新能源電網(wǎng)需要直流接觸器,新能源設(shè)備和裝備都需要直流接觸器來(lái)控制。近年來(lái)新能源汽車(chē)及充電設(shè)施發(fā)展迅猛,其關(guān)鍵電氣元件之一的直流接觸器的市場(chǎng)容量也隨之?dāng)U容。針對(duì)此新興行業(yè)的特殊需求,各汽車(chē)設(shè)計(jì)、充電樁等直流電氣裝備設(shè)計(jì)工程師們?nèi)绾螢槠湓O(shè)計(jì)理想選擇恰當(dāng)?shù)闹绷鹘佑|器產(chǎn)品?該關(guān)注哪些主要關(guān)鍵點(diǎn)?本文謹(jǐn)從產(chǎn)品應(yīng)用及產(chǎn)品適應(yīng)性方面拋磚引玉淺談一二。
一、電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)備 [GB/T 18487.1 之4.4]的規(guī)定:
電動(dòng)汽車(chē)供電設(shè)備按照輸出電壓分類:
交流:?jiǎn)蜗?20V,三相380V;
直流:200V‐500V,350V‐700V,500V‐950V。
直流充電電流優(yōu)選值:80A,100A,125A,160A,200A,250A。
注:高于950V的供電設(shè)備由車(chē)輛制造商和供電設(shè)備制造商協(xié)商決定。
從以上標(biāo)準(zhǔn)中可以看出,使用于商用和乘用電動(dòng)汽車(chē)中的直流接觸器具有高電壓、大電流的的基本特點(diǎn),所以需要具備很高的可靠性,較高的絕緣電壓。區(qū)別于普通工業(yè)用接觸器產(chǎn)品,其在制造中也要求具備抽真空、氣體填充、壓力密封、智能控制等專業(yè)制造工藝,對(duì)設(shè)計(jì)技術(shù),制造技術(shù)要求很高。
二、直流接觸器在新能源汽車(chē)、充電樁(機(jī))中的應(yīng)用
1. 在充電樁(機(jī))中的應(yīng)用
用于直流充電樁、充電站的直流輸出側(cè)或用于車(chē)載充電機(jī)的輸出側(cè)。當(dāng)接觸器閉合時(shí),起充電樁和汽車(chē)的連通作用;斷開(kāi)時(shí),隔離充電樁和外部的連接,起到安全防護(hù)作用。
直流接觸器在新能源汽車(chē)、充電樁(機(jī))中的應(yīng)用
2.在電動(dòng)汽車(chē)中的應(yīng)用
在電動(dòng)汽車(chē)的電池系統(tǒng)和逆變器之間配置直流接觸器。當(dāng)系統(tǒng)停止運(yùn)行后起隔離作用,系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)起連接作用,當(dāng)車(chē)輛關(guān)閉或發(fā)生故障時(shí),能安全的將儲(chǔ)能系統(tǒng)從車(chē)輛電氣系統(tǒng)中分離,起到分?jǐn)嚯娐返淖饔?。在其他輔助回路中作為用電控制器件。如圖2
直流接觸器在電動(dòng)汽車(chē)中的應(yīng)用
重要技術(shù)指標(biāo):
a) 在系統(tǒng)停止運(yùn)行后起隔離電源端與負(fù)載端作用;(重要技術(shù)指標(biāo):額定絕緣電壓Ui)
b) 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)起連接電源端與負(fù)載端作用;(重要技術(shù)指標(biāo):約定發(fā)熱電流Ith)
c) 故障時(shí)起分?jǐn)嚯娐返淖饔?。(重要技術(shù)指標(biāo):運(yùn)行電壓U)
三、 產(chǎn)品的適應(yīng)性設(shè)計(jì)
1.環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì):
區(qū)別于一般工業(yè)用接觸器產(chǎn)品,使用環(huán)境條件對(duì)電動(dòng)汽車(chē)用接觸器的適應(yīng)性要求更加苛刻,同時(shí)滿足寬溫度范圍、高防護(hù)等級(jí)、高抗振動(dòng)性等基本條件。
1)高低溫度設(shè)計(jì):需滿足電動(dòng)汽車(chē)和充電樁(機(jī))在極端天氣下正常使用的溫度要求。產(chǎn)品儲(chǔ)存環(huán)境溫度:-55~+125℃,正常工作環(huán)境溫度為-25~+40℃,極限條件下環(huán)境溫度為-40~+85℃,
2)防護(hù)等級(jí)設(shè)計(jì):需滿足惡劣環(huán)境條件下的正常工作,在雨水和塵土環(huán)境下正常使用,產(chǎn)品完全防止粉塵進(jìn)入,滿足短時(shí)浸水要求,防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP67。
3)抗振性能設(shè)計(jì):產(chǎn)品需具備很強(qiáng)的抗振性和耐沖擊性。滿足汽車(chē)使用于各種路況顛簸振動(dòng)的特殊需求。
2.安全可靠性設(shè)計(jì)
安全可靠性是衡量電動(dòng)汽車(chē)直流接觸器的關(guān)鍵的要素,主要體現(xiàn)在滅弧能力、絕緣電壓等方面。
直流電弧具有無(wú)過(guò)零點(diǎn),燃弧后電弧難以熄滅的特點(diǎn)。而將產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為雙斷點(diǎn)直動(dòng)式運(yùn)動(dòng)形式。并在密封型滅弧腔內(nèi)填充壓縮氣體的滅弧技術(shù)手段可實(shí)現(xiàn)良好的滅弧能力。其主要原理是:在電弧加熱后與填充的氣體形成高壓氣體,氣體壓力的增大使得熱游離大幅下降,弧隙和滅弧室內(nèi)的壓力差使氣體運(yùn)動(dòng)加速,冷卻作用加劇,電弧快速熄滅。
四、專用材料及關(guān)鍵工藝
任何一個(gè)產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計(jì)必須依靠恰當(dāng)?shù)脑牧线x擇、先進(jìn)的工藝措施、穩(wěn)定的零部件工裝、完善的制造流程后才能將其完整轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品。原材料、制造工藝、生產(chǎn)線都是設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵要素。
1)電動(dòng)汽車(chē)直流接觸器的關(guān)鍵零部件材料屬性需求
材料名稱
材料需求特性
滅弧室材料
耐高溫,抗電強(qiáng)度大,機(jī)械強(qiáng)度高,絕緣性能好,化學(xué)性能穩(wěn)定,耐腐蝕
接線柱
高純度、高導(dǎo)電率、易焊接、耐腐蝕,焊接性能良好
磁軛
耐腐蝕、抗氧化性能好、高導(dǎo)磁率
滅弧介質(zhì)
性能穩(wěn)定,滅弧能力好
磁吹永磁體
性能穩(wěn)定不易氧化、介電特性好,導(dǎo)磁率高
滅弧室焊接襯墊
膨脹系數(shù)小,焊接性能好
環(huán)氧類密封材料
耐高電壓、耐沖擊、耐老化、高剪切與高剝離強(qiáng)度,耐高低溫
收縮率小,線脹系數(shù)小,膠接強(qiáng)度高
導(dǎo)軌
耐磨損、阻燃能力強(qiáng),耐高、低溫,潤(rùn)滑性好。
2)關(guān)鍵工藝設(shè)計(jì)及設(shè)備保障
制造工藝做為確保產(chǎn)品質(zhì)量可靠、性能穩(wěn)定的充分條件,必須依靠一定的硬件設(shè)施才能得以保障,工裝設(shè)備及生產(chǎn)線首當(dāng)其沖。
1.焊接工藝及設(shè)備:
激光焊接工藝是產(chǎn)品質(zhì)量可靠性的關(guān)鍵保障工藝,焊接的主要目的是為了保證良好的密封效果,使線圈和觸頭免受氧化和污染,保證其接觸電阻的穩(wěn)定性。
采用激光焊接技術(shù)對(duì)滅弧室進(jìn)行密封焊接,使滅弧罩和磁軛之間,磁軛和密封套之間實(shí)現(xiàn)不漏氣的焊接。
對(duì)焊接后的滅弧室進(jìn)行氣密性檢測(cè),以保證實(shí)際使用中不漏氣。對(duì)完成焊接的觸頭系統(tǒng)和完成灌膠后的整機(jī)進(jìn)行抽氣和充氣。將工件內(nèi)部抽成真空后按照工藝規(guī)定的氣體類型及壓力完成充氣,并對(duì)充氣口進(jìn)行自動(dòng)封口。
必備關(guān)鍵設(shè)備:激光焊接機(jī)、氣密性檢測(cè)裝置、抽真空充氣裝置。
2.封裝工藝及設(shè)備
灌膠工藝是環(huán)氧膠密封類接觸器的關(guān)鍵工藝之一,灌膠后膠和產(chǎn)品本體的結(jié)合程度、膠體的致密程度都是需要保證的關(guān)鍵點(diǎn)。
在灌膠工藝中,產(chǎn)品內(nèi)部的空氣、膠體內(nèi)部的氣泡、灌注過(guò)程產(chǎn)生的氣泡等都會(huì)影響膠水的滲透效果及膠體的密度,進(jìn)而影響產(chǎn)品密封性能。利用真空灌膠系統(tǒng),將膠料罐內(nèi)所有空氣抽光且保持在一定的真空狀態(tài)。在灌膠前先將產(chǎn)品內(nèi)部的空氣抽干凈,達(dá)到一定的負(fù)壓,再進(jìn)行產(chǎn)品灌膠,在負(fù)壓的作用力下,膠水能夠快速、均勻的滲入到產(chǎn)品內(nèi)部,由灌注沖擊及膠水與產(chǎn)品接觸所產(chǎn)生的氣泡也會(huì)被抽走,從而保證了膠水在產(chǎn)品接觸面的均勻覆蓋及膠體的均勻密度,達(dá)到良好的灌膠效果。
灌膠完成后需要將產(chǎn)品放入烘干箱中進(jìn)行固化,烘膠時(shí)保持恒定均勻的溫度場(chǎng),合理的固化時(shí)間及升溫冷卻速率。使其固化內(nèi)應(yīng)力和溫度內(nèi)應(yīng)力達(dá)到數(shù)值,保證了良好的固化效果和膠接效果,從而達(dá)到良好的密封效果。
必備關(guān)鍵設(shè)備:灌膠機(jī)、真空工作臺(tái)、烘膠裝置。
3.檢測(cè)工藝及設(shè)備
接觸器具有可靠的電氣壽命是非常關(guān)鍵的一項(xiàng)性能指標(biāo),帶載失效試驗(yàn)為產(chǎn)品出廠前的一道保障關(guān)卡。
必備關(guān)鍵設(shè)備:直流電源、電阻負(fù)載、智能控制及保護(hù)裝置
五、產(chǎn)品特殊需求選擇
1. 對(duì)于部分充電柜需要完成電池充電和放電功能需求的,可選擇使用主觸頭無(wú)極性型直流接觸器產(chǎn)品,突破專門(mén)為電流方向引線的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)局限。
2. 根據(jù)安裝空間受限情況,選擇合理的接線方式產(chǎn)品。
結(jié)束語(yǔ):
電動(dòng)汽車(chē)接觸器產(chǎn)品的一致性影響著產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性,而產(chǎn)品的一致性貫穿于所有的產(chǎn)品形成過(guò)程:設(shè)計(jì)、材料一致性、零部件工裝的穩(wěn)定性、裝配工藝的穩(wěn)定性、裝配工裝的穩(wěn)定性等。博觀而約取,厚積而薄發(fā),本土民族品牌電動(dòng)汽車(chē)接觸器產(chǎn)品的研制成功、批量生產(chǎn),能夠提供更加適合我國(guó)新能源汽車(chē)發(fā)展所需的產(chǎn)品解決方案,必將成為新能源汽車(chē)設(shè)計(jì)、充電樁(機(jī))等直流電氣裝備設(shè)計(jì)工程師的喜愛(ài),為實(shí)現(xiàn)工程師的設(shè)計(jì)理想提供強(qiáng)有力的支持。
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