Anàlisi tècnica de contactors de corrent continu d'alta-tensió: plataformes d'alta-tensió en vehicles d'energia nova impulsen millores en la tecnologia de segellat ceràmic

 

Amb el ràpid desenvolupament dels vehicles d'energia nova (NEV), els sistemes d'emmagatzematge d'energia de les bateries i la infraestructura de càrrega d'alta-potència, els sistemes elèctrics estan evolucionant cap a tensions més altes, corrents més altes i més fiabilitat. Com a components de commutació crítics als sistemes elèctrics d'alta tensió-de NEV, els contactors de CC d'alta-tensió faciliten la connexió i la desconnexió segura entre el sistema de bateries i la càrrega, a més de proporcionar protecció contra errors; són components fonamentals per garantir la seguretat elèctrica global del vehicle.

 

A diferència dels relés tradicionals de baixa -tensió, els contactors de corrent continu d'alta-tensió han de canviar de manera fiable els circuits a nivells de tensió de diversos centenars de volts o superiors alhora que suporten sobretensions transitòries significatives. En conseqüència, el seu disseny inclou no només estructures mecàniques i accionament electromagnètic, sinó també materials d'aïllament, tecnologies d'extinció d'arc-i fiabilitat de segellat.

 

Als trens de propulsió NEV, els contactors de corrent continu d'alta-tensió s'instal·len normalment a la bateria de tracció, l'inversor, el sistema de control del motor i els circuits de càrrega. En arrencar el vehicle, el contactor es tanca, permetent que la bateria de tracció subministra energia al sistema d'accionament; per contra, quan el vehicle s'atura o es detecta una anomalia, el contactor s'obre ràpidament per aïllar el circuit d'alta tensió-i evitar l'escalada de fallades elèctriques.

 

A mesura que les plataformes de tensió dels NEV avancen-passant de sistemes de 400 V a 800 V o fins i tot arquitectures superiors-d'alt-tensió, els contactors de CC s'enfronten a requisits cada cop més estrictes pel que fa a la capacitat de resistència a la tensió, la velocitat de resposta i els estàndards de seguretat.

 

 

 

Els contactors de CC d'alta tensió-consten principalment d'un sistema de contacte, un mecanisme d'accionament electromagnètic, una carcassa aïllant, una estructura d'extinció d'arc-i components de segellat. Els contactes gestionen la transmissió i la interrupció del corrent, el mecanisme d'accionament controla el moviment dels contactes i les estructures d'aïllament i d'extinció d'arc-determinen la fiabilitat del producte en entorns d'alta-tensió.

 

Segons l'entorn d'extinció de l'arc-i els materials de la carcassa, els contactors de corrent continu d'alta-tensió es classifiquen generalment en tipus com ara buit ceràmic, ceràmica segellat hermèticament i encapsulat amb resina epoxi.

 

Entre aquests, l'estructura de buit de ceràmica s'utilitza àmpliament en NEV, sistemes d'emmagatzematge d'energia d'alta{0}}tensió i fonts d'alimentació industrials a causa de la seva alta rigidesa dielèctrica, excel·lent rendiment de segellat i capacitat d'extinció d'arc-estable.

 

Els materials ceràmics ofereixen una gran resistència mecànica, baixa pèrdua dielèctrica i una resistència a la calor superior, garantint eficaçment l'estabilitat de l'aïllament durant el funcionament a llarg termini-del contactor. En aplicacions d'alta tensió-, les carcasses de ceràmica mitiguen l'impacte de la humitat, els contaminants i els factors ambientals sobre els components interns.

 

Per exemple, les caixes de relés EV de ceràmica d'alta-fiabilitat protegeixen els sistemes de contacte interns mitjançant estructures d'aïllament ceràmic, la qual cosa permet que el contactor compleixi les demandes d'operacions a llarg termini-en les condicions complexes típiques dels vehicles d'energia nova.

 

 

 

L'entorn de funcionament intern dels contactors de corrent continu-d'alta tensió és molt complex; es produeix un arc intens, especialment durant les interrupcions de corrent elevat-.

 

El fet de no controlar l'arc de manera ràpida i eficaç pot provocar l'erosió del contacte, un aïllament degradat o fins i tot una fallada total de l'equip.

 

Tot i que els mètodes tradicionals d'extinció d'arc-basats en aire-s'enfronten a limitacions en condicions d'alta-tensió i alta-actualitat, la tecnologia d'extinció d'arc-al buit utilitza un entorn de buit per minimitzar la influència dels mitjans de gas. Això facilita l'extinció de l'arc, millorant així la capacitat de ruptura i allargant la vida útil.

 

Com a material clau per a les cambres de buit, la ceràmica ha de complir diversos requisits simultàniament:

Alta rigidesa dielèctrica;
Excel·lent segellat hermètic;
Resistència al xoc tèrmic;
estabilitat-a llarg termini;
Unió fiable amb components metàl·lics.

 

En conseqüència, la metal·lització ceràmica s'ha convertit en un procés crític en la fabricació de contactors d'alta tensió{0}.

 

El procés de metal·lització ceràmica crea una capa d'unió metàl·lica fiable a la superfície ceràmica, que permet connexions d'alta-connexió entre el component ceràmic i metalls com ara el coure o el molibdè, garantint una unió ceràmica-a-estable.

 

Aquest mètode de connexió no només garanteix la resistència mecànica, sinó que també compleix els requisits per a un funcionament fiable i a llarg termini-en entorns d'alt-tensió i tancats hermèticament.

 

 

La metal·lització ceràmica és una tecnologia vital en la fabricació de ceràmica electrònica avançada; consisteix a formar una capa metal·litzada a la superfície de la ceràmica d'alúmina i posteriorment unir la ceràmica al metall mitjançant processos com la soldadura forta.

 

En l'àmbit dels contactors de corrent continu d'alta-tensió, aquesta tecnologia s'utilitza principalment per fabricar carcasses de cambres d'extinció d'arc-de buit, estructures de suport aïllants i conjunts hermètics d'alta tensió-.

 

A causa de la seva alta resistència mecànica i excel·lents propietats d'aïllament elèctric, l'alúmina (Al₂O₃) és actualment el material ceràmic aïllant més utilitzat.

 

Per exemple, emprar uncarcassa de ceràmica d'alúminaL'estructura per a contactors de CC d'alta-tensió millora eficaçment la fiabilitat de l'aïllament en entorns d'alta-tensió alhora que minimitza la degradació del rendiment durant el funcionament a llarg-termen. En comparació amb els plàstics tradicionals o els materials epoxi, la ceràmica d'alúmina pot suportar temperatures més altes i camps elèctrics més forts, oferint diferents avantatges en aplicacions de plataforma d'alt-tensió per a vehicles d'energia nova.