新能源電網(wǎng)需要直流接觸器，新能源設備和裝備都需要直流接觸器來(lái)控制。近年來(lái)新能源汽車(chē)及充電設施發(fā)展迅猛，其關(guān)鍵電氣元件之一的直流接觸器的市場(chǎng)容量也隨之擴容。針對此新興行業(yè)的特殊需求，各汽車(chē)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(chǎn)品？該關(guān)注哪些主要關(guān)鍵點(diǎn)？本文謹從產(chǎn)品應用及產(chǎn)品適應性方面拋磚引玉淺談一二。

一、電動(dòng)汽車(chē)充電設備 [GB/T 18487.1 之4.4]的規定：

電動(dòng)汽車(chē)供電設備按照輸出電壓分類(lèi)：

交流：?jiǎn)蜗?20V，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(chē)輛制造商和供電設備制造商協(xié)商決定。

從以上標準中可以看出，使用于商用和乘用電動(dòng)汽車(chē)中的直流接觸器具有高電壓、大電流的的基本特點(diǎn)，所以需要具備很高的可靠性，較高的絕緣電壓。區別于普通工業(yè)用接觸器產(chǎn)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(zhuān)業(yè)制造工藝，對設計技術(shù)，制造技術(shù)要求很高。

二、直流接觸器在新能源汽車(chē)、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(chē)載充電機的輸出側。當接觸器閉合時(shí)，起充電樁和汽車(chē)的連通作用；斷開(kāi)時(shí)，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(chē)、充電樁（機）中的應用

2.在電動(dòng)汽車(chē)中的應用

在電動(dòng)汽車(chē)的電池系統和逆變器之間配置直流接觸器。當系統停止運行后起隔離作用，系統運行時(shí)起連接作用，當車(chē)輛關(guān)閉或發(fā)生故障時(shí)，能安全的將儲能系統從車(chē)輛電氣系統中分離，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(dòng)汽車(chē)中的應用 

    圖2.直流接觸器在電動(dòng)汽車(chē)中的應用

重要技術(shù)指標：

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

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

c) 故障時(shí)起分斷電路的作用。（重要技術(shù)指標：最高運行電壓U）

三、 產(chǎn)品的適應性設計

1.環(huán)境適應性設計：

區別于一般工業(yè)用接觸器產(chǎn)品，使用環(huán)境條件對電動(dòng)汽車(chē)用接觸器的適應性要求更加苛刻，必須同時(shí)滿(mǎn)足寬溫度范圍、高防護等級、高抗振動(dòng)性等基本條件。

1）高低溫度設計：需滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)和充電樁（機）在極端天氣下正常使用的溫度要求。產(chǎn)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(mǎn)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(chǎn)品完全防止粉塵進(jìn)入，滿(mǎn)足短時(shí)浸水要求，防護等級達到IP67。

3）抗振性能設計：產(chǎn)品需具備很強的抗振性和耐沖擊性。滿(mǎn)足汽車(chē)使用于各種路況顛簸振動(dòng)的特殊需求。

2.安全可靠性設計

安全可靠性是衡量電動(dòng)汽車(chē)直流接觸器的第一也是最關(guān)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(wú)過(guò)零點(diǎn)，燃弧后電弧難以熄滅的特點(diǎn)。而將產(chǎn)品結構設計為雙斷點(diǎn)直動(dòng)式運動(dòng)形式。并在密封型滅弧腔內填充壓縮氣體的滅弧技術(shù)手段可實(shí)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(dòng)加速，冷卻作用加劇，電弧快速熄滅。

四、專(zhuān)用材料及關(guān)鍵工藝

任何一個(gè)產(chǎn)品的研發(fā)設計必須依靠恰當的原材料選擇、先進(jìn)的工藝措施、穩定的零部件工裝、完善的制造流程后才能將其完整轉化為產(chǎn)品。原材料、制造工藝、生產(chǎn)線(xiàn)都是設計轉化的關(guān)鍵要素。

1）電動(dòng)汽車(chē)直流接觸器的關(guān)鍵零部件材料屬性需求

材料名稱(chēng)

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(xué)性能穩定，耐腐蝕

接線(xiàn)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(zhì)

性能穩定，滅弧能力好

磁吹永磁體

性能穩定不易氧化、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(lèi)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(xiàn)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(guān)鍵工藝設計及設備保障

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

1.焊接工藝及設備：

激光焊接工藝是產(chǎn)品質(zhì)量可靠性的關(guān)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(xiàn)圈和觸頭免受氧化和污染，保證其接觸電阻的穩定性。

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

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

必備關(guān)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(lèi)接觸器的關(guān)鍵工藝之一，灌膠后膠和產(chǎn)品本體的結合程度、膠體的致密程度都是需要保證的關(guān)鍵點(diǎn)。

在灌膠工藝中，產(chǎn)品內部的空氣、膠體內部的氣泡、灌注過(guò)程產(chǎn)生的氣泡等都會(huì )影響膠水的滲透效果及膠體的密度，進(jìn)而影響產(chǎn)品密封性能。利用真空灌膠系統，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(chǎn)品內部的空氣抽干凈，達到一定的負壓，再進(jìn)行產(chǎn)品灌膠，在負壓的作用力下，膠水能夠快速、均勻的滲入到產(chǎn)品內部，由灌注沖擊及膠水與產(chǎn)品接觸所產(chǎn)生的氣泡也會(huì )被抽走，從而保證了膠水在產(chǎn)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(chǎn)品放入烘干箱中進(jìn)行固化，烘膠時(shí)保持恒定均勻的溫度場(chǎng)，合理的固化時(shí)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(guān)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(guān)鍵的一項性能指標，帶載失效試驗為產(chǎn)品出廠(chǎng)前的最后一道保障關(guān)卡。

必備關(guān)鍵設備：直流電源、電阻負載、智能控制及保護裝置

五、產(chǎn)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(wú)極性型直流接觸器產(chǎn)品(此項設計已由天水二一三電器有限公司申請發(fā)明專(zhuān)利),突破專(zhuān)門(mén)為電流方向引線(xiàn)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(xiàn)方式產(chǎn)品，如圖示。

GSZ8-200 銅排接線(xiàn)方式

GSZ8-200 銅排接線(xiàn)方式

GSZ8-200 螺釘接線(xiàn)方式 

GSZ8-200 螺釘接線(xiàn)方式

六、市場(chǎng)產(chǎn)品概況：

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

外觀(guān)型式以天水二一三電器有限公司產(chǎn)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(gè)等級?？刂齐妷?~36VDC。額定絕緣電壓1000VDC，可分斷電壓900VDC。

結束語(yǔ)：

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