接觸器

設(shè)計(jì)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(shí)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(gè)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(shí)是個(gè)強(qiáng)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(gè)安全是滿足不了的。

LEAF的接觸器組的設(shè)計(jì)還是比較經(jīng)典的

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

從設(shè)計(jì)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(diǎn)兩大部分

繼電器驅(qū)動(dòng)電路出現(xiàn)失效：需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的FailSafe的電路，比傳統(tǒng)的12V的繼電器，在整個(gè)設(shè)計(jì)(抑制電路，驅(qū)動(dòng)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(dòng)電路和線圈相對近，否則在這個(gè)層面進(jìn)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(dòng)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(diǎn)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(yùn)動(dòng)，連接片把兩高壓觸點(diǎn)連通。

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

我們可以把驅(qū)動(dòng)線圈的部分和觸點(diǎn)部分進(jìn)行一些區(qū)分。實(shí)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(diǎn)電流對整個(gè)線圈段的力學(xué)分析會(huì)比低壓接觸器復(fù)雜很多，不過先不考慮這個(gè)事，先把問題簡化一些。

驅(qū)動(dòng)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(xiàng)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(gè)需要好好管起來

這個(gè)驅(qū)動(dòng)的電路主要包括：

1.邏輯控制電路：一般配置多個(gè)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(shí)現(xiàn)PWM的控制

3.低邊開關(guān)：保證HSD電路出現(xiàn)問題的時(shí)候，可以關(guān)斷;當(dāng)帶載切斷的時(shí)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(hù)可以復(fù)用之前的低壓繼電器的考慮，只是這個(gè)啟動(dòng)電流和電感量比較大。

對于這個(gè)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(hù)管子是否能承受，包括不同的狀態(tài)下，不同保護(hù)模式下，這個(gè)電感量的釋放能量

通過參數(shù)分析計(jì)算方法來做等效

接觸器

電路設(shè)計(jì)考慮

1)驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(jì)配合考慮的。這里通常是將保持繞組投入和起動(dòng)繞組串聯(lián)方式，會(huì)導(dǎo)致在不同溫度點(diǎn)下吸合電壓的顯著上升，如下圖所示，雙線圈某些點(diǎn)上已經(jīng)直接貼住了9V這個(gè)工作點(diǎn)。

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(gè)過程進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的切換，如下圖所示：

第一步：接觸器啟動(dòng)電路閉合

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

第三步：接觸器觸點(diǎn)機(jī)械位置上到位，驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)一步增加

第四步：PWM讀取電流情況，限制吸合電流，進(jìn)入恒流模式

第五步：確定一定的時(shí)間之后進(jìn)入占空比改變的保持模式，這個(gè)時(shí)候保證低的吸合電流

穩(wěn)定狀態(tài)：進(jìn)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(diǎn)端(接觸電阻大、粘連)。設(shè)計(jì)的考慮需要從電氣壽命和密封兩個(gè)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(huì)告訴你，電氣壽命有些絕對的界限，否則會(huì)發(fā)生熔焊。所以我們需要根據(jù)整個(gè)電氣系統(tǒng)的要求來匹配短時(shí)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(gè)設(shè)計(jì)里面，需要考慮瞬態(tài)大電流和設(shè)計(jì)不合理造成的問題，比如兩種典型的失效模式：

觸點(diǎn)動(dòng)熔焊指閉合或分?jǐn)噙^程中，預(yù)擊穿和回跳電弧短時(shí)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(diǎn)材料連接一體，并在分?jǐn)噙^程中阻礙觸點(diǎn)脫離接觸的現(xiàn)象

觸點(diǎn)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(diǎn)及其附近金屬熔化發(fā)生焊接

在這種情況下，由于整個(gè)動(dòng)力母線上存在的容性負(fù)載，設(shè)計(jì)不合理的保護(hù)策略會(huì)直接導(dǎo)致靜熔焊。核心的我們在于設(shè)計(jì)一套預(yù)充策略來減少這些靜態(tài)電流對觸點(diǎn)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(shí)這兩種情況有時(shí)候是疊加存在，存在一個(gè)劣化過程的。

在考慮動(dòng)熔焊處理的時(shí)候，是需要考慮整個(gè)系統(tǒng)對分?jǐn)嗟臅r(shí)候的監(jiān)測，來記錄整個(gè)BDU系統(tǒng)在工作過程中保護(hù)的次數(shù)，來記錄開關(guān)能力情況比對實(shí)際的開關(guān)能力、次數(shù)，建立一個(gè)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(huì)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(diǎn)(容器觸點(diǎn))，但是內(nèi)部氣體隨著容器觸點(diǎn)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(gè)核心變量，就是整個(gè)BDU的環(huán)境溫升，還有內(nèi)部走線的選擇。其實(shí)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(gè)原有的滅弧設(shè)計(jì)就沒有了，觸點(diǎn)的電氣方面的壽命就很快結(jié)束了

按照我們之前的WCCA計(jì)算方法，計(jì)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(shí)對于后期的控制是非常有幫助的。觸點(diǎn)部分的已經(jīng)很復(fù)雜了，就需要控制驅(qū)動(dòng)的確定性來支撐。