接觸器

設計和選擇

接觸器的要求，最主要還是從GBT18384.1和GBT31498的兩處來找，當碰撞發生的時候，VCU/BMS負責從安全氣囊那里接受碰撞信號，來切斷整個高壓系統，把高壓系統母線的電壓/能量降到安全范圍之內。這其實是個強制的安全功能，一旦繼電器本身出現熔融，這車必須更換才行，否則這個安全是滿足不了的。

LEAF的接觸器組的設計還是比較經典的

從繼電器的結構來說，這個繼電器本身還是具備著較高的技術含量的。

從設計角度來考慮

繼電器本身出現失效：這里包含繼電器內部的內容，可以分線圈和觸點兩大部分

繼電器驅動電路出現失效：需要設計相應的FailSafe的電路，比傳統的12V的繼電器，在整個設計(抑制電路，驅動電路)上需要更細致。

繼電器連接出現失效：考慮需要將驅動電路和線圈相對近，否則在這個層面進行考量，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

電動汽車接觸器一般為全密封結構，內腔充注隋性氣體。

這里現在有兩種腔體，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)接觸器觸點為常開狀態，線圈上電后產生磁場并磁化鐵芯，鐵芯磁化后與上方的鐵片產生吸力，吸力克服彈簧力后，鐵芯(連接片與鐵芯為一體)向上運動，連接片把兩高壓觸點連通。

b)接觸器線圈下電時，鐵芯磁性消失，彈簧使鐵芯(連接片)復位，兩觸點斷開。

我們可以把驅動線圈的部分和觸點部分進行一些區分。實際上由于這里的論述，高壓接觸器本身里面電流比較大，觸點電流對整個線圈段的力學分析會比低壓接觸器復雜很多，不過先不考慮這個事，先把問題簡化一些。

驅動電路的情況是這樣的，關斷繼電器屬于高要求：

1.在充電這一層級，Pack斷開能力是一項硬要求

2.在緊急狀態下斷開是，硬要求

3.周期性的診斷和確認特性也是要求，當然這些已經給整合到所屬控制器的軟硬件要求里面了

這個需要好好管起來

這個驅動的電路主要包括：

1.邏輯控制電路：一般配置多個輸入接口，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：可由高邊開關實現PWM的控制

3.低邊開關：保證HSD電路出現問題的時候，可以關斷;當帶載切斷的時候，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

線圈的保護可以復用之前的低壓繼電器的考慮，只是這個啟動電流和電感量比較大。

對于這個問題，如果按照原理性的考慮，最主要考慮能量的釋放，這些保護管子是否能承受，包括不同的狀態下，不同保護模式下，這個電感量的釋放能量

通過參數分析計算方法來做等效

接觸器

電路設計考慮

1)驅動線圈和保持線圈異步供電方式

接觸器產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生較大的電磁吸力吸動銜鐵至閉合位置;保持線圈則在銜鐵吸合穩定之后切入，線圈內流過電流較小。這種方式應用比較多，也是與兩段彈簧的行程設計配合考慮的。這里通常是將保持繞組投入和起動繞組串聯方式，會導致在不同溫度點下吸合電壓的顯著上升，如下圖所示，雙線圈某些點上已經直接貼住了9V這個工作點。

2)PWM電路(單線圈條件下)

采用開環或者閉環的PWM電路對整個過程進行驅動的切換，如下圖所示：

第一步：接觸器啟動電路閉合

第二步：接觸器內部電磁結構開始機械運動，內部產生反電動勢，抵消一部分電磁通量，驅動電流降低。

第三步：接觸器觸點機械位置上到位，驅動電流進一步增加

第四步：PWM讀取電流情況，限制吸合電流，進入恒流模式

第五步：確定一定的時間之后進入占空比改變的保持模式，這個時候保證低的吸合電流

穩定狀態：進入穩態的低保持電流狀態

接觸器

失效分析

本文主要結合當前的一些認識寫一下有關接觸器的情況，接觸器的失效可以分為兩大部分，線圈端(無法吸合)和觸點端(接觸電阻大、粘連)。設計的考慮需要從電氣壽命和密封兩個角度去思考。

A)電氣壽命

從電氣壽命上，接觸器的廠家一般會告訴你，電氣壽命有些絕對的界限，否則會發生熔焊。所以我們需要根據整個電氣系統的要求來匹配短時間加速的電流需求和長期電流需求。這里主要匹配

而在整個設計里面，需要考慮瞬態大電流和設計不合理造成的問題，比如兩種典型的失效模式：

觸點動熔焊指閉合或分斷過程中，預擊穿和回跳電弧短時間內釋放巨大的熱量，使接觸面局部快速加熱、軟化、熔化、氣化，然后迅速冷卻、凝固導致觸點材料連接一體，并在分斷過程中阻礙觸點脫離接觸的現象

觸點靜熔焊是指在固定接觸連接或接觸力足夠大的閉合狀態觸頭中，由于接觸電阻發熱使得導電斑點及其附近金屬熔化發生焊接

在這種情況下，由于整個動力母線上存在的容性負載，設計不合理的保護策略會直接導致靜熔焊。核心的我們在于設計一套預充策略來減少這些靜態電流對觸點的沖擊情況。

在完整的拆解以后，我們可以得到一組數據，來歸類問題和癥狀。其實這兩種情況有時候是疊加存在，存在一個劣化過程的。

在考慮動熔焊處理的時候，是需要考慮整個系統對分斷的時候的監測，來記錄整個BDU系統在工作過程中保護的次數，來記錄開關能力情況比對實際的開關能力、次數，建立一個接觸器SOH的檔案來。

嚴格意義上接觸器的熔斷失效，最終演變成一旦發生不能切斷，最嚴重的情況下可能會延燒到周圍。

B)溫度和密封

關于內部氣體穿透壽命本繼電器在內部使用氣體封入型的密封觸點(容器觸點)，但是內部氣體隨著容器觸點內部溫度(環境溫度+通電引起的溫度上升)的變化而具有內部氣體穿透壽命。使用環境溫度請勿超過-40℃～80℃。這里牽涉到一個核心變量，就是整個BDU的環境溫升，還有內部走線的選擇。其實這里需要建立BDU的熱模型，線徑的選擇就比較重要了。

一旦內部氣體失效，整個原有的滅弧設計就沒有了，觸點的電氣方面的壽命就很快結束了

按照我們之前的WCCA計算方法，計算的閾值是包括線圈的部分就更不用說了，現在在回顧之前做的欄目，其實對于后期的控制是非常有幫助的。觸點部分的已經很復雜了，就需要控制驅動的確定性來支撐。