接觸器提升滅弧能力助力電池向高電壓發(fā)展

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠）接觸器是一類利用線圈流過電流產(chǎn)生磁場，使觸頭閉合，以達到控制負載的電器。接觸器控制容量大，不僅能夠起到接通和切斷電路的功能，還能起到保護作用，適用于頻繁操作和遠距離控制的電路，是自動化控制系統(tǒng)中的常見的基礎元件之一。

隨著鋰電池技術的發(fā)展，儲能和汽車兩大熱門市場的相關應用產(chǎn)品快速迭代以滿足日益增長的續(xù)航里程及高電壓趨勢。這種趨勢下，整個電源系統(tǒng)的保護要求越來越高。

儲能與汽車領域的高壓接觸器需求升級

在汽車領域，新能源電動汽車用高壓接觸器廣泛應用在新能源電動汽車身、充電樁、蓄電池供電、變頻器電容預充電、直流功率控制、電路保護及其他電動車輛的電源開關控制上。電動汽車的電池基本上可以為從發(fā)動機到車載計算機再到電動車窗等幾乎所有的部件供電，其中高壓電池占了其中的很大一部分。

目前電動汽車中使用的最多的鋰離子高壓電池，都會配有相應的高壓接觸器，保證電池系統(tǒng)在任何情況下可以安全有效快速地斷開電流，起到保護作用。

800V高壓電池帶來了更高的持續(xù)功率、更小的電池體積、更輕的電池組重量、更快的充電速度以及更低的功率損耗，同時也帶來了更高的保護要求。為了確保高壓系統(tǒng)的安全性，高壓接觸器能否在緊急情況下安全快速地斷開高負載這一能力越來越重要。

在電動汽車中，大功率電氣設備在打開和關閉狀態(tài)之間切換，開關的兩個觸點之間會產(chǎn)生電弧。這種電弧如果不熄滅，會具有很強的破壞性。越來越多的直流應用需要足夠強大的直流開關來防止電弧，只有大功率開關才能熄滅直流源產(chǎn)生的電弧。在向800V平臺升級的過程里，高壓接觸器需要更小的觸電發(fā)熱量、更小的觸電粘連概率和更小的電磁干擾。

高壓接觸器對于不間斷電源和可再生能源儲能系統(tǒng)來說，同樣是也是不可或缺的部分。光伏逆變器、風電變流器等部分都需要使用大功率的高壓接觸器來切斷電弧，并提供相對應的管理電路的作用。從發(fā)電端儲能側到用戶端用電側，直流接觸器都是關鍵的安全器件，接觸器能夠比保險絲更快地斷開，并能夠在高負載下進行多次斷開。

使用高壓接觸器快速切斷電弧

上面提到，大功率電氣設備在打開和關閉狀態(tài)之間切換產(chǎn)生的電弧，破壞性極強。因為大功率電氣設備產(chǎn)生的電弧溫度很高，大于5000K，會直接熔化掉金屬接觸材料。進而，金屬熔體和等離子體會沉積在周圍環(huán)境中，導致接觸點迅速退化，另一方面，蒸發(fā)的材料也會導致接觸點之間的絕緣性低，降低設備使用壽命。

而在汽車DCDC系統(tǒng)和儲能系統(tǒng)中，直流回路沒有電壓和電流過零來幫助消除這些可能會產(chǎn)生的電弧，就只能通過相應措施強制將電流消零。高壓接觸器的電弧吹滅性能就顯得格外重要。

比如利用陶瓷封裝的內置于密封且填充有氣體陶瓷腔體的動觸點，動觸點受到電磁驅動后斷開以此來切斷電流，電弧被分段后，通過高壓氫氣混合物進行冷卻，達到保護作用。這種原理的高壓接觸器滅弧能力非常強，載流能力能到600A以上。

目前高壓直流接觸器按材料可分為陶瓷真空、陶瓷充氣、環(huán)氧充氣。陶瓷材料因為強度更高，密封性更好，高壓大電流場景一般都會選用這種材料。陶瓷真空則相比上面提到的充氣方案犧牲了一些滅弧能力，但是接觸器內部真空可以將觸頭開距做得很小，關斷時電弧更易熄滅，耐壓載流能力安全性等進一步提升，展現(xiàn)出了更穩(wěn)定和載流能力更強（1000A）的特點。

在電壓高，電流大的場景里，這二者是目前最理想的各有特色的滅弧選擇。

小結

在儲能設備和電動汽車滲透率逐步提高的趨勢下，高壓接觸器也有著廣闊的發(fā)展空間。現(xiàn)在的高壓接觸器除了滅弧能力的增強，還特別注重小體積、輕重量并結合高性能開關能力，盡可能將內部的耗散功率降低到絕對最小值。