Einführung
Angesichts der globalen Erwärmung und der immer knapper werdenden Energieversorgung, der Umsetzung nationaler Energiestrategien und der kontinuierlichen Verbesserung des menschlichen Umweltbewusstseins haben Elektrofahrzeuge nach und nach herkömmliche Kraftstofffahrzeuge ersetzt. Da die Nachfrage der Menschen nach Leistung und Reichweite von Elektrofahrzeugen steigt, steigen auch die Leistung, der Strom und die Spannung von Elektrofahrzeugen weiter an, was wiederum höhere Anforderungen an die Sicherheitsleistung der elektrischen Systeme von Elektrofahrzeugen stellt. Als ausführende Komponente, die das Ein- und Ausschalten jedes Hochspannungskreises steuert, sind Hochspannungs-Gleichstromrelais ein wichtiger Garant für die Sicherheit von Elektrofahrzeugen. Der Markt für Hochspannungs-Gleichstromrelais in meinem Land wächst schnell. Im Jahr 2021 beträgt die Gesamtmarktgröße für Hochspannungs-Gleichstromrelais etwa 5 Milliarden Yuan, und die Gesamtzahl der Hochspannungs-Gleichstromrelais für Fahrzeuge und Ladesäulen übersteigt 24 Millionen. Schätzungen zufolge wird der Markt für Hochspannungs-Gleichstromrelais bis 2025 13,4 Milliarden Yuan erreichen. Hochspannungs-Gleichstromrelais werden auch häufig im Photovoltaik- und Energiespeicherbereich eingesetzt. Dieser Artikel gibt eine grundlegende Einführung in Hochspannungs-Gleichstromrelais. Als Kernbestandteil von Hochspannungs-Gleichstromrelais haben Kontaktmaterialien große Aufmerksamkeit erregt. Es werden gängige Hochspannungs-Gleichstromrelais auf dem Markt ausgewählt und ihre Kontakte im Detail untersucht.
1 Hochspannungs-DC-Relais
1.1 Anwendungsszenarien von Hochspannungs-Gleichstromrelais
Neue Energiefahrzeuge sind mit Hochspannungs-Gleichstromrelais zwischen dem Batteriesystem und der Motorsteuerung des Elektrofahrzeugs ausgestattet. Wenn das System nicht mehr läuft, spielt es eine Isolationsrolle und eine Verbindungsrolle, wenn das System läuft. Bei einem Ausfall des Fahrzeugs kann es zum Schutz das Batteriesystem sicher vom Bordnetz trennen. Jeder neue Energie-Pkw muss mit 5 bis 8 Hochspannungs-Gleichstromrelais ausgestattet sein. Die häufigsten Anwendungen von Hochspannungs-Gleichstromrelais sind in Abbildung 1 dargestellt. Dazu gehören hauptsächlich Hauptrelais, Vorladerelais, Schnellladerelais, normale Laderelais und Hilfsrelais. Die oben genannten Relais haben unterschiedliche Funktionen und Stromstärken. Zur Steuerung und zum Schutz der Ladeleitung sind in der Regel zwei Hochspannungs-Gleichstromrelais an der Gleichstromladesäule konfiguriert.
1 ist das Hauptrelais, der Strompegel beträgt normalerweise 100 A bis 300 A; 2 ist das Vorladerelais, der Strompegel beträgt normalerweise 10 A bis 40 A; 3 ist das Schnellladerelais, der Strompegel beträgt normalerweise 100 A ~ 400 A; 4 ist das normale Laderelais, der Strompegel beträgt normalerweise 10 A bis 40 A; 5 ist das Hilfsrelais, der Strompegel beträgt normalerweise 10 A bis 40 A; 6 ist das Relais zum Laden von Stapeln, der Strompegel beträgt normalerweise 100 A ~ 600 A.
1.2 Struktur des neuen Energie-Hochspannungs-Gleichstromrelais
Der Aufbau und das Kontaktsystem des Hochspannungs-Gleichstromrelais sind in Abbildung 2 dargestellt, die hauptsächlich Folgendes umfasst:Silberne elektrische Kontakte, Spulen, Eisenkerne, statische Magnetpole, Auslösefedern, Lichtbogenlöschkammern und -hülsen. Um die Erosion der Kontakte durch den Lichtbogen zu reduzieren, ist die Lichtbogenlöschkammer im Inneren des Relais in der Regel mit einem Mischgas aus Wasserstoff gefüllt. Der reduzierende Charakter von Wasserstoff kann Kontaktoxidation wirksam verhindern und den Kontaktwiderstand verringern, und die hervorragende Wärmeleitfähigkeit von Wasserstoff begünstigt das Löschen des Lichtbogens. Darüber hinaus wird die Lichtbogenlöschkammer normalerweise mit einer elektromagnetischen Lichtbogenblasung kombiniert, um die Lichtbogenlöschfähigkeit des Relais zu verbessern. Die Position des Lichtbogenlöschmagnetfelds wird jedoch während des Entwurfsprozesses des Relais festgelegt. Einige Relais haben Plus- und Minuspole. Wenn sie während des Gebrauchs umgekehrt angeschlossen werden, werden ihre verschiedenen Leistungen erheblich reduziert.
1.3 Leistungsanforderungen an neue Energie-Hochspannungs-Gleichstromrelais
Die Betriebsspannung von New-Energy-Fahrzeugen beträgt normalerweise 200 V bis 400 V. Die Nennleistung der Motoren von New-Energy-Pkw und Bussen beträgt im Allgemeinen 30 kW bzw. 80 kW oder mehr, und die Spitzenleistung erreicht 60 kW bzw. 160 kW bzw. mehr. Wenn die Spannung von 400 V auf 800 V erhöht wird, wird die Ladeeffizienz erheblich verbessert, die Ladezeit wird erheblich verkürzt, der Strom in der Leitung ist kleiner und der Leistungsverlust ist geringer, was Solid bedeutetSilberkontakteDenn Electrical verbessert das Nutzungserlebnis von Fahrzeugen mit neuer Energie. Allerdings stellt der Anstieg von Spannung und Leistung höhere Anforderungen an Hochspannungs-Gleichstromrelais.
Im Vergleich zu Fahrzeugen mit herkömmlichem Kraftstoff haben Fahrzeuge mit neuer Energie schlechtere Betriebsbedingungen, was sich hauptsächlich in Folgendem widerspiegelt: ①Höhere Spannung und Stromstärke; die Spannung der Mainstream-Modelle erreicht 300 V bis 400 V und der Strom erreicht 200 A bis 300 A, während die Nennspannung herkömmlicher Kraftstofffahrzeuge normalerweise 12 V Gleichstrom und 24 V Gleichstrom beträgt und der gemeinsame Strom normalerweise innerhalb von 50 A liegt; ②Häufiger Stoßstrom; ③Großer Fehlerstrom, Kurzschlussstrom übersteigt sogar 10 kA; ④Die von elektrischen Komponenten erzeugte Wärme ist groß und der Temperaturanstieg ist offensichtlich. Es ist ersichtlich, dass die Leistung herkömmlicher Kraftstofffahrzeugrelais gering ist und nicht auf die Arbeitsbedingungen von Fahrzeugen mit neuer Energie angewendet werden kann.
Zu den gängigen Tests für Hochspannungs-Gleichstromrelais gehören: ① Widerstandslebensdauertest, der Teststrom umfasst Nennstrom und Überstrom; ② Test der elektrischen Lebensdauer der kapazitiven Last, normalerweise nur verbunden, aber nicht getrennt; ③ Grenzausschaltkapazitätstest; ④ Kurzschlussstrom-Widerstandstest, der erfordert, dass während des Testvorgangs keine Explosion auftritt, und die Anforderungen für den Kurzschluss-Widerstandstest sind in Tabelle 1 aufgeführt. Aufgrund der komplexen Betriebsbedingungen von Kraftfahrzeugen während des Betriebs, wenn das elektrische System kurzgeschlossen ist -geschlossen sollte das Hochspannungs-Gleichstromrelais in der Lage sein, den Stromkreis ohne ungewöhnliche Bedingungen wie Kontakthaftung oder Relaisexplosion reibungslos zu unterbrechen. Die Leistungsanforderungen an Hochspannungs-Gleichstromrelais variieren von Hersteller zu Hersteller und liegen im Allgemeinen über den Standardanforderungen.
1.4 Analyse des Aussehens und der Zusammensetzung von Hochspannungs-DC-Relaiskontakten
Der globale Markt für neue Energie-Hochspannungs-Gleichstromrelais ist stark konzentriert. Im Jahr 2022 hatten die drei weltweit führenden Hersteller etwa 70 % des Marktanteils. In diesem Artikel wird ein Hochspannungs-Gleichstromrelais analysiertMassives SilberKontakte für die Elektrotechnik von einem namhaften Hersteller. Die Nennspannung und der Nennstrom des Relais betragen DC 75 0 V bzw. 250 A. Die spezifischen Abmessungen des Erscheinungsbilds sind in Tabelle 2 aufgeführt. Das Erscheinungsbild der beweglichen und statischen Kontakte ist in den Abbildungen 3 und 4 dargestellt. Die Oberfläche des beweglichen Kontakts ist mit einer Silberbeschichtung versehen, um den Kontaktwiderstand zu verringern. Die Materialzusammensetzung wurde mittels Röntgenfluoreszenzspektroskopie analysiert und es wurde festgestellt, dass die Zusammensetzung der beweglichen und statischen Kontakte gleich ist. Das Hauptelement ist Cu, der Rest ist das zugesetzte Element Te mit einem Anteil von etwa 0,3 %. Unter der Einwirkung des Lichtbogens zersetzt sich das Metall Tellur mit niedrigem Schmelzpunkt aus der Legierung, nimmt große Mengen Wärme auf und wirkt kühlend auf den Lichtbogen, sodass es eine gewisse Widerstandsfähigkeit gegen Lichtbogenerosion aufweist. Wenn das Schweißbad abkühlt, entmischt sich das Tellurelement an der Kontaktschweißstelle und bildet eine spröde Cu2Te-Verbindung, die sich positiv auf die Beständigkeit beim Schmelzschweißen auswirkt.
1.5 Analyse der kontaktmechanischen Eigenschaften
Die Leitfähigkeit des Kontakts ist in Tabelle 3 dargestellt. Die Leitfähigkeit der beweglichen und statischen Kontakte ist etwas niedriger als die von reinem Kupfer, die etwa 58 MS/m beträgt. Die Härte des OriginalsKontaktnieten aus massivem Silberist in Tabelle 4 dargestellt. Aus den Härteergebnissen ist ersichtlich, dass die Härte des beweglichen Kontakts und des statischen Kontakts sehr unterschiedlich ist.
1.6 Metallografische Struktur
Die metallografische Struktur ist in Abbildung 5 dargestellt. Wie aus Abbildung 5 ersichtlich ist, ist die metallografische Struktur der beweglichen und statischen Kontakte einheitlich.
1.7 Ergebnisse des Rasterelektronenmikroskops und des Energiespektrums
Die Abbildungen 6 und 7 sind die Ergebnisse des Energiespektrums der beweglichen und statischen Kontakte bei 30-fachem Sichtfeld. Die Ergebnisse zeigen, dass sowohl die beweglichen als auch die statischen Kontakte aus Tellurkupfer bestehen, wobei der Tellurgehalt des beweglichen Kontakts 0,32 % und der Tellurgehalt des statischen Kontakts 0,32 % beträgtSilberne ElektrikFür Schütz beträgt {{0}},41 %. Da es sich bei dem Energiespektrum um eine semiquantitative Analyse in Kombination mit dem Röntgenfluoreszenzspektrum und metallografischen Bildern handelt, wird festgestellt, dass die beweglichen und statischen Kontakte aus demselben Material bestehen, wobei das Hauptelement Cu und das verbleibende Element Cu ist Te, mit einem Gehalt von etwa 0,3 %.
2 Fazit
(1) Aufgrund ihrer einzigartigen Struktur und ihres Lichtbogenlöschsystems verfügen Hochspannungs-Gleichstromrelais über ein starkes Kurzschlussausschaltvermögen und Sicherheitsschutzfunktionen und werden häufig in den Bereichen neue Energiefahrzeuge und Ladesäulen eingesetzt.
(2) Hochspannungs-Gleichstromrelais müssen extremen Tests unterzogen werden, z. B. auf maximale Ausschaltkapazität und Kurzschlusstoleranz, und müssen gleichzeitig einen niedrigen Kontaktwiderstand aufrechterhalten.
(3) Die beweglichen und statischen Kontakte von DC 750 V, 250 A Hochspannungs-Gleichstromrelais bestehen aus dem gleichen Material. Die metallografische Struktur von Solid Silver Contacts For Electrical ist einheitlich, wobei das Hauptelement Cu und das verbleibende zugesetzte Element Te mit einem Gehalt von etwa 0,3 % sind.
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