Auswahl und Anwendungsanalyse von Hochspannungsrelais

Da sich die neue Energiefahrzeugindustrie immer weiter in Richtung höherer Spannung und höherer Leistung weiterentwickelt, sind Hochspannungs-Gleichstromrelais zu einer der zentralen Steuerungskomponenten in Hochspannungssystemen von Elektrofahrzeugen geworden. Die richtige Auswahl von Hochspannungsrelais wirkt sich direkt auf die Sicherheit, Zuverlässigkeit und den langzeitstabilen Betrieb des gesamten Hochspannungssystems des Fahrzeugs aus. Insbesondere in kritischen Schaltkreisen wie der Leistungsbatterie, der Motorsteuerung und dem Lade-/Entladesystem übernehmen Hochspannungsrelais die wichtige Verantwortung der Ein-/Aus-Steuerung, des Systemschutzes und der Fehlerisolierung. Ihre Leistungsgrenzen sind zu einer erheblichen Einschränkung für das Design der Hochspannungsarchitektur des Fahrzeugs geworden.

 

In einem typischen Hochspannungssystem eines Elektrofahrzeugs sind normalerweise 5 bis 8 Hochspannung-Gleichstromrelais erforderlich, die verschiedene funktionale Funktionen abdecken, wie z. B. Hauptrelais, Vorladerelais, Notladerelais, herkömmliche Laderelais und Hilfsrelais des Hochspannungssystems. Unterschiedliche Relais weisen erhebliche Unterschiede in der Betriebsfrequenz, der elektrischen Belastung und dem Sicherheitsniveau innerhalb des Systems auf, was die unterschiedlichen Schwerpunkte bei ihrer Auswahl und ihrem strukturellen Design bestimmt. Die internen elektrischen Kontakte, elektrischen Kontakte und Hochstromkontakte des Relais sind die wichtigste Grundlage für die Bestimmung seiner Leistungsobergrenze.

 

 

Ein Relais ist ein automatisches Steuerelement, das Schaltkreise basierend auf Änderungen der Eingangssignale verbindet, trennt oder schaltet. Es wird häufig in automatischen Steuerungs-, Fernsteuerungs- und Signalisolationssystemen verwendet. Seine grundlegende Eigenschaft ist die Steuerung von Schaltkreisen mit hohem{2}Strom und hoher-Leistung mit kleinem Strom oder geringer Leistung, wodurch eine wirksame Isolierung zwischen der Steuerung und der Last erreicht wird.

 

In den Hochspannungssystemen von New-Energy-Fahrzeugen besteht die Hauptaufgabe von Relais darin, Hochspannungsstrom sicher zu verbinden oder zu trennen und so irreversible Schäden an Kernkomponenten wie der Batterie und der Motorsteuerung unter ungewöhnlichen Bedingungen zu verhindern. Die Kupferkontakte und Edelmetall-Kontaktmaterialien im Inneren des Relais halten der elektrischen Belastung durch häufiges Schalten stand und bilden eine entscheidende physikalische Grundlage für den sicheren Betrieb des Hochspannungssystems.

 

 

Während des Kaltstartvorgangs von Elektrofahrzeugen enthält die Motorsteuerung typischerweise einen großen DC-Bus-Kondensator. Wenn das Hauptrelais ohne Vorladung direkt schließt, entlädt sich die Hochspannungsbatterie sofort in den leeren Kondensator, wodurch ein enormer Einschaltstrom entsteht, der leicht zu Kontakterosion, Adhäsion oder sogar Strukturversagen führen kann.

 

Daher verwenden Hochspannungssysteme im Allgemeinen ein Vorladeschema: Ein Vorladerelais und ein Strombegrenzungswiderstand bilden eine Sanftanlaufschaltung, die einen allmählichen Anstieg der Kondensatorspannung ermöglicht. Wenn die Busspannung einen bestimmten Anteil der Batteriespannung erreicht, schließt das Hauptrelais und verbindet sich mit dem Hauptstromkreis, wodurch der Einschaltstrom im Moment des Schließens deutlich reduziert wird. Dieser Prozess stellt höhere Anforderungen an die Stoßspannungsfestigkeit der internen Schützkontakte und der elektrischen Silberkontakte des Relais.

 

 

Unter dem Gesichtspunkt der Funktionalität und Belastbarkeit können Kfz-Relais in Signalrelais und Leistungsrelais unterteilt werden, wobei fast alle New-Energy-Fahrzeuge Leistungsrelais verwenden. Aus struktureller Sicht können sie in elektromagnetische Relais und Halbleiterrelais unterteilt werden; Aus Sicht der Betriebsspannung können sie in Niederspannungsrelais und Hochspannungsrelais unterteilt werden.

 

In Hochspannungs-Gleichstromsystemen bleiben elektromagnetische Hochspannungsrelais aufgrund ihrer hohen Reife, ihres hohen Schaltvermögens und ihrer Fähigkeit, Sicherheitsanforderungen unter komplexen Betriebsbedingungen zu erfüllen, die gängige Lösung. Die internen Strukturen des Relais, wie etwa Silberkontakte, Silberkontakte in Leistungsschaltern und Bimetallkontakt-Leistungsschalter, sind wichtige Designgrundlagen für ihre Anpassungsfähigkeit an Hochspannungs-Gleichstromumgebungen.

 

 

Elektromagnetische Hochspannungsrelais bestehen hauptsächlich aus einer Spule, einem Eisenkern, einem Ankermechanismus, einem Kontaktsystem und einer Rückholfeder. Wenn die Spule mit Strom versorgt wird, erzeugt sie ein Magnetfeld, das den Anker anzieht und bewirkt, dass sich der bewegliche Kontakt mit dem stationären Kontakt schließt, wodurch die Stromkreisverbindung hergestellt wird. Wenn die Spule stromlos ist, verschwindet das Magnetfeld und der Anker setzt sich unter der Wirkung der Feder zurück, wodurch der Stromkreis unterbrochen wird.

 

Basierend auf dem Ausgangszustand der Kontakte im stromlosen Zustand können Relais in Schließerkontakte und Öffnerkontakte eingeteilt werden.

 

Hochspannungsrelais verwenden typischerweise eine Schließerstruktur, um sicherzustellen, dass der Hochspannungskreis bei Stromausfall oder Fehler automatisch getrennt wird, wodurch die Eigensicherheit des Systems verbessert wird. Die Kontaktmaterialien bestehen größtenteils aus edlen Materialien, um Leitfähigkeit, Verschleißfestigkeit und Lichtbogenbeständigkeit auszugleichen.

 

 

Im Vergleich zu gewöhnlichen Relais liegt der größte strukturelle Unterschied bei Hochspannungs-Gleichstromrelais in ihrer Abdichtung und ihrem lichtbogenlöschenden Design. Hochspannungskontakte sind typischerweise in einem abgedichteten Hohlraum gekapselt und von der Außenluft isoliert, wodurch die Spannungsfestigkeit erheblich verbessert und die Lichtbogenausbreitung unterdrückt wird.

 

Beim Schalten von Kontakten verhindern Hochspannungsrelais in der Regel die Trennung unter Last und reduzieren die Lichtbogenenergie durch Steuerungsstrategien auf Systemebene. Im Inneren werden in großem Umfang Silberkontakte in Leistungsschaltern, eine magnetische Löschstruktur zum Ausblasen des Lichtbogens und hochfeste Isoliermaterialien verwendet, um die allgemeine Schaltzuverlässigkeit zu verbessern.

 

 

Neue Energiefahrzeuge stellen deutlich höhere Leistungsanforderungen an Hochspannungs-Gleichstromrelais als herkömmliche Fahrzeuge, vor allem im Hinblick auf hohe Spannungsfestigkeit, hohe Stromfestigkeit, Schlagfestigkeit, starke Lichtbogenlöschung und zuverlässige Bremsfähigkeit.

 

Im Hinblick auf die Hochspannungsfestigkeit muss das Relais Hunderten von Volt Gleichspannung über längere Zeiträume standhalten und unter Last zuverlässig schließen und öffnen. Bezüglich der Belastbarkeit liegt der Nennstrom von Antriebssystemen typischerweise über 200 A, wobei die Spitzenströme über 300 A liegen. Das Relais muss innerhalb eines begrenzten Volumens über ausreichende Stromführungs- und Wärmeableitungsfähigkeiten verfügen.

 

Die Schlagfestigkeit ist einer der wichtigsten Sicherheitsindikatoren von Hochspannungsrelais. Der kapazitive Stoßstrom im Moment des Schließens beträgt oft das Mehrfache oder sogar Zehnfache des Nennstroms. Wenn die Schlagfestigkeit des Kontakts nicht ausreicht, kann es leicht zu einem Haftungsversagen kommen, was ein ernstes Sicherheitsrisiko darstellt. Daher verwenden Relais häufig elektrische Silberkontakte, magnetische Blasstrukturen und hochstabile Legierungssysteme, um die Schlagfestigkeit zu erhöhen.

 

Im Hinblick auf die Lichtbogenlösch- und -unterbrechungsleistung lassen sich Lichtbögen in Hochspannungs-Gleichstromumgebungen nicht einfach auf natürliche Weise löschen. Relais müssen die Lichtbogenenergie durch Struktur- und Materialdesign schnell schwächen, um ein Durchbrennen der Kontakte zu verhindern. Einige Hochleistungsrelais verfügen außerdem über rotierende elektrische Kontakte oder parallele Strukturen mit mehreren Kontakten, um ihre Lebensdauer zu verlängern.

 

 

Die Auswahl eines Hochspannungsrelais ist ein systematisches Projekt, das eine schrittweise Konvergenz auf der Grundlage der gesamten elektrischen Architektur des Fahrzeugs erfordert. In der anfänglichen Entwurfsphase müssen die Spannungs- und Stromfähigkeiten des Steuerstromkreises sowie die Nennspannungs-, Strom- und Kontakttypanforderungen des gesteuerten Stromkreises klar definiert werden. Auf dieser Grundlage wird eine vorläufige Produktpalette entsprechend den Spannungs- und Stromwerten ausgewählt und die endgültige Lösung unter Berücksichtigung von Faktoren wie Lichtbogenlöschmethoden, Hohlraumstruktur und Anschlusstypen bestimmt.

 

Auf der spezifischen Parameterebene müssen sechs wichtige Kontaktindikatoren bewertet werden: elektrische Lebensdauer, Nennstrom, Kurzzeitstrombelastbarkeit-, maximaler Ausschaltstrom, Überlastausschaltvermögen und Rückwärtsausschaltvermögen. Diese Indikatoren bestimmen direkt die Zuverlässigkeitsleistung des Relais während des gesamten Lebenszyklus des Fahrzeugs.

 

Die Bewertung der elektrischen Lebensdauer sollte mit der Vorladestrategie und den Nutzungsszenarien des Fahrzeugs kombiniert werden, um sicherzustellen, dass die Kontaktleistung bei wiederholten Last-{1}Lagerschließungsbedingungen keine unzulässige Verschlechterung erfährt. Der Nennstrom muss die lang-stabilen Betriebsbedingungen des Fahrzeugs abdecken, während der Kurz-strom die hohen-Transientenanforderungen bei Beschleunigung, Bergauffahrt und anderen Bedingungen erfüllen muss.

 

Maximaler Ausschaltstrom und Überlastausschaltvermögen sind wichtige Sicherheitsindikatoren für Relais, die in direktem Zusammenhang mit der Schutzfähigkeit des Systems unter extremen Bedingungen wie Kurzschlüssen oder Kollisionen stehen. Bei Relais mit polarisiertem Design muss auch ihr Rückwärtsschaltvermögen bewertet werden, um Kosten und Sicherheitsredundanz abzuwägen.

 

 

Da sich Hochspannungssysteme in Fahrzeugen mit neuer Energie immer weiter in Richtung höherer Leistung und höherer Energiedichte entwickeln, nehmen der technische Schwellenwert und der Systemwert von Hochspannungs-Gleichstromrelais ständig zu. Ihre internen Schlüsselkomponenten, wie zKundenspezifische elektrische Kontakte, Präzisions-Kaltformungskontakte und trimetallische Relaiskontakte sind zu entscheidenden Grundlagen für die Bestimmung der gesamten Hochspannungssicherheitsleistung des Fahrzeugs geworden.

 

Mit der beschleunigten großflächigen Anwendung von Elektrofahrzeugen und Energiespeichersystemen werden sich Hochspannungsrelais in Bezug auf Zuverlässigkeit, Lebensdauer und Sicherheitsredundanz in Zukunft weiterentwickeln. Ihre Auswahl und ihr Anwendungsdesign werden zu einem entscheidenden Aspekt der gesamten Hochspannungsarchitektur des Fahrzeugs, der nicht ignoriert werden darf.