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控制。近年來新能源汽車及充電設施發(fā)展迅猛，其關(guān)鍵電氣元件之一的直流接觸器的市場容量也隨之擴容。針對此新興行業(yè)的特殊需求，各汽車設計、充電樁等直流電氣裝備設計工程師們?nèi)绾螢槠湓O計理想選擇恰當?shù)闹绷鹘佑|器產(chǎn)品？該關(guān)注哪些主要關(guān)鍵點？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、電動汽車充電設備 [GB/T 18487.1 之4.4]的規(guī)定：

電動汽車供電設備按照輸出電壓分類：

交流：單相220V，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汽車中的直流接觸器具有高電壓、大電流的的基本特點，所以需要具備很高的可靠性，較高的絕緣電壓。區(qū)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、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(cè)或用于車載充電機的輸出側(cè)。當接觸器閉合時，起充電樁和汽車的連通作用；斷開時，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、充電樁（機）中的應用

2.在電動汽車中的應用

在電動汽車的電池系統(tǒng)和逆變器之間配置直流接觸器。當系統(tǒng)停止運行后起隔離作用，系統(tǒng)運行時起連接作用，當車輛關(guān)閉或發(fā)生故障時，能安全的將儲能系統(tǒng)從車輛電氣系統(tǒng)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

直流接觸器在電動汽車中的應用 

    圖2.直流接觸器在電動汽車中的應用

重要技術(shù)指標：

a) 在系統(tǒng)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(tǒng)運行時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(qū)別于一般工業(yè)用接觸器產(chǎn)品，使用環(huán)境條件對電動汽車用接觸器的適應性要求更加苛刻，必須同時滿足寬溫度范圍、高防護等級、高抗振動性等基本條件。

1）高低溫度設計：需滿足電動汽車和充電樁（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)品完全防止粉塵進入，滿足短時浸水要求，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。滿足汽車使用于各種路況顛簸振動的特殊需求。

2.安全可靠性設計

安全可靠性是衡量電動汽車直流接觸器的第一也是最關(guān)鍵的要素，主要體現(xiàn)在滅弧能力、絕緣電壓等方面。

直流電弧具有無過零點，燃弧后電弧難以熄滅的特點。而將產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計為雙斷點直動式運動形式。并在密封型滅弧腔內(nèi)填充壓縮氣體的滅弧技術(shù)手段可實現(xiàn)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(nèi)的壓力差使氣體運動加速，冷卻作用加劇，電弧快速熄滅。

四、專用材料及關(guān)鍵工藝

任何一個產(chǎn)品的研發(fā)設計必須依靠恰當?shù)脑牧线x擇、先進的工藝措施、穩(wěn)定的零部件工裝、完善的制造流程后才能將其完整轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品。原材料、制造工藝、生產(chǎn)線都是設計轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵要素。

1）電動汽車直流接觸器的關(guān)鍵零部件材料屬性需求

材料名稱

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，化學性能穩(wěn)定，耐腐蝕

接線柱

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(wěn)定，滅弧能力好

磁吹永磁體

性能穩(wěn)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(shù)小，焊接性能好

環(huán)氧類密封材料

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，線脹系數(shù)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(wěn)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，使線圈和觸頭免受氧化和污染，保證其接觸電阻的穩(wěn)定性。

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

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

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)氧膠密封類接觸器的關(guān)鍵工藝之一，灌膠后膠和產(chǎn)品本體的結(jié)合程度、膠體的致密程度都是需要保證的關(guān)鍵點。

在灌膠工藝中，產(chǎn)品內(nèi)部的空氣、膠體內(nèi)部的氣泡、灌注過程產(chǎn)生的氣泡等都會影響膠水的滲透效果及膠體的密度，進而影響產(chǎn)品密封性能。利用真空灌膠系統(tǒng)，將膠料罐內(nèi)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(nèi)部的空氣抽干凈，達到一定的負壓，再進行產(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(nèi)部，由灌注沖擊及膠水與產(chǎn)品接觸所產(chǎn)生的氣泡也會被抽走，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)品放入烘干箱中進行固化，烘膠時保持恒定均勻的溫度場，合理的固化時間及升溫冷卻速率。使其固化內(nèi)應力和溫度內(nèi)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)明專利),突破專門為電流方向引線的結(jié)構(gòu)設計局限。

2. 根據(jù)安裝空間受限情況，選擇合理的接線方式產(chǎn)品，如圖示。

GSZ8-200 銅排接線方式

GSZ8-200 銅排接線方式

GSZ8-200 螺釘接線方式 

GSZ8-200 螺釘接線方式

六、市場產(chǎn)品概況：

目前電動汽車接觸器主流產(chǎn)品主要分為兩大類：陶瓷型腔密封結(jié)構(gòu)和環(huán)氧膠密封結(jié)構(gòu)。

外觀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(jié)構(gòu) 

GSZ8系列陶瓷型腔密封結(jié)構(gòu)

GSZ9系列環(huán)氧膠密封結(jié)構(gòu) 

GSZ9系列環(huán)氧膠密封結(jié)構(gòu)

額定電流有10A、20A、25A、40A、60A、50A、80A、100A、120A、150A、200A、250A、300A、400A等多個等級。控制電壓9~36VDC。額定絕緣電壓1000VDC，可分斷電壓900VDC。

結(jié)束語：

電動汽車接觸器產(chǎn)品的一致性影響著產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性，而產(chǎn)品的一致性貫穿于所有的產(chǎn)品形成過程：設計、材料一致性、零部件工裝的穩(wěn)定性、裝配工藝的穩(wěn)定性、裝配工裝的穩(wěn)定性等。博觀而約取，厚積而薄發(fā)，本土民族品牌電動汽車接觸器產(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發(fā)展所需的產(chǎn)品解決方案，必將成為新能源汽車設計、充電樁（機）等直流電氣裝備設計工程師的喜愛，為實現(xiàn)工程師的設計理想提供強有力的支持。 （來源：電動汽車資源網(wǎng) 天水二一三電器有限公司 張蕾 席志剛）