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新能源電網需要直流接觸器，新能源設備和裝備都需要直流接觸器來控制。近年來新能源汽車及充電設施發(fā)展迅猛，其關鍵電氣元件之一的直流接觸器的市場容量也隨之擴容。針對此新興行業(yè)的特殊需求，各汽車設計、充電樁等直流電氣裝備設計工程師們如何為其設計理想選擇恰當的直流接觸器產品？該關注哪些主要關鍵點？本文謹從產品應用及產品適應性方面拋磚引玉淺談一二。

一、電動汽車充電設備 [GB/T 18487.1 之4.4]的規(guī)定：

電動汽車供電設備按照輸出電壓分類：

交流：單相220V，三相380V；

直流：200V‐500V，350V‐700V，500V‐950V。

直流充電電流優(yōu)選值：80A，100A，125A，160A，200A，250A。

注：高于950V的供電設備由車輛制造商和供電設備制造商協商決定。

從以上標準中可以看出，使用于商用和乘用電動汽車中的直流接觸器具有高電壓、大電流的的基本特點，所以需要具備很高的可靠性，較高的絕緣電壓。區(qū)別于普通工業(yè)用接觸器產品，其在制造中也要求具備抽真空、氣體填充、壓力密封、智能控制等專業(yè)制造工藝，對設計技術，制造技術要求很高。

二、直流接觸器在新能源汽車、充電樁（機）中的應用

1. 在充電樁（機）中的應用

用于直流充電樁、充電站的直流輸出側或用于車載充電機的輸出側。當接觸器閉合時，起充電樁和汽車的連通作用；斷開時，隔離充電樁和外部的連接,起到安全防護作用。如圖1

直流接觸器在新能源汽車、充電樁（機）中的應用

2.在電動汽車中的應用

在電動汽車的電池系統(tǒng)和逆變器之間配置直流接觸器。當系統(tǒng)停止運行后起隔離作用，系統(tǒng)運行時起連接作用，當車輛關閉或發(fā)生故障時，能安全的將儲能系統(tǒng)從車輛電氣系統(tǒng)中分離，起到分斷電路的作用。在其他輔助回路中作為用電控制器件。如圖2

直流接觸器在電動汽車中的應用 

    圖2.直流接觸器在電動汽車中的應用

重要技術指標：

a) 在系統(tǒng)停止運行后起隔離電源端與負載端作用；（重要技術指標：額定絕緣電壓Ui）

b) 系統(tǒng)運行時起連接電源端與負載端作用；（重要技術指標：約定發(fā)熱電流Ith）

c) 故障時起分斷電路的作用。（重要技術指標：最高運行電壓U）

三、 產品的適應性設計

1.環(huán)境適應性設計：

區(qū)別于一般工業(yè)用接觸器產品，使用環(huán)境條件對電動汽車用接觸器的適應性要求更加苛刻，必須同時滿足寬溫度范圍、高防護等級、高抗振動性等基本條件。

1）高低溫度設計：需滿足電動汽車和充電樁（機）在極端天氣下正常使用的溫度要求。產品儲存環(huán)境溫度：-55~+125℃，正常工作環(huán)境溫度為-25~+40℃，極限條件下環(huán)境溫度為-40~+85℃， 

2）防護等級設計：需滿足惡劣環(huán)境條件下的正常工作，在雨水和塵土環(huán)境下正常使用，產品完全防止粉塵進入，滿足短時浸水要求，防護等級達到IP67。

3）抗振性能設計：產品需具備很強的抗振性和耐沖擊性。滿足汽車使用于各種路況顛簸振動的特殊需求。

2.安全可靠性設計

安全可靠性是衡量電動汽車直流接觸器的第一也是最關鍵的要素，主要體現在滅弧能力、絕緣電壓等方面。

直流電弧具有無過零點，燃弧后電弧難以熄滅的特點。而將產品結構設計為雙斷點直動式運動形式。并在密封型滅弧腔內填充壓縮氣體的滅弧技術手段可實現良好的滅弧能力。其主要原理是：在電弧加熱后與填充的氣體形成高壓氣體，氣體壓力的增大使得熱游離大幅下降，弧隙和滅弧室內的壓力差使氣體運動加速，冷卻作用加劇，電弧快速熄滅。

四、專用材料及關鍵工藝

任何一個產品的研發(fā)設計必須依靠恰當的原材料選擇、先進的工藝措施、穩(wěn)定的零部件工裝、完善的制造流程后才能將其完整轉化為產品。原材料、制造工藝、生產線都是設計轉化的關鍵要素。

1）電動汽車直流接觸器的關鍵零部件材料屬性需求

材料名稱

材料需求特性

滅弧室材料

耐高溫，抗電強度大，機械強度高，絕緣性能好，化學性能穩(wěn)定，耐腐蝕

接線柱

高純度、高導電率、易焊接、耐腐蝕，焊接性能良好

磁軛

耐腐蝕、抗氧化性能好、高導磁率

滅弧介質

性能穩(wěn)定，滅弧能力好

磁吹永磁體

性能穩(wěn)定不易氧化、介電特性好，導磁率高

滅弧室焊接襯墊

膨脹系數小，焊接性能好

環(huán)氧類密封材料

耐高電壓、耐沖擊、耐老化、高剪切與高剝離強度，耐高低溫

收縮率小，線脹系數小，膠接強度高

導軌

耐磨損、阻燃能力強，耐高、低溫，潤滑性好。

2）關鍵工藝設計及設備保障

制造工藝做為確保產品質量可靠、性能穩(wěn)定的充分條件，必須依靠一定的硬件設施才能得以保障，工裝設備及生產線首當其沖。

1.焊接工藝及設備：

激光焊接工藝是產品質量可靠性的關鍵保障工藝，焊接的主要目的是為了保證良好的密封效果，使線圈和觸頭免受氧化和污染，保證其接觸電阻的穩(wěn)定性。

采用激光焊接技術對滅弧室進行密封焊接，使滅弧罩和磁軛之間，磁軛和密封套之間實現不漏氣的焊接。

對焊接后的滅弧室進行氣密性檢測，以保證實際使用中不漏氣。對完成焊接的觸頭系統(tǒng)和完成灌膠后的整機進行抽氣和充氣。將工件內部抽成真空后按照工藝規(guī)定的氣體類型及壓力完成充氣，并對充氣口進行自動封口。

必備關鍵設備：激光焊接機、氣密性檢測裝置、抽真空充氣裝置。

2.封裝工藝及設備

灌膠工藝是環(huán)氧膠密封類接觸器的關鍵工藝之一，灌膠后膠和產品本體的結合程度、膠體的致密程度都是需要保證的關鍵點。

在灌膠工藝中，產品內部的空氣、膠體內部的氣泡、灌注過程產生的氣泡等都會影響膠水的滲透效果及膠體的密度，進而影響產品密封性能。利用真空灌膠系統(tǒng)，將膠料罐內所有空氣抽光且保持在一定的真空狀態(tài)。在灌膠前先將產品內部的空氣抽干凈，達到一定的負壓，再進行產品灌膠，在負壓的作用力下，膠水能夠快速、均勻的滲入到產品內部，由灌注沖擊及膠水與產品接觸所產生的氣泡也會被抽走，從而保證了膠水在產品接觸面的均勻覆蓋及膠體的均勻密度，達到良好的灌膠效果。

灌膠完成后需要將產品放入烘干箱中進行固化，烘膠時保持恒定均勻的溫度場，合理的固化時間及升溫冷卻速率。使其固化內應力和溫度內應力達到最小值，保證了良好的固化效果和膠接效果，從而達到良好的密封效果。

必備關鍵設備：灌膠機、真空工作臺、烘膠裝置。

3.檢測工藝及設備

接觸器具有可靠的電氣壽命是非常關鍵的一項性能指標，帶載失效試驗為產品出廠前的最后一道保障關卡。

必備關鍵設備：直流電源、電阻負載、智能控制及保護裝置

五、產品特殊需求選擇

1. 對于部分充電柜需要完成電池充電和放電功能需求的，可選擇使用主觸頭無極性型直流接觸器產品(此項設計已由天水二一三電器有限公司申請發(fā)明專利),突破專門為電流方向引線的結構設計局限。

2. 根據安裝空間受限情況，選擇合理的接線方式產品，如圖示。

GSZ8-200 銅排接線方式

GSZ8-200 銅排接線方式

GSZ8-200 螺釘接線方式 

GSZ8-200 螺釘接線方式

六、市場產品概況：

目前電動汽車接觸器主流產品主要分為兩大類：陶瓷型腔密封結構和環(huán)氧膠密封結構。

外觀型式以天水二一三電器有限公司產品為例，如下所示：

GSZ8系列陶瓷型腔密封結構 

GSZ8系列陶瓷型腔密封結構

GSZ9系列環(huán)氧膠密封結構 

GSZ9系列環(huán)氧膠密封結構

額定電流有10A、20A、25A、40A、60A、50A、80A、100A、120A、150A、200A、250A、300A、400A等多個等級。控制電壓9~36VDC。額定絕緣電壓1000VDC，可分斷電壓900VDC。

結束語：

電動汽車接觸器產品的一致性影響著產品的可靠性和穩(wěn)定性，而產品的一致性貫穿于所有的產品形成過程：設計、材料一致性、零部件工裝的穩(wěn)定性、裝配工藝的穩(wěn)定性、裝配工裝的穩(wěn)定性等。博觀而約取，厚積而薄發(fā)，本土民族品牌電動汽車接觸器產品的研制成功、批量生產，能夠提供更加適合我國新能源汽車發(fā)展所需的產品解決方案，必將成為新能源汽車設計、充電樁（機）等直流電氣裝備設計工程師的喜愛，為實現工程師的設計理想提供強有力的支持。 （來源：電動汽車資源網 天水二一三電器有限公司 張蕾 席志剛）