一种智能直流高压接触器

一种智能直流高压接触器

金建领

蚌埠市双环电子集团股份有限公司， 安徽省蚌埠市 233000

摘要；本项目涉及直流高压元器件领域，广泛应用于电动汽车、充电桩、电池组、高压医疗设备等,主要完成设备的充放电以及接通关断等控制任务。

关键词：高压接触器；粘连检测；智能；单片机；采样；

前言

在当今世界范围内能源和环保的压力下，新能源发展可以说是日新月异,伴随而来的自然是如何快速的进行储能，这样对高压直流接触器的应用需求直线上升。涉及到高压快速充电，就不能避免安全问题，直流高压接触器在实际使用当中，会出现过燃烧现象，导致产品失效甚至引发事故。分析原因，主要是接触器的主触点发热过大、粘连等因素导致的。现有的直流高压接触器包括有带辅助触点和无辅助触点，无辅助触点的直流高压接触器发生故障时自身缺乏有效的监控报警机制，而带辅助触点的直流高压接触器自身具有监控报警功能但仍会出现偶发粘连现象，分析原因是辅助触点与执行机构不同步，发生故障时未曾报警。

现为响应GB/T18487.1新增“主回路粘连检测、报警方法”，设计一种具备主回路触点粘连检测功能的智能型直流高压接触器。

一 技术路径

本设计克服现有技术的不足，具备CAN总线，节能控制、触点粘连检测等功能。故障率低，寿命长，可完成直流高压产品的自诊断。产品特征包括：环氧密封、电磁驱动、主回路部分、灭弧仓组件、智能控制等。

该产品的环氧密封采用一种高度填充、高黏度环氧树脂。高温下达到玻璃化转变，以实现环氧气密封。

该产品的电磁驱动采用螺管式，具备结构简单、可靠性高、功率密度高等优越特性，作为接触器的重要组成部分，承担着把电磁能转化为机械能的重任。

该产品的主回路部分采用桥式悬浮自找正接触方式；

该产品的灭弧仓采用磁吹式灭弧；

该产品的智能控制包含CAN总线、节能控制、主回路触点粘连检测等功能；

主回路触点粘连检测分为触点闭合前检测、触点断开后检测。采用光电隔离提高抗电涌干扰，完成触点粘连采样；无粘连，正常工作，有粘连，上传报警信号，提示产品故障。

二 技术方案

如图1，本设计作为一种智能直流高压接触器，其主要构成包括接触器外壳1、电磁驱动2、线圈组件3、灭弧仓组件4、执行机构5、主回路6、智能控制7；

接触器外壳1，采用高模变性、高阻燃材料，安全性高；底端设有金属镶件，方便固定安装；

电磁驱动2，包括磁壳体、轴套、动磁芯、上端盖。采用直动式驱动方式，简单、可靠；

线圈组件3，包括线圈骨架、线圈绕组、插片。线圈绕组首末两端嵌入线圈骨架指定卡槽内，再利用插片的夹角开口有效刺破线圈绕组首末端的漆皮。使得插片与绕组首末两端电气相通；

灭弧仓组件4，包括灭弧仓、辅助微动开关、永磁磁钢等；

执行机构5，包括轴、反力弹簧、阻尼弹簧、动触点等组成；

主回路6，包括静触点、动触点；

智能控制7，包括CAN总线，节能控制、主触点粘连检测功能等，具备自诊断。

图1 产品结构示意图

充电桩、电动汽车、电池组、高压医疗等设备的系统模块里，都会设置在预充电时短时间的上电延时检测。本接触器利用这段时间，对主回路粘连进行触点闭合前检测。

如图2、3所示，接触器的270V主回路处于未带载状态，接触器触点常开。智能控制模块通过单片机U2的7脚对继电器K2使能，继电器工作，5V电压加载到主回路触点检测电路上。如果主回路触点粘连，那么电流经主回路触点、R10流过；光耦U4不工作，单片机U2的6脚处于高电位；单片机U2进入报警状态，并通过CAN通讯模块上传报警文本到上位机。如果主回路触点未粘连，电流经光耦U4、R9、R10流过；光耦U4工作，单片机U2的6脚处于低电位；单片机U2进入正常工作模式，等待上位机指令。之后，经节能控制模块U3控制接触器的开关状态。接触器触点闭合，对电池组、电动汽车等设施进行高压大电流充电。

主回路粘连检测的另外一种状态检测是触点断开后检测；此时接触器主回路的高电压已经解除，接触器触点应是常开状态。智能控制模块通过前述的方法，对主回路触点是否粘连进行检测。

图2 控制原理示意图

图3 程序流程图

总结

为了人类未来的美好生活，新能源取代传统资源型能源是必然的选择，而作为新能源汽车想要取代传统燃油车，首当其冲的是如何实现安全、快速充电。本文介绍的一种智能高压直流接触器，能够在高电压、大电流的条件下进行切换，且具备主回路触点粘连检测的自诊断功能，能够广泛应用于新能源领域，实现安全、高效的充放电。

参考文献

[1]基于CAN总线的电动汽车动力电池能量管理系统研究[D].李拾成.华南理工大学 2016

[2]光电隔离期的工作原理和应用[J].宋吉江，牛轶霞，于春战.微电子技术. 2001.10

[3]基于单片机的开关电源设计[J].郭玉秀，黄跃祖. 通信电源技术.2018(8)

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