2018年新能源汽车智新峰会-三友联众集团股份有限公司研发课长唐俊平-高压直流接触器灭弧技术与应用

三友联众集团股份有限公司研发课长 唐俊平

11月15日，2018新能源新汽车智新峰会在北京召开，论坛重点围绕着打造关键零部件核心竞争力这一主题展开今天研讨。三友联众集团股份有限公司研发课长唐俊平作为嘉宾参会，发表“高压直流接触器灭弧技术与应用”的主旨演讲。

大家下午好，我是来自于三友联众集团股份有限公司的唐俊平，很多人听到三友联众认为我们是一个日本企业，其实我们是一个内资民营企业，是一个很地地道道的国产品牌。继电器行业，在国内属于前三强的地位，有六个生产基地，在建成自动生产线的话有近百余条，年生产总量达到6亿，2017年销售额大概是13个亿。

我们是1997年成立的，成立至今21年。我们只是专注做一件事情，就是做继电器，这是我们一直在做成立公司到现在，一直做的一件事情。我们公司现在分为四种产品的类型：通用功率电器，主要应用于白色家电行业，另外是供顺集电极，用于一些交换机，还有一种是单稳态的机制点，是用在电子电离行业，讲的是高压直流继电器是用在新能源车上高压部件。

我们做的高压直流成立这个项目部门，我们解决问题主要围绕着这个接触器的电弧是一个比较大的技术难点，四个部分向大家介绍一下我们技术路线。

继电器这个电寿命是远远小于这个继电器的机械寿命，因为继电器使用的过程中会伴随着一些电弧的产生，继电器体积很小，里面的这个触电很小，这个继电器失效就失去了它应有的作用，它是打开或者是关闭的功能已经失去了效果，继电器在使用的过程中最常见的主要四项模式就是触电粘接。

第一种情况就是电弧，这个触点断开，由于这个能量没有办法释放，这个触点两端会形成一个电压的击穿。另外一种情况是接触稳态的状态下，这是一个触电粘接的图像，这个触点已经粘住没有办法产生这个效果。这个触电表面形成了一个很强烈的烧式的情况。

在高压直流接触器上主要解决是这个高压直流电弧怎么样解决它不产生这个电弧，或者减少这个电弧对我们产生的危害。对这个电弧进行的分析，电弧是一个想功率的一个放电，它的电弧的温度可以达到上万度的温度，我们这个继电器的一些材料，工程塑料以及陶瓷这些材料是难以承受这么大的电弧放电的能量，我们解决方案就是怎么样降低它的电弧能量。电弧是一个自持放电的现象。400伏过压直流下产生的电弧，如果说电弧产生之后的电压下降到20、30福，它不会熄灭，一直持续保持着燃烧，这是我们电弧的特性。电弧是等离子体，它的质量非常轻，很容易改变它的形状，通过这样的特性怎么样解决它。电弧是在什么时候会发生的呢？我们研究发现，触电在开段的时候很容易产生，触电在闭合的时候，也是很容易产生，还有一个真空和真空间系的击穿下很容易产生电弧。

我们测量各种触头材料一个最小的电压以及电流。钼、钨这个不同的电弧材料以及电弧烧时是不一样，是因为这个材料的原因，因为这个材料本身的特性。我们现在使用的材料包含两种：

1、传统的触头是可以产生很小的压降。

2、一些铜合金的材料，主要为了解决直流电弧下这个放电的效率。

直流继电器的伏安特性，这是测量它伏安特性的一个电路。将这个电感以及电组织传戒在一个电源上，一二是两个极片，通过一个极片，测定一个微笑的距离测定它的这个极片之间的这个电弧压降以及电弧电流。

每一种结构，每一个距离产生的测试值，伏安特线曲线是一个固有的特性，不去改变他的结构是没有办法改变这个曲线。可以看到，我们的曲线跟我们的电路，就是电源的电路式是会产生一个交际，这个交际就是一个持续放电的区域，在这个区域的情况下，这个电弧是持续产生。我们解决问题是怎么样提高这个产品固有的特性，这个伏安特性是怎么样提高上去。

有一种比较愚蠢的方法：把电流降低，但是电流降低的话，是降低了整个电路中的电流，这个是在实际的方案中是不可取的，因为这个电流是固定值没有办法降低掉。另外，比如说我刚刚这个电路上，我把我的两个极片之间的距离加大了的话，这产生了一条新的伏安特性曲线，这条伏安特性曲线跟我们原先的电源的曲线值得没有焦点的，这样的话这个电弧不会有持续的燃烧。

这是我们三友接触器的主要结构。是包含了进触点，有一个可动的动触点，然后联动一个推杆，推杆下放是一个电磁线圈，通过电磁线圈供电然后产生电磁吸力，将我们这个动触电以及静触点产生闭合。

三友怎么样把高压电在这样一个狭小继电器内怎么样熄灭掉？

我们增加两个之间的距离，是可以提高这个伏安特性曲线让它没有交际。我们这个设计的时候，我们会提供一个很大的触电间隙，使这个电弧不那么容易产生。

使用磁场吹弧，这个方案基础原理就是因为电子的电弧是一个很轻的质量体，所以说这个磁场对他是再一个里面，这个电子会这个作用下会到这个外部的冷却介质上，在这个轻微打开的状态下，这个之间是会产生电弧，这个电弧开始发生。触电完全打开之后，这个电弧本来集中在这个狭小的这个里面，那么我们在这个外部磁场的情况下，这个电弧有一个拉长的作用，会拉到我们这个冷却介质上有一个熄灭的效果。这个下面可以看到一个强烈的，怎么样熄灭一个原理。

还有一个量产是用陶瓷作为它的一个冷却的电弧介质，我们采用陶瓷在我们触电加了强磁场之后，这个触电电弧是用冷却材质上产生的冷却作用，将我们的电弧熄灭掉。这个真空环境下这个电弧发生长度是不一样的，真空环境这个电弧长度急剧见效，所以我们这里的核心技术点是将这个陶瓷和金属封接在一起，达到了一个IP67一个密封的腔室，这个腔室是四方的立方米每秒，通过我们这个仿真计算的话，这个高温的情况下可以达到九年的报年的泄露率。

我们充氢气，因为这个氢气是一个很轻的气体介质。在强磁场的作用下，这个电弧触动的时候这个氢气是可以起到一个积聚散热的效果，提高了我们整个腔室散热率，减少这个电弧能量。触电这一部分，产生电弧这一部分加上金属的栅片，会形成一些短弧，会积聚降低，这个产生能量就会很小，这是我们的第五种技术方案。

继电器分为两个部分：触点端的的部分，是承受我们主要使用的部分。还有一个部分是线圈端加了一个电磁积液的部分。

我们首先考虑是我们的触点部分。这个继电器设计有一个核定的电流以及电压，像我们现在已经在量产阶段的是300安倍的这个电压器。我们在明确使用给客户这个触电的负载是什么样的一个类型？这个大小是多少安培？还有一个驱动马达，这个负载对我们选形是有非常大的影响，这个触点性是常开的继电器还是一个常臂或者是一个可切换的。

评估我们计算器使用寿命还是比较关注的点，我们实际上在这个使用中看每天充电的频次是多少次，需要承诺的一些寿命是达到多少次，一般根据这样的情况去寻找我们合适的继电器给到客户。下面就是一些触点的材料以及压降。

我们有两种材料，一种是纯铜以及铜和金，铜和金利用于高电流下的解决方案，在200安以上这个颠覆能量积聚上升，200安以上我们装载了一个专门开发的铜合金材质的触点。线圈端，继电器一般是12伏和24伏的低压电，有一些线圈因为串联的一个巨大M的一个视频电路，有一些分急性，有一些不分急性，这个线圈的电组制等等对客户有没有影响？这个动作电压，因为这个点评很容易在启动或者是开一些其他负载的时候出现掉链的情况，会不会跌出我们控制电压范围之内，这样我们继电器在这个供电不同的情况下，这个继电器是不会动的。

下面这是对继电器的要求，我们现在使用一些陶瓷封装的继电器，是在高压上，是耐温腐蚀一个高雅材料，这个介质耐压力多少，测量什么位置上，这些都是我们需要关注的点。它的抗振性能在这个汽车上，我们在做实验的时候，我们是做无缝机的一个单项振动测试我们的产品。

还有使用环境上怎么样要求，装载什么气氛下，像有一些有害的气体，会有氯气的情况的话，对我们这个继电器的使用是有很大的影响，会腐蚀我们的极间耐压，会很容易产生短路以及其他的状况发生。这是我们已知的情况，有一家客户是做风箱，那个风箱因为是在裸露在外面这个里面没有做任何防水的保护，所以说继电器使用的时候，那个里面进了水没有做任何保护形成两个短路，发生了一些起火的现象。

我们有自己的实验室，我们自己测试项目可以囊括26多个，在我们继电器行业算是比较领先的实验室的条件。

今天的介绍就到这里，谢谢大家。

以上内容据峰会现场速记整理，未经嘉宾本人审阅。