Selecció de relés d'alta -tensió i anàlisi d'aplicacions

A mesura que la indústria dels vehicles d'energia nova continua evolucionant cap a una tensió més alta i una potència més alta, els relés de corrent continu d'alta-tensió s'han convertit en un dels components bàsics de control dels sistemes d'alta tensió-de vehicles elèctrics. La selecció adequada de relés d'alta-tensió afecta directament la seguretat, la fiabilitat i el funcionament estable a-a llarg termini del sistema d'alta-tensió de tot el vehicle. Especialment en circuits crítics com ara la bateria d'alimentació, el controlador del motor i el sistema de càrrega/descàrrega, els relés d'alta tensió -assumeixen les importants responsabilitats del control d'encesa/apagada, la protecció del sistema i l'aïllament de fallades; els seus límits de rendiment s'han convertit en una limitació important per al disseny de l'arquitectura d'alt-tensió del vehicle.

 

En un sistema d'alta tensió d'un vehicle elèctric típic, normalment es requereixen de 5 a 8 relés de corrent continu d'alta tensió-, que cobreixen diverses funcions funcionals, com ara relés principals, relés de pre-càrrega, relés de càrrega d'emergència, relés de càrrega convencionals i relés auxiliars del sistema d'alta tensió. Els diferents relés presenten diferències significatives en la freqüència de funcionament, la tensió elèctrica i el nivell de seguretat dins del sistema, la qual cosa determina els diferents focus en la seva selecció i disseny estructural. Els contactes elèctrics interns, els contactes elèctrics i els contactes de corrent alta-del relé són la base clau per determinar el seu límit superior de rendiment.

 

 

Un relé és un element de control automàtic que connecta, desconnecta o commuta circuits en funció dels canvis en els senyals d'entrada. S'utilitza àmpliament en sistemes de control automàtic, control remot i aïllament del senyal. La seva característica fonamental és controlar circuits d'alta-intensitat i alta-potència amb poca intensitat o baixa potència, aconseguint un aïllament efectiu entre el control i la càrrega.

 

En els sistemes d'alta tensió-de vehicles d'energia nova, la tasca principal dels relés és connectar o desconnectar de manera segura l'energia d'alta-tensió, evitant danys irreversibles als components bàsics com la bateria i el controlador del motor en condicions anormals. Els contactes de coure i els materials de contacte de metalls preciosos dins del relé suporten la tensió elèctrica dels canvis freqüents, la qual cosa constitueix una base física crucial per al funcionament segur del sistema d'alta tensió.

 

 

Durant el procés d'arrencada en fred dels vehicles elèctrics, el controlador del motor normalment conté un gran condensador de bus de corrent continu. Si el relé principal es tanca directament sense pre-càrrega, la bateria d'alta-tensió es descarregarà instantàniament al condensador buit, creant un gran corrent d'entrada que pot provocar fàcilment l'erosió del contacte, l'adhesió o fins i tot una fallada estructural.

 

Per tant, els sistemes d'alta tensió-generalment utilitzen un esquema de pre-càrrega: un relé de pre-càrrega i una resistència-limitadora de corrent formen un circuit d'arrencada suau-, que permet que la tensió del condensador augmenti gradualment. Quan la tensió del bus s'acosta a una certa proporció de la tensió de la bateria, el relé principal es tanca i es connecta al circuit principal, reduint significativament el corrent d'entrada en el moment del tancament. Aquest procés exigeix ​​més la resistència a sobretensions dels contactes del contactor intern del relé i els contactes elèctrics de plata.

 

 

Des d'una perspectiva funcional i de la-capacitat de càrrega, els relés d'automoció es poden dividir en relés de senyal i relés de potència, amb gairebé tots els vehicles d'energia nova que utilitzen relés de potència. Des d'una perspectiva d'implementació estructural, es poden dividir en relés electromagnètics i relés-d'estat sòlid; des d'una perspectiva de tensió de funcionament, es poden dividir en relés de baixa-tensió i relés d'alta-tensió.

 

En els sistemes de corrent continu d'alta -tensió, els relés d'alta tensió-electromagnètics segueixen sent la solució principal a causa de la seva gran maduresa, la seva gran capacitat de trencament i la seva capacitat per complir els requisits de seguretat en condicions de funcionament complexes. Les estructures internes del relé, com ara els contactes de plata, els contactes de plata als interruptors i els interruptors de contacte-bimetàl·lics, són fonaments de disseny importants per a la seva adaptabilitat a entorns de corrent continu d'alta-tensió.

 

 

Els relés electromagnètics d'alta tensió-consten principalment d'una bobina, nucli de ferro, mecanisme d'induït, sistema de contacte i molla de retorn. Quan la bobina s'activa, genera un camp magnètic, que atrau l'induït i fa que el contacte mòbil es tanqui amb el contacte estacionari, completant així la connexió del circuit. Quan la bobina està des-energitzada, el camp magnètic desapareix i l'induït es reinicia sota l'acció de la molla, trencant el circuit.

 

Segons l'estat inicial dels contactes en estat des-energitzat, els relés es poden classificar com a contactes normalment oberts i contactes normalment tancats.

 

Els relés d'alta tensió-normalment utilitzen una estructura normalment oberta per garantir que el circuit d'alta-tensió es desconnecti automàticament en cas de fallada o fallada d'alimentació, millorant el nivell de seguretat intrínsec del sistema. Els materials de contacte estan fets principalment de materials nobles per equilibrar la conductivitat, la resistència al desgast i la resistència a l'arc.

 

 

En comparació amb els relés normals, la diferència estructural més gran en els relés de corrent continu d'alta -tensió rau en el seu disseny de segellat i extinció d'arc-. Els contactes d'alta tensió-normalment s'encapsulen en una cavitat segellada, aïllada de l'aire exterior, millorant així significativament la tensió de resistència i suprimint la propagació de l'arc.

 

Durant la commutació de contactes, els relés d'alta tensió-normalment eviten la desconnexió sota càrrega, reduint l'energia de l'arc mitjançant estratègies de control de nivell-del sistema. A l'interior, utilitza àmpliament contactes de plata en interruptors de circuit, una estructura d'extinció d'arc-de esclat magnètic i materials d'aïllament d'alta-resistència per millorar la fiabilitat general de trencament.

 

 

Els vehicles d'energia nova exigeixen un rendiment significativament superior als relés de corrent continu d'alta-tensió que els vehicles tradicionals, principalment en termes de resistència a alta tensió, resistència al corrent elevat, resistència a l'impacte, extinció d'arc fort i capacitat de trencament fiable.

 

Pel que fa a la resistència a alta tensió, el relé ha de suportar centenars de volts de tensió de CC durant períodes prolongats i tancar i obrir de manera fiable sota càrrega. Pel que fa a la capacitat de càrrega, el corrent nominal dels sistemes d'accionament normalment supera els 200 A, amb corrents màximes que superen els 300 A. El relé ha de tenir suficients capacitats de transport de corrent-i de dissipació de calor dins d'un volum limitat.

 

La resistència a l'impacte és un dels principals indicadors de seguretat dels relés d'alta tensió{0}. El corrent de sobrecàrrega capacitiu en el moment del tancament és sovint diverses vegades o fins i tot desenes de vegades el corrent nominal. Si la resistència a l'impacte del contacte és insuficient, es pot produir fàcilment un fracàs d'adhesió, cosa que suposa un greu risc de seguretat. Per tant, els relés solen emprar contactes elèctrics de plata, estructures d'explosió magnètica i sistemes d'aliatge d'alta-estabilitat per millorar la resistència a l'impacte.

 

Pel que fa al rendiment d'extinció i ruptura d'arcs, els arcs elèctrics no s'extingeixen fàcilment de manera natural en entorns de corrent continu d'alta{0}}tensió. Els relés han de debilitar ràpidament l'energia de l'arc mitjançant el disseny estructural i material per evitar l'esgotament del contacte. Alguns relés-d'alt rendiment també incorporen contactes elèctrics giratoris o estructures paral·leles de múltiples-contactes per allargar la seva vida útil.

 

 

La selecció d'un relé d'alta -tensió és un projecte sistemàtic que requereix una convergència gradual basada en l'arquitectura elèctrica global del vehicle. En la fase de disseny inicial, s'han de definir clarament les capacitats de tensió i corrent del circuit de control, així com els requisits de tensió nominal, corrent i tipus de contacte del circuit controlat. A partir d'això, es selecciona una gamma de productes preliminar segons les classificacions de tensió i corrent, i la solució final es determina tenint en compte factors com els mètodes d'extinció de l'arc, l'estructura de la cavitat i els tipus de terminals.

 

A nivell de paràmetres específics, s'han d'avaluar sis indicadors de contacte clau: vida elèctrica, corrent nominal, capacitat de càrrega de corrent de curt -temps-, corrent de ruptura màxima, capacitat de ruptura de sobrecàrrega i capacitat de ruptura inversa. Aquests indicadors determinen directament el rendiment de fiabilitat del relé al llarg del cicle de vida del vehicle.

 

L'avaluació de la vida elèctrica s'ha de combinar amb l'estratègia de pre-càrrega i els escenaris d'ús del vehicle per garantir que el rendiment dels contactes no experimenti una degradació inacceptable en condicions de tancament repetides-de càrrega. El corrent nominal ha de cobrir les condicions d'operació estables a llarg termini del vehicle, mentre que el corrent a curt termini ha de satisfer les exigències transitòries de càrrega elevada d'acceleració, pujada de turons i altres condicions.

 

El corrent màxim de ruptura i la capacitat de ruptura per sobrecàrrega són indicadors de seguretat importants per als relés, directament relacionats amb la capacitat de protecció del sistema en condicions extremes com curtcircuits o col·lisions. Per als relés amb dissenys polaritzats, també s'ha d'avaluar la seva capacitat de ruptura inversa, equilibrant el cost i la redundància de seguretat.

 

 

A mesura que els sistemes d'alta-tensió dels vehicles d'energia nova continuen desenvolupant-se cap a una potència més gran i una densitat d'energia més alta, el llindar tècnic i el valor del sistema dels relés de corrent continu d'alta-tensió augmenten constantment. Els seus components clau interns, com araContactes elèctrics personalitzats, els contactes de formació en fred de precisió i els contactes de relés trimetàl·lics, s'han convertit en fonaments crucials per determinar el rendiment global de seguretat d'alta tensió{0}}del vehicle.

 

En el futur, amb l'aplicació accelerada-a gran escala de vehicles elèctrics i sistemes d'emmagatzematge d'energia, els relés d'alta-tensió seguiran evolucionant en termes de fiabilitat, vida útil i redundància de seguretat. La seva selecció i el disseny de l'aplicació es convertiran en un aspecte crític de l'arquitectura general d'alta-tensió del vehicle que no es pot ignorar.