Selección de relés de alto voltaje-y análisis de aplicaciones

A medida que la industria de los vehículos de nueva energía continúa evolucionando hacia un voltaje y una potencia más altos, los relés de CC de alto-voltaje se han convertido en uno de los componentes de control principales en los sistemas de alto-voltaje de los vehículos eléctricos. La selección adecuada de relés de alto-voltaje afecta directamente la seguridad, la confiabilidad y el funcionamiento estable a largo plazo-de todo el sistema de alto-voltaje de todo el vehículo. Especialmente en circuitos críticos como la batería de alimentación, el controlador del motor y el sistema de carga/descarga, los relés de alto-voltaje asumen las importantes responsabilidades de control de encendido/apagado, protección del sistema y aislamiento de fallas; sus límites de rendimiento se han convertido en una limitación importante en el diseño de la arquitectura de alto voltaje del vehículo.

 

En un sistema típico de alto voltaje-de un vehículo eléctrico, generalmente se requieren de 5 a 8 relés de CC de alto-voltaje, que cubren diversas funciones funcionales, como relés principales, relés de pre-carga, relés de carga de emergencia, relés de carga convencionales y relés auxiliares del sistema de alto-voltaje. Los diferentes relés tienen diferencias significativas en la frecuencia de operación, estrés eléctrico y nivel de seguridad dentro del sistema, lo que determina los diferentes enfoques en su selección y diseño estructural. Los contactos eléctricos internos, los contactos eléctricos y los contactos de alta-corriente del relé son la base clave para determinar su límite superior de rendimiento.

 

 

Un relé es un elemento de control automático que conecta, desconecta o cambia circuitos en función de cambios en las señales de entrada. Es ampliamente utilizado en sistemas de control automático, control remoto y aislamiento de señales. Su característica fundamental es controlar circuitos de alta-corriente, alta-potencia con poca corriente o baja potencia, logrando un aislamiento efectivo entre el control y la carga.

 

En los sistemas de alto-voltaje de vehículos de nueva energía, la tarea principal de los relés es conectar o desconectar de forma segura la energía de alto-voltaje, evitando daños irreversibles a los componentes principales, como la batería y el controlador del motor, en condiciones anormales. Los contactos de cobre y los materiales de contacto de metales preciosos dentro del relé soportan la tensión eléctrica de las conmutaciones frecuentes, lo que forma una base física crucial para el funcionamiento seguro del sistema de alto-voltaje.

 

 

Durante el proceso de arranque en frío de los vehículos eléctricos, el controlador del motor suele contener un condensador de bus de CC de gran tamaño. Si el relé principal se cierra directamente sin-carga previa, la batería de alto-voltaje se descargará instantáneamente en el condensador vacío, creando una enorme corriente de irrupción que puede provocar fácilmente erosión de contacto, adhesión o incluso falla estructural.

 

Por lo tanto, los sistemas de alto-voltaje generalmente emplean un esquema de pre-carga: un relé de pre-carga y una resistencia-limitadora de corriente forman un-circuito de arranque suave, lo que permite que el voltaje del capacitor aumente gradualmente. Cuando el voltaje del bus se acerca a una cierta proporción del voltaje de la batería, el relé principal se cierra y se conecta al circuito principal, reduciendo significativamente la corriente de entrada en el momento del cierre. Este proceso impone mayores exigencias a la resistencia a sobretensiones de los contactos del contactor interno del relé y a los contactos eléctricos plateados.

 

 

Desde una perspectiva funcional y de capacidad de carga-, los relés automotrices se pueden dividir en relés de señal y relés de potencia, y casi todos los vehículos de nueva energía utilizan relés de potencia. Desde una perspectiva de implementación estructural, se pueden dividir en relés electromagnéticos y relés de estado sólido-; Desde una perspectiva de voltaje de funcionamiento, se pueden dividir en relés de bajo-voltaje y relés de alto-voltaje.

 

En los sistemas de CC de alto-voltaje, los relés electromagnéticos de alto-voltaje siguen siendo la solución principal debido a su alta madurez, su gran capacidad de corte y su capacidad para cumplir con los requisitos de seguridad en condiciones operativas complejas. Las estructuras internas del relé, como los contactos de plata, los contactos de plata en los disyuntores y los disyuntores de contacto-bimetálicos, son bases de diseño importantes para su adaptabilidad a entornos de CC de alto-voltaje.

 

 

Los relés electromagnéticos de alto-voltaje constan principalmente de una bobina, un núcleo de hierro, un mecanismo de armadura, un sistema de contacto y un resorte de retorno. Cuando la bobina se energiza, genera un campo magnético que atrae la armadura y hace que el contacto móvil se cierre con el contacto estacionario, completando así la conexión del circuito. Cuando la bobina se desenergiza, el campo magnético desaparece y la armadura se reinicia bajo la acción del resorte, rompiendo el circuito.

 

Según el estado inicial de los contactos en el estado de-desenergizado, los relés se pueden clasificar como contactos normalmente abiertos y contactos normalmente cerrados.

 

Los relés de alto-voltaje suelen emplear una estructura normalmente abierta para garantizar que el circuito de alto-voltaje se desconecte automáticamente en caso de fallo o fallo de alimentación, lo que mejora el nivel de seguridad intrínseco del sistema. Los materiales de contacto están hechos en su mayoría de materiales nobles para equilibrar la conductividad, la resistencia al desgaste y la resistencia al arco.

 

 

En comparación con los relés comunes, la mayor diferencia estructural entre los relés de CC de alto-voltaje reside en su diseño de sellado y extinción de arco-. Los contactos de alto-voltaje generalmente están encapsulados en una cavidad sellada, aislada del aire exterior, lo que mejora significativamente el voltaje soportado y suprime la propagación del arco.

 

Durante la conmutación de contactos, los relés-de alto voltaje normalmente evitan la desconexión bajo carga, lo que reduce la energía del arco a través de estrategias de control de nivel-del sistema. Internamente, utiliza ampliamente contactos de plata en disyuntores, una estructura de extinción de arco magnético-y materiales aislantes de alta-resistencia para mejorar la confiabilidad general de la interrupción.

 

 

Los vehículos de nueva energía exigen un rendimiento significativamente mayor a los relés de CC de alto-voltaje que los vehículos tradicionales, principalmente en términos de resistencia de alto voltaje, alta resistencia a la corriente, resistencia al impacto, fuerte extinción de arco y capacidad de frenado confiable.

 

En cuanto a la resistencia de alto voltaje, el relé debe soportar cientos de voltios de voltaje CC durante períodos prolongados y cerrar y abrir de manera confiable bajo carga. En cuanto a la capacidad de carga, la corriente nominal de los sistemas de accionamiento suele superar los 200 A, con corrientes máximas superiores a los 300 A. El relé debe poseer suficientes capacidades de disipación de calor y transporte de corriente- dentro de un volumen limitado.

 

La resistencia al impacto es uno de los principales indicadores de seguridad de los relés de alto-voltaje. La sobrecorriente capacitiva en el momento del cierre suele ser varias veces o incluso decenas de veces la corriente nominal. Si la resistencia al impacto del contacto es insuficiente, es fácil que se produzca un fallo de adhesión, lo que supone un grave riesgo para la seguridad. Por lo tanto, los relés suelen emplear contactos eléctricos de plata, estructuras de explosión magnética y sistemas de aleaciones de alta-estabilidad para mejorar la resistencia al impacto.

 

En términos de rendimiento de extinción y corte del arco, los arcos eléctricos no se extinguen fácilmente de forma natural en entornos de CC de alto-voltaje. Los relés necesitan debilitar rápidamente la energía del arco mediante el diseño estructural y de materiales para evitar que los contactos se quemen. Algunos relés de alto-rendimiento también incorporan contactos eléctricos giratorios o estructuras paralelas de múltiples-contactos para extender su vida útil.

 

 

La selección de un relé de alto-voltaje es un proyecto sistemático que requiere una convergencia gradual basada en la arquitectura eléctrica general del vehículo. En la fase de diseño inicial, se deben definir claramente las capacidades de voltaje y corriente del circuito de control, así como los requisitos de voltaje, corriente y tipo de contacto nominales del circuito controlado. En base a esto, se selecciona una gama de productos preliminar de acuerdo con las clasificaciones de voltaje y corriente, y la solución final se determina considerando factores como los métodos de extinción de arco, la estructura de la cavidad y los tipos de terminales.

 

A nivel de parámetro específico, es necesario evaluar seis indicadores de contacto clave: vida eléctrica, corriente nominal, capacidad de carga-de corriente-de corta duración, corriente de corte máxima, capacidad de corte por sobrecarga y capacidad de corte inverso. Estos indicadores determinan directamente el desempeño de confiabilidad del relé durante todo el ciclo de vida del vehículo.

 

La evaluación de la vida eléctrica debe combinarse con la estrategia de pre-carga del vehículo y los escenarios de uso para garantizar que el rendimiento de los contactos no experimente una degradación inaceptable bajo condiciones repetidas de cierre-de los cojinetes de carga. La corriente nominal debe cubrir las condiciones de funcionamiento estables a largo plazo-del vehículo, mientras que la corriente a corto-plazo debe satisfacer las demandas transitorias de carga alta-de aceleración, subida de pendientes y otras condiciones.

 

La corriente de corte máxima y la capacidad de corte por sobrecarga son indicadores de seguridad importantes para los relés, directamente relacionados con la capacidad de protección del sistema en condiciones extremas como cortocircuitos o colisiones. Para relés con diseños polarizados, también se debe evaluar su capacidad de interrupción inversa, equilibrando el costo y la redundancia de seguridad.

 

 

A medida que los sistemas de alto-voltaje en vehículos de nueva energía continúan desarrollándose hacia una mayor potencia y mayor densidad de energía, el umbral técnico y el valor del sistema de los relés de CC de alto-voltaje aumentan constantemente. Sus componentes clave internos, comoContactos eléctricos personalizados, los contactos de precisión conformados en frío y los contactos de relé trimetálicos se han convertido en bases cruciales para determinar el rendimiento general de seguridad de alto voltaje-del vehículo.

 

En el futuro, con la aplicación acelerada a gran-escala de vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía, los relés de alto-voltaje seguirán evolucionando en términos de confiabilidad, vida útil y redundancia de seguridad. Su selección y diseño de aplicaciones se convertirán en un aspecto crítico de la arquitectura general de alto voltaje del vehículo-que no se puede ignorar.