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        新能源汽車高電壓組件結(jié)構(gòu)淺析(四)

        2019-02-20 02:23:40無錫汽車工程高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校吳書龍
        汽車維護(hù)與修理 2019年2期
        關(guān)鍵詞:電池組接觸器觸點(diǎn)

        無錫汽車工程高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 吳書龍

        6 接觸器

        在傳統(tǒng)汽車上,繼電器廣泛應(yīng)用于車燈、車窗、電動刮水器等所有的電氣控制系統(tǒng)中。傳統(tǒng)汽車上應(yīng)用的繼電器均為低電壓產(chǎn)品,電壓為12 V~48 V。新能源汽車上裝有高能量和大電流的動力電池組,工作電壓一般大于200 V,遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)汽車上的電壓。因此,新能源汽車上除了需要配備像傳統(tǒng)汽車上的低壓繼電器之外,還需配備高壓繼電器,一般被稱為接觸器。

        6.1 接觸器概述

        接觸器和繼電器本質(zhì)上是一樣的,都是通過控制線圈的通電或斷電來驅(qū)動觸點(diǎn)的開閉,以斷開或接通相應(yīng)的電路,都屬于小電流控制大電流的一種開關(guān)。兩者的區(qū)別主要在于觸點(diǎn)承受的載荷不同,接觸器觸點(diǎn)承受的電流容量大。新能源汽車上的動力電池組電壓高達(dá)幾百伏,因此,在動力電池組和電氣回路之間的接口處配置的是接觸器。雖然接觸器的負(fù)載電路是高電壓,但它們是由低電壓電路來控制的。

        新能源汽車上配置的接觸器當(dāng)車輛運(yùn)行時(shí)起連接作用,當(dāng)車輛關(guān)閉或發(fā)生故障時(shí),能安全地將動力電池組和電氣系統(tǒng)分離,起接通、斷開隔離、安全保護(hù)等作用。任何高電壓大電流電路通斷都會產(chǎn)生電弧或火花,電壓越高所產(chǎn)生的電弧越長,電流越大發(fā)熱量越大。拉長的電弧有可能擊中操作人員或控制器電路。因此,用來接通和斷開大電流電路的接觸器和繼電器相比,還會多一個(gè)滅弧系統(tǒng)。

        新能源汽車會對接觸器觸點(diǎn)的狀態(tài)進(jìn)行檢測,用來防止接觸器的觸點(diǎn)應(yīng)斷開的情況下由于觸點(diǎn)粘接還使高壓回路通電,以及高壓回路通電的狀態(tài)下接觸器觸點(diǎn)突然斷開。接觸器觸點(diǎn)的檢測一般采用自帶輔助觸點(diǎn)的方法,或者采用單獨(dú)設(shè)計(jì)輔助觸點(diǎn)檢測電路的方法,主要是通過電壓降法檢測接觸器觸點(diǎn)兩端的電壓來判斷觸點(diǎn)的開閉狀況。

        6.2 新能源汽車接觸器類型

        在新能源汽車上應(yīng)用廣泛的是電磁密封式接觸器。按照封裝形式不同,可分為陶瓷密封和環(huán)氧樹脂密封2種接觸器。

        (1)陶瓷密封接觸器。陶瓷密封接觸器(圖24)將觸點(diǎn)密封在充滿惰性氣體的腔體內(nèi),觸點(diǎn)與外界空氣是隔離的,不會受到污染,不可能被氧化,不容易產(chǎn)生電弧,能夠獲得更好的耐壓能力。陶瓷密封接觸器在搬運(yùn)或更換過程中可能會使陶瓷外表面沾有臟物,引起表面飛弧或漏電現(xiàn)象,所以在搬運(yùn)或更換過程中要保持陶瓷外表面干凈。安裝時(shí)一定不要使接觸器的密封及固定部位受到過大的橫向力或扭矩。

        圖24 陶瓷密封接觸器外形

        (2)環(huán)氧樹脂密封接觸器。環(huán)氧樹脂密封接觸器(圖25)的性能與陶瓷密封接觸器性能無差異,但是在抗震性和耐沖擊性上要優(yōu)于陶瓷密封接觸器。在遇到電流不穩(wěn)定時(shí),環(huán)氧樹脂密封接觸器的表現(xiàn)要優(yōu)于陶瓷密封接觸器。另外環(huán)氧密封接觸器的穩(wěn)定性和批量供貨能力要優(yōu)于陶瓷密封接觸器,并且成本更低。

        6.3 接觸器在新能源汽車上的應(yīng)用

        根據(jù)車型及動力系統(tǒng)的不同,新能源汽車上使用的接觸器數(shù)量、名稱都存在差異。例如,第2代豐田普銳斯混合動力汽車高壓配電盒里裝有3只接觸器,分別為主接觸器、預(yù)充接觸器及負(fù)極接觸器,如圖26所示。對于帶充電系統(tǒng)的新能源汽車,會增加充電接觸器,作為動力電池組和充電端口之間電路的組成部分。例如,比亞迪e5純電動汽車高壓配電盒里裝有5只接觸器,分別為主接觸器、預(yù)充接觸器、交流充電接觸器、直流充電接觸器+、直流充電接觸器-,如圖27所示。下面將以第2代豐田普銳斯混合動力汽車為例,介紹接觸器在新能源汽車上的實(shí)際應(yīng)用。

        圖25 環(huán)氧樹脂密封接觸器

        圖26 豐田普銳斯混合動力汽車的接觸器

        (1)預(yù)充接觸器。預(yù)充接觸器和主接觸器并聯(lián)安裝在動力電池組與變頻器之間電路的正極側(cè)。當(dāng)車輛上電時(shí),預(yù)充接觸器通過預(yù)充電阻先閉合。動力電池組的高壓母線的電流經(jīng)過預(yù)充電阻,以規(guī)定的速率為變頻器電容充電,形成反灌電壓。通過對變頻器電容的電壓進(jìn)行監(jiān)測,來對高壓系統(tǒng)進(jìn)行以下檢查作業(yè)。

        1)檢查動力電池組和變頻器之間的連接是否穩(wěn)定。

        2)檢查變頻器電容的電壓是否充到與動力電池組的電壓持平(反灌電壓≤50 V)。

        3)變頻器的電容是否可以在預(yù)期的時(shí)間內(nèi)充滿電(反灌電壓≤50 V)。

        圖27 比亞迪e5純電動汽車的接觸器

        如果某項(xiàng)功能檢查沒有通過,預(yù)充接觸器會立刻斷開,并產(chǎn)生一個(gè)故障代碼。如果所有的系統(tǒng)檢查都能通過,此時(shí)主接觸器閉合,預(yù)充接觸器斷開,車輛開始全電流上電。從上述可知,預(yù)充接觸器只在預(yù)充過程中工作,起限制車輛上電之初時(shí)的電流,如果不加以限制,過大的電流會對高壓部件產(chǎn)生很大的沖擊。

        (2)主接觸器。主接觸器負(fù)責(zé)控制高壓供電正極,屬于一種接觸型繼電器,對動力電池組電流沒有任何限制。在車輛正常運(yùn)行過程中,主接觸器接通。主接觸器具有以下5個(gè)功能。

        1)車輛上電時(shí),將動力電池組連接到變頻器。

        2)車輛上電時(shí),監(jiān)控動力電池組和變頻器之間的高壓電路。

        3)允許高壓電流在動力電池組和變頻器之間流通。

        4)驅(qū)動系統(tǒng)被關(guān)閉時(shí),斷開動力電池組與變頻器的連接。

        5)車輛緊急停車時(shí),斷開動力電池組與變頻器的連接。

        (3)負(fù)極接觸器。負(fù)極接觸器安裝在動力電池組與變頻器之間電路的負(fù)極側(cè),負(fù)責(zé)控制高壓供電負(fù)極。在車輛預(yù)充和正常運(yùn)行過程均接通,在車輛下電時(shí),在正極接觸器斷開之后再斷開。

        通過在動力電池與變頻器之間電路的正負(fù)極都裝有接觸器這種設(shè)計(jì),使得電路的兩側(cè)都受到接觸器保護(hù),這是新能源汽車中最常見的接觸器組合方式。

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