接觸器

設(shè)計和選擇

接觸器的要求，最主要還是從GBT18384.1和GBT31498的兩處來找，當(dāng)碰撞發(fā)生的時候，VCU/BMS負(fù)責(zé)從安全氣囊那里接受碰撞信號，來切斷整個高壓系統(tǒng)，把高壓系統(tǒng)母線的電壓/能量降到安全范圍之內(nèi)。這其實是個強制的安全功能，一旦繼電器本身出現(xiàn)熔融，這車必須更換才行，否則這個安全是滿足不了的。

LEAF的接觸器組的設(shè)計還是比較經(jīng)典的

從繼電器的結(jié)構(gòu)來說，這個繼電器本身還是具備著較高的技術(shù)含量的。

從設(shè)計角度來考慮

繼電器本身出現(xiàn)失效：這里包含繼電器內(nèi)部的內(nèi)容，可以分線圈和觸點兩大部分

繼電器驅(qū)動電路出現(xiàn)失效：需要設(shè)計相應(yīng)的FailSafe的電路，比傳統(tǒng)的12V的繼電器，在整個設(shè)計(抑制電路，驅(qū)動電路)上需要更細(xì)致。

繼電器連接出現(xiàn)失效：考慮需要將驅(qū)動電路和線圈相對近，否則在這個層面進行考量，干擾、短路和斷路等可能性隨著線束的延長大了很多。

接觸器

工作電路

電動汽車接觸器一般為全密封結(jié)構(gòu)，內(nèi)腔充注隋性氣體。

這里現(xiàn)在有兩種腔體，樹脂密封腔體和陶瓷密封腔體，這兩者比較來說耐熱性能有差異，密封性也有差異。

a)接觸器觸點為常開狀態(tài)，線圈上電后產(chǎn)生磁場并磁化鐵芯，鐵芯磁化后與上方的鐵片產(chǎn)生吸力，吸力克服彈簧力后，鐵芯(連接片與鐵芯為一體)向上運動，連接片把兩高壓觸點連通。

b)接觸器線圈下電時，鐵芯磁性消失，彈簧使鐵芯(連接片)復(fù)位，兩觸點斷開。

我們可以把驅(qū)動線圈的部分和觸點部分進行一些區(qū)分。實際上由于這里的論述，高壓接觸器本身里面電流比較大，觸點電流對整個線圈段的力學(xué)分析會比低壓接觸器復(fù)雜很多，不過先不考慮這個事，先把問題簡化一些。

驅(qū)動電路的情況是這樣的，關(guān)斷繼電器屬于高要求：

1.在充電這一層級，Pack斷開能力是一項硬要求

2.在緊急狀態(tài)下斷開是，硬要求

3.周期性的診斷和確認(rèn)特性也是要求，當(dāng)然這些已經(jīng)給整合到所屬控制器的軟硬件要求里面了

這個需要好好管起來

這個驅(qū)動的電路主要包括：

1.邏輯控制電路：一般配置多個輸入接口，包括緊急下電、輸出使能和正常邏輯控制等部分。

2.高邊輸出：可由高邊開關(guān)實現(xiàn)PWM的控制

3.低邊開關(guān)：保證HSD電路出現(xiàn)問題的時候，可以關(guān)斷;當(dāng)帶載切斷的時候，也可以更快的把線圈里面的能量釋放掉，端子斷開速度更快

線圈的保護可以復(fù)用之前的低壓繼電器的考慮，只是這個啟動電流和電感量比較大。

對于這個問題，如果按照原理性的考慮，最主要考慮能量的釋放，這些保護管子是否能承受，包括不同的狀態(tài)下，不同保護模式下，這個電感量的釋放能量

通過參數(shù)分析計算方法來做等效

接觸器

電路設(shè)計考慮

1)驅(qū)動線圈和保持線圈異步供電方式

接觸器產(chǎn)品中安置吸合線圈和保持線圈兩組線圈;吸合線圈在上電初始階段流過較大的電流并產(chǎn)生較大的電磁吸力吸動銜鐵至閉合位置;保持線圈則在銜鐵吸合穩(wěn)定之后切入，線圈內(nèi)流過電流較小。這種方式應(yīng)用比較多，也是與兩段彈簧的行程設(shè)計配合考慮的。這里通常是將保持繞組投入和起動繞組串聯(lián)方式，會導(dǎo)致在不同溫度點下吸合電壓的顯著上升，如下圖所示，雙線圈某些點上已經(jīng)直接貼住了9V這個工作點。

2)PWM電路(單線圈條件下)

采用開環(huán)或者閉環(huán)的PWM電路對整個過程進行驅(qū)動的切換，如下圖所示：

第一步：接觸器啟動電路閉合

第二步：接觸器內(nèi)部電磁結(jié)構(gòu)開始機械運動，內(nèi)部產(chǎn)生反電動勢，抵消一部分電磁通量，驅(qū)動電流降低。

第三步：接觸器觸點機械位置上到位，驅(qū)動電流進一步增加

第四步：PWM讀取電流情況，限制吸合電流，進入恒流模式

第五步：確定一定的時間之后進入占空比改變的保持模式，這個時候保證低的吸合電流

穩(wěn)定狀態(tài)：進入穩(wěn)態(tài)的低保持電流狀態(tài)

接觸器

失效分析

本文主要結(jié)合當(dāng)前的一些認(rèn)識寫一下有關(guān)接觸器的情況，接觸器的失效可以分為兩大部分，線圈端(無法吸合)和觸點端(接觸電阻大、粘連)。設(shè)計的考慮需要從電氣壽命和密封兩個角度去思考。

A)電氣壽命

從電氣壽命上，接觸器的廠家一般會告訴你，電氣壽命有些絕對的界限，否則會發(fā)生熔焊。所以我們需要根據(jù)整個電氣系統(tǒng)的要求來匹配短時間加速的電流需求和長期電流需求。這里主要匹配

而在整個設(shè)計里面，需要考慮瞬態(tài)大電流和設(shè)計不合理造成的問題，比如兩種典型的失效模式：

觸點動熔焊指閉合或分?jǐn)噙^程中，預(yù)擊穿和回跳電弧短時間內(nèi)釋放巨大的熱量，使接觸面局部快速加熱、軟化、熔化、氣化，然后迅速冷卻、凝固導(dǎo)致觸點材料連接一體，并在分?jǐn)噙^程中阻礙觸點脫離接觸的現(xiàn)象

觸點靜熔焊是指在固定接觸連接或接觸力足夠大的閉合狀態(tài)觸頭中，由于接觸電阻發(fā)熱使得導(dǎo)電斑點及其附近金屬熔化發(fā)生焊接

在這種情況下，由于整個動力母線上存在的容性負(fù)載，設(shè)計不合理的保護策略會直接導(dǎo)致靜熔焊。核心的我們在于設(shè)計一套預(yù)充策略來減少這些靜態(tài)電流對觸點的沖擊情況。

在完整的拆解以后，我們可以得到一組數(shù)據(jù)，來歸類問題和癥狀。其實這兩種情況有時候是疊加存在，存在一個劣化過程的。

在考慮動熔焊處理的時候，是需要考慮整個系統(tǒng)對分?jǐn)嗟臅r候的監(jiān)測，來記錄整個BDU系統(tǒng)在工作過程中保護的次數(shù)，來記錄開關(guān)能力情況比對實際的開關(guān)能力、次數(shù)，建立一個接觸器SOH的檔案來。

嚴(yán)格意義上接觸器的熔斷失效，最終演變成一旦發(fā)生不能切斷，最嚴(yán)重的情況下可能會延燒到周圍。

B)溫度和密封

關(guān)于內(nèi)部氣體穿透壽命本繼電器在內(nèi)部使用氣體封入型的密封觸點(容器觸點)，但是內(nèi)部氣體隨著容器觸點內(nèi)部溫度(環(huán)境溫度+通電引起的溫度上升)的變化而具有內(nèi)部氣體穿透壽命。使用環(huán)境溫度請勿超過-40℃～80℃。這里牽涉到一個核心變量，就是整個BDU的環(huán)境溫升，還有內(nèi)部走線的選擇。其實這里需要建立BDU的熱模型，線徑的選擇就比較重要了。

一旦內(nèi)部氣體失效，整個原有的滅弧設(shè)計就沒有了，觸點的電氣方面的壽命就很快結(jié)束了

按照我們之前的WCCA計算方法，計算的閾值是包括線圈的部分就更不用說了，現(xiàn)在在回顧之前做的欄目，其實對于后期的控制是非常有幫助的。觸點部分的已經(jīng)很復(fù)雜了，就需要控制驅(qū)動的確定性來支撐。