接觸器提升滅弧能力助力電池向高電壓發(fā)展

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）接觸器是一類利用線圈流過(guò)電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，使觸頭閉合，以達(dá)到控制負(fù)載的電器。接觸器控制容量大，不僅能夠起到接通和切斷電路的功能，還能起到保護(hù)作用，適用于頻繁操作和遠(yuǎn)距離控制的電路，是自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的常見(jiàn)的基礎(chǔ)元件之一。

隨著鋰電池技術(shù)的發(fā)展，儲(chǔ)能和汽車兩大熱門市場(chǎng)的相關(guān)應(yīng)用產(chǎn)品快速迭代以滿足日益增長(zhǎng)的續(xù)航里程及高電壓趨勢(shì)。這種趨勢(shì)下，整個(gè)電源系統(tǒng)的保護(hù)要求越來(lái)越高。

儲(chǔ)能與汽車領(lǐng)域的高壓接觸器需求升級(jí)

在汽車領(lǐng)域，新能源電動(dòng)汽車用高壓接觸器廣泛應(yīng)用在新能源電動(dòng)汽車身、充電樁、蓄電池供電、變頻器電容預(yù)充電、直流功率控制、電路保護(hù)及其他電動(dòng)車輛的電源開(kāi)關(guān)控制上。電動(dòng)汽車的電池基本上可以為從發(fā)動(dòng)機(jī)到車載計(jì)算機(jī)再到電動(dòng)車窗等幾乎所有的部件供電，其中高壓電池占了其中的很大一部分。

目前電動(dòng)汽車中使用的最多的鋰離子高壓電池，都會(huì)配有相應(yīng)的高壓接觸器，保證電池系統(tǒng)在任何情況下可以安全有效快速地?cái)嚅_(kāi)電流，起到保護(hù)作用。

800V高壓電池帶來(lái)了更高的持續(xù)功率、更小的電池體積、更輕的電池組重量、更快的充電速度以及更低的功率損耗，同時(shí)也帶來(lái)了更高的保護(hù)要求。為了確保高壓系統(tǒng)的安全性，高壓接觸器能否在緊急情況下安全快速地?cái)嚅_(kāi)高負(fù)載這一能力越來(lái)越重要。

在電動(dòng)汽車中，大功率電氣設(shè)備在打開(kāi)和關(guān)閉狀態(tài)之間切換，開(kāi)關(guān)的兩個(gè)觸點(diǎn)之間會(huì)產(chǎn)生電弧。這種電弧如果不熄滅，會(huì)具有很強(qiáng)的破壞性。越來(lái)越多的直流應(yīng)用需要足夠強(qiáng)大的直流開(kāi)關(guān)來(lái)防止電弧，只有大功率開(kāi)關(guān)才能熄滅直流源產(chǎn)生的電弧。在向800V平臺(tái)升級(jí)的過(guò)程里，高壓接觸器需要更小的觸電發(fā)熱量、更小的觸電粘連概率和更小的電磁干擾。

高壓接觸器對(duì)于不間斷電源和可再生能源儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，同樣是也是不可或缺的部分。光伏逆變器、風(fēng)電變流器等部分都需要使用大功率的高壓接觸器來(lái)切斷電弧，并提供相對(duì)應(yīng)的管理電路的作用。從發(fā)電端儲(chǔ)能側(cè)到用戶端用電側(cè)，直流接觸器都是關(guān)鍵的安全器件，接觸器能夠比保險(xiǎn)絲更快地?cái)嚅_(kāi)，并能夠在高負(fù)載下進(jìn)行多次斷開(kāi)。

使用高壓接觸器快速切斷電弧

上面提到，大功率電氣設(shè)備在打開(kāi)和關(guān)閉狀態(tài)之間切換產(chǎn)生的電弧，破壞性極強(qiáng)。因?yàn)榇蠊β孰姎庠O(shè)備產(chǎn)生的電弧溫度很高，大于5000K，會(huì)直接熔化掉金屬接觸材料。進(jìn)而，金屬熔體和等離子體會(huì)沉積在周圍環(huán)境中，導(dǎo)致接觸點(diǎn)迅速退化，另一方面，蒸發(fā)的材料也會(huì)導(dǎo)致接觸點(diǎn)之間的絕緣性低，降低設(shè)備使用壽命。

而在汽車DCDC系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)中，直流回路沒(méi)有電壓和電流過(guò)零來(lái)幫助消除這些可能會(huì)產(chǎn)生的電弧，就只能通過(guò)相應(yīng)措施強(qiáng)制將電流消零。高壓接觸器的電弧吹滅性能就顯得格外重要。

比如利用陶瓷封裝的內(nèi)置于密封且填充有氣體陶瓷腔體的動(dòng)觸點(diǎn)，動(dòng)觸點(diǎn)受到電磁驅(qū)動(dòng)后斷開(kāi)以此來(lái)切斷電流，電弧被分段后，通過(guò)高壓氫氣混合物進(jìn)行冷卻，達(dá)到保護(hù)作用。這種原理的高壓接觸器滅弧能力非常強(qiáng)，載流能力能到600A以上。

目前高壓直流接觸器按材料可分為陶瓷真空、陶瓷充氣、環(huán)氧充氣。陶瓷材料因?yàn)閺?qiáng)度更高，密封性更好，高壓大電流場(chǎng)景一般都會(huì)選用這種材料。陶瓷真空則相比上面提到的充氣方案犧牲了一些滅弧能力，但是接觸器內(nèi)部真空可以將觸頭開(kāi)距做得很小，關(guān)斷時(shí)電弧更易熄滅，耐壓載流能力安全性等進(jìn)一步提升，展現(xiàn)出了更穩(wěn)定和載流能力更強(qiáng)（1000A）的特點(diǎn)。

在電壓高，電流大的場(chǎng)景里，這二者是目前最理想的各有特色的滅弧選擇。

小結(jié)

在儲(chǔ)能設(shè)備和電動(dòng)汽車滲透率逐步提高的趨勢(shì)下，高壓接觸器也有著廣闊的發(fā)展空間?，F(xiàn)在的高壓接觸器除了滅弧能力的增強(qiáng)，還特別注重小體積、輕重量并結(jié)合高性能開(kāi)關(guān)能力，盡可能將內(nèi)部的耗散功率降低到絕對(duì)最小值。