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800V高压系统介绍 | 盖世大学堂电气化系列知识讲解(六)

2025-02-14 17:20 来源: 盖世汽车 作者: 陈琳铃

一、高电压对高压连接器选型影响

(一)高压连接器的结构与技术要求

高压连接器结构较为复杂,涉及多个连接部位,包括端子与导线之间、公母端子之间、端子与套圈之间以及公母连接器之间。这些连接部位的稳定性和安全性至关重要,直接关系到高压回路的完整性和连续性。为确保高压连接器在复杂工况下可靠运行,其需满足一系列严格的技术要求。

在工作温度方面,高压连接器需适应-40°C至125°C的温度范围,以应对不同环境条件。耐电压性能上,必须满足爬电距离和电气间隙要求,且能承受750V额定电压。绝缘电阻指标规定,正常条件下应大于500MΩ,湿热条件下大于5MΩ。接触电阻需控制在小于0.2MΩ,以降低接触损耗。插拔次数要求大于500次,确保长期使用的可靠性。此外,连接器的防护等级不小于IP68,具备良好的密封性能,防止灰尘和水的侵入;部分有屏蔽需求的高压连接器为360度屏蔽,EMC必须符合国标GB/T37133,线束总成屏蔽效能大于75dB。为防止铜接头被腐蚀,铜接头表面需镀锡,并通过LV214《车用连接器测试规范》相关盐雾试验要求,试验后导通率达100%。

(二)高压互锁与二次锁止技术

高压互锁技术利用低压信号管理高压回路,通过特定的逻辑时序,使带有高压互锁的连接器系统在带电时能够安全开断。在连接和断开过程中,功率端子与互锁端子会分先后顺序接通或断开,从而确保高压连接系统的安全可靠。这一技术有效避免了在高压回路未完全断开时进行操作可能引发的安全风险。

二次锁止结构由主锁止和辅助锁止两部分组成。在连接时,先进行主锁止,再进行辅助锁止;拆卸时,则先解锁辅助锁止,再解锁主锁止。这种嵌套设计能有效防止连接受到外界环境干扰而松脱。二次锁止结构还包括连接器之间的CPA以及端子与套圈之间的TPA,它们共同作用,进一步增强了连接的稳定性。

(三)簧式结构类型及特点

高压连接器的簧式结构主要有片簧式、线簧式和簧圈式三种。片簧式结构工艺相对简单,但存在接触稳定性一般、接触电阻较高的问题。线簧式结构具有插拔力柔和、寿命长、抗震动和耐冲击的优点,不过其工艺复杂,成本较高,体积较大,目前仅适用于圆形端子。簧圈式结构中的扇叶弹簧与母端子接触点超过40个,接触电阻较低,但加工工艺难度大,成本高,通常也适用于圆形端子。不同的簧式结构适用于不同的应用场景,在选型时需综合考虑各方面因素。

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(四)高压连接器生产组装流程

高压连接器的生产组装流程包括多个步骤。首先进行密封件、固定件和罩盖的安装,接着对多芯线进行单线剥皮处理,然后将端子压接到接插头上,再将端子插入主壳体。之后关闭TPA(二次锁止相关部件),安装导线固定附件,并确保其插入连接器内且安装到位。至此,完成整个高压连接器的生产过程。每个步骤都有严格的操作规范和质量要求,以保证高压连接器的性能和可靠性。

二、高电压对继电器选型的影响

(一)继电器的性能要求

在800V高压系统中,继电器面临着多种性能挑战。耐高压是首要要求,由于新能源汽车的工作平台电压远高于传统汽车,高压继电器必须具备耐高压特性,以确保在高压环境下可靠工作。耐负载能力也至关重要,电动汽车或电动大巴的电动机额定功率和峰值功率较高,电流较大,高压继电器需具备强大的耐负载能力,能在额定负载电流数倍的瞬时过载条件下正常运行。

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在闭合瞬间,高压继电器会受到电容性负载巨大电流的冲击,这种冲击电流通常是负载额定电流的数倍至数十倍,常规继电器无法承受,因此高压继电器需要具备良好的抗冲击性能。在触点闭合与分断过程中,会产生电弧,若电弧不能及时熄灭,将大大降低继电器触点的使用寿命。为此,高压继电器需采用快速灭弧手段,如磁吹灭弧、银合金触点等,以减少电弧能量,延长产品使用寿命。在紧急情况下,如电气系统短路时,高压继电器需在极限大电流下顺利切断电路,防止触点粘连或继电器爆炸等异常状况发生,这就要求其具备强大的分断能力。此外,高压继电器在恶劣环境下的性能同样重要,温度、湿度、气压和机械应力等环境因素都会对其产生影响,例如高温会加速继电器内部材料的老化,低温会使触点冷粘作用加剧,振动和冲击会影响继电器的可靠运行。

(二)继电器的参数选择

继电器的参数众多,包括线圈参数和触点参数。线圈参数主要有额定电压、最大工作电压、动作电压、释放电压、线圈电阻和额定功率。额定电压是线圈工作时的标准电压,最大工作电压是能保证线圈正常工作的最高电压,动作电压是继电器动触点全部闭合时的最低电压,释放电压是继电器触点全部断开时的最高电压,线圈电阻为继电器线圈的直流电阻,额定功率是在额定电压下的消耗功率值。

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触点参数包括触点形式、额定工作电压、额定工作电流、最大转换电流、触点吸合时间、触点释放时间、接触电阻和电流耐受。触点形式分为常开或常闭型;额定工作电压根据高压平台电压确定,常见为400V、800V;额定工作电流依据继电器所处位置及承载情况选择;最大转换电流是触点能够实现分段能力所能传输的最大电流;触点吸合时间是线圈接收电信号到衔铁完全吸合所需时间,触点释放时间是从线圈失电到衔铁完全释放所需时间;接触电阻为继电器触点的直流电阻;电流耐受指触点能够正常工作,超过额定工作电流时短时电路及持续的时间。

在选择继电器时,需根据整车参数和各零部件参数进行计算和选型。先确认整车的低压平台电压、高压平台电压范围,以及各用电器的额定功率、最大功率、预充电阻阻值、快充允许最大充电电流等参数。通过计算高压回路的额定总功率和过载总功率,进而确定继电器的额定工作电流和预充回路电流。根据计算结果选择现有继电器,若性能不满足要求,则需调整参数重新选择。

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(三)继电器工作工况与选型要点

继电器在电路中所处位置不同,工作工况也不尽相同。常见的工作工况包括冲击、过载、额定、短路、反向和切断等。不同类型的继电器,如主正继电器、主负继电器、预充继电器、快充正继电器、快充负继电器和高压部件继电器等,在不同工况下的电流耐受需求各异。

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在选型时,需根据继电器的工作工况选择合适的参数。例如,线圈额定工作电压通常根据低压平台电压确定,乘用车一般为12V;触点形式根据实际需求确定组数与触点类别;触点额定工作电压依据高压平台电压选择;触点额定工作电流需确保大于相应的计算电流值(如主继电器额定工作电流大于IZ,预充继电器额定工作电流大于lyc,快充继电器额定工作电流大于Ic);电流耐受能力应满足各用电器在最高功率工作时产生的电流及其持续时间要求,且继电器的电流耐受能力应强于熔断器电流耐受能力。对于有反向电流工况的继电器,原则上应避免使用有极性的灭弧结构,若使用则需保证在反向电流存在时灭弧能力不受影响。

三、高电压对保险丝选型的影响

(一)保险丝的性能要求

在800V高压系统中,保险丝的性能至关重要。额定电压方面,保险丝的额定工作电压必须高于电路上的实际工作电压。若额定电压低于高压,可能导致保险丝在正常工作电流时就中断,无法起到保护作用。在高电压环境下,若保险丝额定电压不足,还可能出现拉弧或高热严重的情况,甚至产生喷射喷溅问题,威胁系统安全。

熔断速率和分断能力是保险丝的关键性能指标。在高压电路中,保险丝需要具备更快的熔断速率和更大的分断能力,以防止电流过大对电路造成损害。不同类型的保险丝,如特慢速保险丝TT、慢速保险丝T、中速保险丝M和快速保险丝F,适用于不同的电流场合。在高压系统中,由于电流特性的差异,可能需要特殊的保险丝类型。

温度和温升对保险丝性能影响较大。在高电压情况下,保险丝的温升会导致其熔点和阻抗发生变化,进而影响保险丝动作的准确性。因此,在高压电路中,必须严格控制保险丝的温升,确保其在正常工作范围内运行。

此外,在高压电路中使用的保险丝需符合相关安全规定,如中国的3C、欧盟的CE和VD的E、美国的UL等。这些安全规定旨在确保保险丝在高压环境下的安全性和可靠性。

(二)保险丝选型要点

高压环境对保险丝的选择和性能要求更高。在选型时,应选择额定电压高、熔断速度快、分断能力强、温控温升控制好的保险丝,并且要确保其符合相关安全规定。例如,在800V高压系统中,需根据电路的实际工作电压、可能出现的最大电流、允许的熔断时间等因素,综合选择合适类型和规格的保险丝,以保障高压电路的安全稳定运行。

四、高电压对预充电阻选型的影响

(一)预充电阻的作用与类型

预充电阻在800V高压系统中起着关键作用。在整车高压上电初期,预充电阻用于对电容进行缓慢充电,避免电容在允许充电状态下产生瞬时大电流,从而击穿继电器等高压回路上的电器件。此外,预充电阻还具有簇间环流均衡和限流保护的功能,对高压系统的安全稳定运行至关重要。

常见的预充电阻类型包括水泥电阻(陶瓷电阻)和铝壳黄金绕线电阻等。不同类型的预充电阻在性能、成本、散热等方面存在差异,在选型时需根据具体应用场景和需求进行选择。

(二)预充电阻的阻值和功率选择

预充电阻的峰值功率计算需考虑电容两端的电压变化和脉冲功率。例如,当电容充电到90%的电池包电压时,预充电阻的峰值功率约为737W。在实际选型中,需根据电容充电情况精确计算峰值功率,以选择合适功率的预充电阻,防止电阻因功率不足而损坏。

(三)预充电时间和上电时序

预充电时间应控制在300ms到500ms内完成,以避免产生高热量。在母线电容未预充时,严禁打开总线负载,否则预充电阻会流过持续电流,导致发热加重,甚至烧毁。合理控制预充电时间和严格遵循上电时序,是保障预充电过程安全可靠的关键。

(四)预充电阻选型的考虑因素

在预充电阻选型前,需全面了解使用工况及参数要求,包括高压电池电源输出电压、继电器的额定电流、母线电容容值、启动时可能的最高环境温度、电阻的温升要求、电容预充所需达到的电压、达到充电电压时所需的时间、单次脉冲还是连续脉冲、连续脉冲时电阻能抵抗的次数和脉冲间隔时间、电池被滥用时电阻保持正常工作状态的持续时间、电阻的安装结构和接线方式以及绝缘电压的要求等。

根据这些参数,计算启动时的脉冲能量。对于单个脉冲,能量计算公式为E=1/2CV²(E为脉冲能量,C为电容,Vpeak为峰值电压);对于连续脉冲,当脉冲间隔时间很短(小于1s)时,用线性累积计算总脉冲能量,即总能量=单个脉冲能量×连续脉冲数量。通过准确计算脉冲能量,结合其他参数要求,选择合适的电阻方案,确保预充电阻在高压系统中稳定可靠运行。

800V高压系统的发展为新能源汽车带来了诸多优势,但也对高压连接器、继电器、保险丝、预充电阻等关键部件的选型和性能提出了严峻挑战。深入理解这些部件在高压系统中的特性和应用要求,通过科学合理的选型和设计,能够充分发挥800V高压系统的优势,推动新能源汽车行业的持续发展,为实现绿色出行提供有力支持。

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