車用高壓繼電器應用與研究

【摘" 要】文章通過對車用高壓繼電器的技術要求進行研究，分析高壓繼電器的技術工況，為車用高壓繼電器的應用選取提供依據。

【關鍵詞】高壓繼電器;觸點;滅弧;新能源汽車

中圖分類號：U463.6" " 文獻標識碼：A" " 文章編號：1003-8639（ 2024 ）12-0061-02

Application and Research of High Voltage Relays for Vehicles

【Abstract】This paper studies technical requirements of new energy vehicles，and analyzes the technical operating conditions of high voltage relays. It provides a basis for selecting the application of high voltage relays for vehicles.

【Key words】high voltage relay;contact;arc extinguishing;new energy vehicles

車用高壓繼電器經由控制電路接收信號，當線圈通電時會產生磁場。在磁場作用下，觸頭閉合，進而連通高壓直流電流。當線圈斷電后，磁場消失，高壓電路也隨之斷開。通過控制高壓繼電器觸點的閉合與斷開，能夠實現對高壓回路的控制、保護以及信息傳遞等功能。文章首先對車用高壓繼電器的發展狀況、市場需求以及技術參數進行介紹，重點針對高壓繼電器的技術應用展開分析，評估其應用工況和可靠性，以確保高壓繼電器在正常工作條件下不會出現電壓擊穿或者漏電的情況，從而保障電氣設備的正常運行。

1" 高壓繼電器技術要求

1.1" 壽命

車用高壓繼電器的壽命包括機械壽命和電氣壽命[1]，這決定了高壓繼電器的耐久性。影響繼電器機械壽命和電氣壽命的因素各不相同，如圖1所示。通常情況下，高壓繼電器在干燥且無腐蝕的環境中使用壽命相對較長，而在潮濕、高溫且有腐蝕的狀態下，其壽命會大幅縮短。影響高壓繼電器壽命的因素見表1。

在設計過程中，電氣壽命對高壓繼電器研究非常重要，設計需優先考慮到繼電器保護功能[2]。在動力電池控制模塊中，為防止大電流對高壓設備造成損傷，一般會進行預充電設計。即在主繼電器閉合瞬間，將沖擊電流控制在回路允許的額定電流以內，又因主繼電器在閉合時存在壓差，閉合瞬間仍然有較大電流會流經繼電器，會對其造成一定的損傷[3]。因此，在車用高壓繼電器應用設計時，應盡可能延長電氣壽命，以滿足市場實際需求。

1.2" 電流

車用高壓繼電器的電流參數包括：短時間通電電流、額定電流和最大分斷電流。按照新能源汽車規定標準，純電動汽車百公里加速時間≤6s，這意味著加速過程中需輸出遠大于額定功率的扭矩，電機工作電流會大于額定電流。所以，對高壓繼電器的短時間通電電流要求較高。車用高壓繼電器的電流參數詳見表2。這樣既滿足了高壓繼電器的應用需求，又不會損壞繼電器。

高壓繼電器的額定電流是繼電器可以正常工作的電流范圍。高壓繼電器的額定電流通常為60A、100A、150A等。電動汽車在正常平穩高速行駛時是整車持續時間最長的工況，繼電器要在此工況下長時間載流工作。為保障繼電器安全且不影響電氣壽命，繼電器的額定電流必須不低于此工況下電動汽車產生的電流。

最大分斷電流是繼電器能正常切斷的最大電流。在電動汽車出現短路故障時，不能僅僅依靠主熔斷器，還需要高壓繼電器具備切斷功能，以減少汽車因短路而發生事故的風險。

1.3" 切斷能力

高壓繼電器需具備切斷功能，其中包括過載切斷能力和反向切斷能力。當汽車在加速前進時會產生過載電流，若突然出現碰撞事故，就必須強制切斷動力電池的供電，這便要求繼電器具備過載切斷能力。在高壓繼電器設計時，需要考慮強制過載切斷動力的次數以及過載電流的大小。

反向切斷指有極性繼電器在切斷電源時，電弧具有方向性，反向電弧滅弧難度更大，對繼電器的損傷也更嚴重。因此，在高壓繼電器應用選型時，需要評估電動汽車的需求，包括反向切斷的次數以及電流大小。

2" 車用高壓繼電器應用研究

2.1" 密封技術

為了隔離外界的水汽、氧氣，防止觸點被氧化，確保繼電器在惡劣環境下依然能夠正常工作;同時提高繼電器的滅弧性能，防止電弧外漏，需要對高壓繼電器的密封技術進行深入研究。目前，在新能源汽車市場中，使用較多的是陶瓷高壓直流繼電器，其耐溫性較高;而環氧高壓直流繼電器耐溫性較低，但升溫性良好。在實際應用選型時，可以根據各自的優缺點進行選配。不同密封材料的優缺點見表3。

2.2" 滅弧技術

當接通或斷開負載時，觸點之間會產生電弧，且電壓越高，電弧越強。若不能及時滅弧，將會破壞高壓繼電器。在繼電器中增加永磁鋼，可將電弧吹散和拉長，如此一來，小繼電器便能熄滅高壓大電流電弧。安裝滅弧裝置，能夠保護電氣設備的安全運行，延長產品的使用壽命，這是高壓繼電器應用設計中非常關鍵的技術。

2.3" 耐壓測試

耐壓測試，也稱絕緣能力測試。由于高壓繼電器在高壓高電流的工況下工作，須具備高等級的絕緣能力，同時還要能夠抵抗閉合瞬間電容性負載產生的巨大電流沖擊。因此，通過測試繼電器的耐壓能力，可以判斷其絕緣性能以及在高壓環境下的穩定性和安全性。

采用新能源汽車配套使用的高壓大電流繼電器EV200AAANA和EVR200CE，與動力電池包內部所使用的繼電器完全相同。測試時，使用兆歐表、高壓測試儀等測試儀器，根據測試需求，檢測高壓繼電器在額定電壓下的絕緣電阻，并觀察繼電器是否出現漏電現象。對測試數據進行記錄和分析，判斷其絕緣性能。不同型號的高壓繼電器相關參數見表4。

使用兆歐表檢測高壓繼電器導電部件與外殼之間的絕緣電阻進行檢測，結果顯示EV200AAANA的絕緣電阻為80.7MΩ，EVR200CE的絕緣電阻為113.5MΩ。由此可見，導電部件與繼電器外殼絕緣良好。根據耐壓要求，將試驗電壓設置為500V，勻速升壓，觀察到高壓繼電器內部無火花產生。當電壓升至900V時，持續60s，無異常現象出現，由此可判定該高壓繼電器耐壓測試合格。

3" 結束語

隨著全球新能源汽車的日益普及，市場對車用高壓繼電器的要求不斷攀升。作為主動切斷動力電池的關鍵開關，高壓繼電器的安全性與適配性對于整車性能而言意義重大。本文系統梳理了新能源汽車高壓繼電器的發展歷程，并對其技術要求展開深入分析，重點聚焦高壓繼電器的應用技術。通過研究確定在實際應用選型時，可依據密封性和滅弧條件來選配適宜的高壓繼電器。針對不同型號的繼電器產品進行耐壓測試，明確其絕緣性能良好，能夠滿足市場需求。實時監測高壓繼電器的絕緣性能，對高壓線路以及人身安全均具有重要意義。只有選擇對電動汽車針對性更高、更適配的高壓繼電器，才能更好地發揮控制高壓電路安全通斷的作用，滿足行車安全要求。

參考文獻：

[1] 張長濤，李威，曲振寧，等. 純電動乘用車高壓繼電器應用與實踐[J]. 汽車文摘，2022（7）：50-55.

[2] 吳燕. 基于ANSYS的汽車繼電器熱分析[D]. 天津：河北工業大學，2016.

[3] 劉金配，鄧海文，黃祖朋. 電動汽車高壓繼電器應用選型研究[J]. 汽車實用技術，2019（1）：22-24.