Επιλογή ρελέ υψηλής τάσης και ανάλυση εφαρμογών-

Καθώς η βιομηχανία νέων ενεργειακών οχημάτων συνεχίζει να εξελίσσεται προς την υψηλότερη τάση και την υψηλότερη ισχύ, τα ρελέ DC υψηλής τάσης-έχουν γίνει ένα από τα βασικά στοιχεία ελέγχου στα συστήματα υψηλής{1}τάσης ηλεκτρικών οχημάτων. Η σωστή επιλογή ρελέ υψηλής-τάσης επηρεάζει άμεσα την ασφάλεια, την αξιοπιστία και τη μακροπρόθεσμη{4}}σταθερή λειτουργία ολόκληρου του συστήματος υψηλής-τάσης του οχήματος. Ειδικά σε κρίσιμα κυκλώματα όπως η μπαταρία ισχύος, ο ελεγκτής κινητήρα και το σύστημα φόρτισης/εκφόρτισης, τα ρελέ υψηλής τάσης φέρουν τις σημαντικές ευθύνες του ελέγχου ενεργοποίησης/απενεργοποίησης, της προστασίας του συστήματος και της απομόνωσης βλαβών. τα όρια απόδοσής τους έχουν καταστεί σημαντικός περιορισμός στη σχεδίαση της αρχιτεκτονικής υψηλής-τάσης του οχήματος.

 

Σε ένα τυπικό ηλεκτρικό όχημα υψηλής-τάσης, απαιτούνται συνήθως 5 έως 8 ρελέ DC υψηλής{{3}τάσης, που καλύπτουν διάφορους λειτουργικούς ρόλους όπως κύρια ρελέ, ρελέ προ{4}φόρτισης, ρελέ φόρτισης έκτακτης ανάγκης, συμβατικά ρελέ φόρτισης και βοηθητικά ρελέ συστήματος υψηλής{{5}τάσης. Διαφορετικά ρελέ έχουν σημαντικές διαφορές στη συχνότητα λειτουργίας, την ηλεκτρική καταπόνηση και το επίπεδο ασφάλειας εντός του συστήματος, γεγονός που καθορίζει τις διαφορετικές εστίες στην επιλογή και τον δομικό σχεδιασμό τους. Οι εσωτερικές ηλεκτρικές επαφές, οι ηλεκτρικές επαφές και οι επαφές υψηλού ρεύματος του ρελέ είναι το βασικό θεμέλιο για τον προσδιορισμό του ανώτατου ορίου απόδοσής του.

 

 

Το ρελέ είναι ένα στοιχείο αυτόματου ελέγχου που συνδέει, αποσυνδέει ή διακόπτει κυκλώματα με βάση τις αλλαγές στα σήματα εισόδου. Χρησιμοποιείται ευρέως σε συστήματα αυτόματου ελέγχου, τηλεχειρισμού και απομόνωσης σήματος. Το θεμελιώδες χαρακτηριστικό του είναι ο έλεγχος κυκλωμάτων υψηλού-ρεύματος, υψηλής- ισχύος με μικρό ρεύμα ή χαμηλή ισχύ, επιτυγχάνοντας αποτελεσματική απομόνωση μεταξύ του ελέγχου και του φορτίου.

 

Στα συστήματα υψηλής-τάσης οχημάτων νέας ενέργειας, η πρωταρχική αποστολή των ρελέ είναι να συνδέουν ή να αποσυνδέουν με ασφάλεια την ισχύ- υψηλής τάσης, αποτρέποντας μη αναστρέψιμη ζημιά σε εξαρτήματα του πυρήνα, όπως η μπαταρία και ο ελεγκτής κινητήρα υπό μη κανονικές συνθήκες. Οι επαφές χαλκού και τα υλικά επαφής πολύτιμων μετάλλων στο εσωτερικό του ρελέ φέρουν την ηλεκτρική καταπόνηση από τη συχνή εναλλαγή, αποτελώντας μια κρίσιμη φυσική βάση για την ασφαλή λειτουργία του συστήματος υψηλής-τάσης.

 

 

Κατά τη διαδικασία ψυχρής εκκίνησης των ηλεκτρικών οχημάτων, ο ελεγκτής κινητήρα περιέχει συνήθως έναν μεγάλο πυκνωτή διαύλου DC. Εάν το κύριο ρελέ κλείνει απευθείας χωρίς-προφόρτιση, η μπαταρία υψηλής-τάσης θα εκφορτιστεί αμέσως στον άδειο πυκνωτή, δημιουργώντας ένα τεράστιο ρεύμα εισόδου που μπορεί εύκολα να οδηγήσει σε διάβρωση επαφής, πρόσφυση ή ακόμα και δομική αστοχία.

 

Ως εκ τούτου, τα συστήματα υψηλής-τάσης χρησιμοποιούν γενικά ένα σχέδιο προ-φόρτισης: ένα ρελέ προ-φόρτισης και μια αντίσταση περιορισμού ρεύματος-αποτελούν ένα κύκλωμα μαλακής-εκκίνησης, επιτρέποντας σταδιακή αύξηση της τάσης του πυκνωτή. Όταν η τάση του διαύλου πλησιάζει ένα ορισμένο ποσοστό της τάσης της μπαταρίας, το κύριο ρελέ κλείνει και συνδέεται στο κύριο κύκλωμα, μειώνοντας σημαντικά το ρεύμα εισόδου τη στιγμή του κλεισίματος. Αυτή η διαδικασία δημιουργεί υψηλότερες απαιτήσεις στην αντίσταση υπερτάσεων των εσωτερικών επαφών του ρελέ και των ασημένιων ηλεκτρικών επαφών.

 

 

Από την άποψη της λειτουργικής-φορτικής ικανότητας, τα ρελέ αυτοκινήτου μπορούν να χωριστούν σε ρελέ σήματος και ρελέ ισχύος, με όλα σχεδόν τα νέα ενεργειακά οχήματα να χρησιμοποιούν ρελέ ισχύος. Από την άποψη της δομικής υλοποίησης, μπορούν να χωριστούν σε ηλεκτρομαγνητικά ρελέ και ρελέ στερεάς-κατάστασης. από την άποψη της τάσης λειτουργίας, μπορούν να χωριστούν σε ρελέ χαμηλής-τάσης και ρελέ υψηλής-τάσης.

 

Σε συστήματα συνεχούς ρεύματος υψηλής-τάσης, τα ηλεκτρομαγνητικά ρελέ υψηλής{{1} τάσης παραμένουν η κύρια λύση λόγω της υψηλής ωριμότητάς τους, της ισχυρής ικανότητας θραύσης και της ικανότητάς τους να πληρούν τις απαιτήσεις ασφαλείας υπό πολύπλοκες συνθήκες λειτουργίας. Οι εσωτερικές δομές του ρελέ, όπως οι ασημένιες επαφές, οι ασημένιες επαφές σε διακόπτες και οι διμεταλλικοί διακόπτες-επαφών, αποτελούν σημαντικά θεμέλια σχεδιασμού για την προσαρμοστικότητά τους σε περιβάλλοντα DC υψηλής-τάσης.

 

 

Τα ηλεκτρομαγνητικά ρελέ υψηλής-τάσης αποτελούνται κυρίως από πηνίο, σιδερένιο πυρήνα, μηχανισμό οπλισμού, σύστημα επαφής και ελατήριο επιστροφής. Όταν το πηνίο ενεργοποιείται, δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο, έλκοντας τον οπλισμό και αναγκάζοντας την κινούμενη επαφή να κλείσει με τη σταθερή επαφή, ολοκληρώνοντας έτσι τη σύνδεση του κυκλώματος. Όταν το πηνίο απενεργοποιείται, το μαγνητικό πεδίο εξαφανίζεται και ο οπλισμός επανέρχεται υπό τη δράση του ελατηρίου, σπάζοντας το κύκλωμα.

 

Με βάση την αρχική κατάσταση των επαφών στην κατάσταση απενεργοποίησης, τα ρελέ μπορούν να ταξινομηθούν ως κανονικά ανοιχτές επαφές και κανονικά κλειστές επαφές.

 

Τα ρελέ υψηλής-τάσης χρησιμοποιούν συνήθως μια κανονικά ανοιχτή δομή για να διασφαλίσουν ότι το κύκλωμα-υψηλής τάσης αποσυνδέεται αυτόματα σε περίπτωση διακοπής ρεύματος ή σφάλματος, βελτιώνοντας το εγγενές επίπεδο ασφάλειας του συστήματος. Τα υλικά επαφής είναι ως επί το πλείστον κατασκευασμένα από ευγενή υλικά για την εξισορρόπηση της αγωγιμότητας, της αντοχής στη φθορά και της αντοχής στο τόξο.

 

 

Σε σύγκριση με τα συνηθισμένα ρελέ, η μεγαλύτερη δομική διαφορά στα ρελέ DC υψηλής-τάσης έγκειται στη σχεδίαση στεγανοποίησης και κατάσβεσης τόξου-. Οι επαφές υψηλής{3}τάσης συνήθως εγκλείονται σε μια σφραγισμένη κοιλότητα, απομονωμένη από τον εξωτερικό αέρα, βελτιώνοντας έτσι σημαντικά την τάση αντοχής και καταστέλλοντας τη διάδοση του τόξου.

 

Κατά την εναλλαγή επαφών, τα ρελέ υψηλής{0}τάσης συνήθως αποφεύγουν την αποσύνδεση υπό φορτίο, μειώνοντας την ενέργεια του τόξου μέσω των στρατηγικών ελέγχου επιπέδου-του συστήματος. Εσωτερικά, χρησιμοποιεί εκτενώς ασημένιες επαφές στους διακόπτες κυκλώματος, μια δομή πυρόσβεσης με μαγνητικό τόξο εκτόνωσης-και μονωτικά υλικά υψηλής-αντοχής για τη βελτίωση της συνολικής αξιοπιστίας θραύσης.

 

 

Τα νέα ενεργειακά οχήματα έχουν σημαντικά υψηλότερες απαιτήσεις απόδοσης σε ρελέ DC υψηλής-τάσης σε σχέση με τα παραδοσιακά οχήματα, κυρίως όσον αφορά την αντίσταση υψηλής τάσης, την αντίσταση υψηλού ρεύματος, την αντίσταση σε κρούση, την κατάσβεση ισχυρού τόξου και την αξιόπιστη ικανότητα θραύσης.

 

Όσον αφορά την αντίσταση υψηλής τάσης, το ρελέ πρέπει να αντέχει εκατοντάδες βολτ συνεχούς τάσης για παρατεταμένες περιόδους και να κλείνει και να ανοίγει αξιόπιστα υπό φορτίο. Όσον αφορά την ικανότητα φόρτωσης, το ονομαστικό ρεύμα των συστημάτων μετάδοσης κίνησης συνήθως υπερβαίνει τα 200A, με τα ρεύματα αιχμής να υπερβαίνουν τα 300A. Ο ηλεκτρονόμος πρέπει να διαθέτει επαρκείς δυνατότητες μεταφοράς ρεύματος-και απαγωγής θερμότητας εντός περιορισμένου όγκου.

 

Η αντίσταση κρούσης είναι ένας από τους βασικούς δείκτες ασφαλείας των ρελέ-υψηλής τάσης. Το χωρητικό ρεύμα υπέρτασης τη στιγμή του κλεισίματος είναι συχνά πολλές φορές ή και δεκάδες φορές το ονομαστικό ρεύμα. Εάν η αντίσταση κρούσης της επαφής είναι ανεπαρκής, μπορεί εύκολα να προκύψει αστοχία πρόσφυσης, θέτοντας σοβαρό κίνδυνο για την ασφάλεια. Ως εκ τούτου, τα ρελέ συχνά χρησιμοποιούν ασημένιες ηλεκτρικές επαφές, δομές μαγνητικής έκρηξης και συστήματα κραμάτων υψηλής σταθερότητας-για την ενίσχυση της αντοχής σε κρούση.

 

Όσον αφορά την απόδοση κατάσβεσης και θραύσης τόξων, τα ηλεκτρικά τόξα δεν σβήνουν εύκολα φυσικά σε περιβάλλοντα DC υψηλής τάσης{{0}. Τα ρελέ πρέπει να αποδυναμώνουν γρήγορα την ενέργεια του τόξου μέσω της δομικής και υλικής σχεδίασης για να αποτρέψουν την εξάντληση από επαφή. Ορισμένα ρελέ υψηλής απόδοσης-ενσωματώνουν επίσης περιστρεφόμενες ηλεκτρικές επαφές ή παράλληλες δομές πολλαπλών-επαφών για να παρατείνουν τη διάρκεια ζωής τους.

 

 

Η επιλογή ενός ρελέ υψηλής-τάσης είναι ένα συστηματικό έργο που απαιτεί σταδιακή σύγκλιση με βάση τη συνολική ηλεκτρική αρχιτεκτονική του οχήματος. Στην αρχική φάση σχεδιασμού, οι δυνατότητες τάσης και ρεύματος του κυκλώματος ελέγχου, καθώς και οι απαιτήσεις ονομαστικής τάσης, ρεύματος και τύπου επαφής του ελεγχόμενου κυκλώματος, πρέπει να καθοριστούν με σαφήνεια. Με βάση αυτό, επιλέγεται μια προκαταρκτική σειρά προϊόντων σύμφωνα με τις ονομασίες τάσης και ρεύματος και η τελική λύση προσδιορίζεται λαμβάνοντας υπόψη παράγοντες όπως οι μέθοδοι κατάσβεσης τόξου, η δομή της κοιλότητας και οι τύποι ακροδεκτών.

 

Στο συγκεκριμένο επίπεδο παραμέτρων, πρέπει να αξιολογηθούν έξι βασικοί δείκτες επαφής: ηλεκτρική διάρκεια ζωής, ονομαστικό ρεύμα, μικρός-χρονο ρεύμα-ικανότητα μεταφοράς, μέγιστο ρεύμα θραύσης, ικανότητα θραύσης υπερφόρτωσης και ικανότητα αντίστροφης θραύσης. Αυτοί οι δείκτες καθορίζουν άμεσα την απόδοση αξιοπιστίας του ρελέ σε όλο τον κύκλο ζωής του οχήματος.

 

Η εκτίμηση της ηλεκτρικής ζωής θα πρέπει να συνδυάζεται με τη-στρατηγική και τα σενάρια χρήσης πριν από τη φόρτιση του οχήματος, προκειμένου να διασφαλιστεί ότι η απόδοση της επαφής δεν θα υποστεί απαράδεκτη υποβάθμιση υπό επαναλαμβανόμενες συνθήκες κλεισίματος{1}}του ρουλεμάν. Το ονομαστικό ρεύμα πρέπει να καλύπτει τις μακροπρόθεσμες σταθερές συνθήκες λειτουργίας του οχήματος, ενώ το βραχυπρόθεσμο ρεύμα πρέπει να καλύπτει τις απαιτήσεις υψηλού-μεταβατικού φορτίου της επιτάχυνσης, της αναρρίχησης σε λόφο και άλλων συνθηκών.

 

Το μέγιστο ρεύμα διακοπής και η ικανότητα διακοπής υπερφόρτωσης είναι σημαντικοί δείκτες ασφαλείας για τα ρελέ, που σχετίζονται άμεσα με την ικανότητα προστασίας του συστήματος σε ακραίες συνθήκες, όπως βραχυκυκλώματα ή συγκρούσεις. Για ρελέ με πολωμένα σχέδια, πρέπει επίσης να αξιολογηθεί η ικανότητα αντίστροφης θραύσης τους, εξισορροπώντας το κόστος και τον πλεονασμό ασφαλείας.

 

 

Καθώς-τα συστήματα υψηλής τάσης σε οχήματα νέας ενέργειας συνεχίζουν να αναπτύσσονται προς υψηλότερη ισχύ και υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα, το τεχνικό όριο και η τιμή συστήματος των ρελέ-DC υψηλής τάσης αυξάνονται συνεχώς. Τα εσωτερικά βασικά τους στοιχεία, όπως π.χΠροσαρμοσμένες ηλεκτρικές επαφέςΟι επαφές ακριβείας ψυχρής διαμόρφωσης και οι τριμεταλλικές επαφές ρελέ, έχουν γίνει κρίσιμα θεμέλια για τον προσδιορισμό της συνολικής-απόδοσης ασφάλειας υψηλής τάσης του οχήματος.

 

Στο μέλλον, με την επιταχυνόμενη-εφαρμογή μεγάλης κλίμακας ηλεκτρικών οχημάτων και συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας, τα ρελέ υψηλής-τάσης θα συνεχίσουν να εξελίσσονται όσον αφορά την αξιοπιστία, τη διάρκεια ζωής και τον πλεονασμό ασφάλειας. Η επιλογή και ο σχεδιασμός εφαρμογών τους θα αποτελέσουν κρίσιμη πτυχή της συνολικής αρχιτεκτονικής υψηλής{3}τάσης του οχήματος που δεν μπορεί να αγνοηθεί.