電器要在此工況下長(zhǎng)時(shí)間載流工作。為保障繼電器安全且不影響電氣壽命，繼電器的額定電流必須不低于此工況下電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)生的電流。

最大分?jǐn)嚯娏魇抢^電器能正常切斷的最大電流。在電動(dòng)汽車(chē)出現(xiàn)短路故障時(shí)，不能僅僅依靠主熔斷器，還需要高壓繼電器具備切斷功能，以減少汽車(chē)因短路而發(fā)生事故的風(fēng)險(xiǎn)。

1.3" 切斷能力

高壓繼電器需具備切斷功能，其中包括過(guò)載切斷能力和反向切斷能力。當(dāng)汽車(chē)在加速前進(jìn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生過(guò)載電流，若突然出現(xiàn)碰撞事故，就必須強(qiáng)制切斷動(dòng)力電池的供電，這便要求繼電器具備過(guò)載切斷能力。在高壓繼電器設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮強(qiáng)制過(guò)載切斷動(dòng)力的次數(shù)以及過(guò)載電流的大小。

反向切斷指有極性繼電器在切斷電源時(shí)，電弧具有方向性，反向電弧滅弧難度更大，對(duì)繼電器的損傷也更嚴(yán)重。因此，在高壓繼電器應(yīng)用選型時(shí)，需要評(píng)估電動(dòng)汽車(chē)的需求，包括反向切斷的次數(shù)以及電流大小。

2" 車(chē)用高壓繼電器應(yīng)用研究

2.1" 密封技術(shù)

為了隔離外界的水汽、氧氣，防止觸點(diǎn)被氧化，確保繼電器在惡劣環(huán)境下依然能夠正常工作;同時(shí)提高繼電器的滅弧性能，防止電弧外漏，需要對(duì)高壓繼電器的密封技術(shù)進(jìn)行深入研究。目前，在新能源汽車(chē)市場(chǎng)中，使用較多的是陶瓷高壓直流繼電器，其耐溫性較高;而環(huán)氧高壓直流繼電器耐溫性較低，但升溫性良好。在實(shí)際應(yīng)用選型時(shí)，可以根據(jù)各自的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行選配。不同密封材料的優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表3。

2.2" 滅弧技術(shù)

當(dāng)接通或斷開(kāi)負(fù)載時(shí)，觸點(diǎn)之間會(huì)產(chǎn)生電弧，且電壓越高，電弧越強(qiáng)。若不能及時(shí)滅弧，將會(huì)破壞高壓繼電器。在繼電器中增加永磁鋼，可將電弧吹散和拉長(zhǎng)，如此一來(lái)，小繼電器便能熄滅高壓大電流電弧。安裝滅弧裝置，能夠保護(hù)電氣設(shè)備的安全運(yùn)行，延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命，這是高壓繼電器應(yīng)用設(shè)計(jì)中非常關(guān)鍵的技術(shù)。

2.3" 耐壓測(cè)試

耐壓測(cè)試，也稱絕緣能力測(cè)試。由于高壓繼電器在高壓高電流的工況下工作，須具備高等級(jí)的絕緣能力，同時(shí)還要能夠抵抗閉合瞬間電容性負(fù)載產(chǎn)生的巨大電流沖擊。因此，通過(guò)測(cè)試?yán)^電器的耐壓能力，可以判斷其絕緣性能以及在高壓環(huán)境下的穩(wěn)定性和安全性。

采用新能源汽車(chē)配套使用的高壓大電流繼電器EV200AAANA和EVR200CE，與動(dòng)力電池包內(nèi)部所使用的繼電器完全相同。測(cè)試時(shí)，使用兆歐表、高壓測(cè)試儀等測(cè)試儀器，根據(jù)測(cè)試需求，檢測(cè)高壓繼電器在額定電壓下的絕緣電阻，并觀察繼電器是否出現(xiàn)漏電現(xiàn)象。對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和分析，判斷其絕緣性能。不同型號(hào)的高壓繼電器相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表4。

使用兆歐表檢測(cè)高壓繼電器導(dǎo)電部件與外殼之間的絕緣電阻進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示EV200AAANA的絕緣電阻為80.7MΩ，EVR200CE的絕緣電阻為113.5MΩ。由此可見(jiàn)，導(dǎo)電部件與繼電器外殼絕緣良好。根據(jù)耐壓要求，將試驗(yàn)電壓設(shè)置為500V，勻速升壓，觀察到高壓繼電器內(nèi)部無(wú)火花產(chǎn)生。當(dāng)電壓升至900V時(shí)，持續(xù)60s，無(wú)異常現(xiàn)象出現(xiàn)，由此可判定該高壓繼電器耐壓測(cè)試合格。

3" 結(jié)束語(yǔ)

隨著全球新能源汽車(chē)的日益普及，市場(chǎng)對(duì)車(chē)用高壓繼電器的要求不斷攀升。作為主動(dòng)切斷動(dòng)力電池的關(guān)鍵開(kāi)關(guān)，高壓繼電器的安全性與適配性對(duì)于整車(chē)性能而言意義重大。本文系統(tǒng)梳理了新能源汽車(chē)高壓繼電器的發(fā)展歷程，并對(duì)其技術(shù)要求展開(kāi)深入分析，重點(diǎn)聚焦高壓繼電器的應(yīng)用技術(shù)。通過(guò)研究確定在實(shí)際應(yīng)用選型時(shí)，可依據(jù)密封性和滅弧條件來(lái)選配適宜的高壓繼電器。針對(duì)不同型號(hào)的繼電器產(chǎn)品進(jìn)行耐壓測(cè)試，明確其絕緣性能良好，能夠滿足市場(chǎng)需求。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高壓繼電器的絕緣性能，對(duì)高壓線路以及人身安全均具有重要意義。只有選擇對(duì)電動(dòng)汽車(chē)針對(duì)性更高、更適配的高壓繼電器，才能更好地發(fā)揮控制高壓電路安全通斷的作用，滿足行車(chē)安全要求。

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