Wysokonapięciowy kontaktron samochodu elektrycznego i hybrydowego

W tym artykule omówimy kompaktowe, ale ważne urządzenie odpowiedzialne za bezpieczeństwo obwodu wysokiego napięcia w samochodach. Zrozumienie tego komponentu pomoże w jak najbardziej efektywnym wykorzystaniu pojazdu elektrycznego lub hybrydowego, jednocześnie unikając ryzyka nagłego zatrzymania i innych krytycznych awarii.

Warto od razu zauważyć, że bezpieczeństwo komponentów wysokonapięciowych w samochodach z napędem elektrycznym zapewniają liczne elementy: bezpiecznik wysokonapięciowy, szczelna obudowa, specjalne zabezpieczenia i pętla blokady wysokiego napięcia (HVIL). Ale to już temat na inny raz.

STS Electro to wyspecjalizowane centrum serwisowe samochodów elektrycznych i hybrydowych w Polsce. Nie tylko rozwiązujemy złożone problemy z systemami wysokiego napięcia i oprogramowaniem, ale także promujemy kulturę elektromobilności poprzez publikacje edukacyjne, takie jak ta.

Funkcja stycznika wysokiego napięcia

Stycznik wysokiego napięcia jest zasadniczo przekaźnikiem. Łączy linię zasilania 400 V przez cewkę elektromagnetyczną sterowaną przez system 12 V z akumulatora 12 V. W akumulatorze wysokonapięciowym na każdej linii (dodatniej i ujemnej) znajduje się stycznik zasilania. Oba styczniki załączają się po włączeniu zapłonu w samochodzie, ale nie jednocześnie - najpierw dodatni, potem ujemny.

Stycznik wysokiego napięcia ma dwa uzwojenia: wciągające i podtrzymujące.

Gdy stycznik jest w stanie spoczynku, bez zasilania lub otwarty, nie przepływa przez niego prąd. Ale gdy tylko napięcie 12V zostanie przyłożone do cewki stycznika, natychmiast się zamyka. Metalowy rdzeń, pod wpływem pola elektromagnetycznego, dociska płytkę stykową do palców styku. W momencie, gdy prąd zaczyna przepływać przez stycznik, uzwojenie wciągające jest odłączane, pozostawiając tylko uzwojenie podtrzymujące.

Uzwojenie wciągające ma znacznie wyższą siłę elektromotoryczną (EMF) niż uzwojenie podtrzymujące. W związku z tym, jeśli będziemy stale zasilać uzwojenie wciągające, stycznik znacznie się nagrzeje. W rezultacie ulegnie on awarii.

Uzwojenie podtrzymujące nie wymaga wysokiej siły elektromotorycznej; musi jedynie utrzymywać metalowy rdzeń w stanie, w którym się znajduje, zapewniając niezawodne połączenie elektryczne między płytką stykową a palcami stykowymi.

Rodzaje styczników prądu stałego w samochodach elektrycznych i hybrydowych

Styczniki mocy występują w dwóch typach:

• Styczniki uszczelnione (próżniowe): Są one również nazywane stycznikami próżniowymi, ponieważ środowisko próżniowe (kapsuła próżniowa) jest tworzone na styku płytki stykowej i palców stykowych. Próżnia zmniejsza ryzyko wystąpienia łuku plazmowego, gdy połączenie między płytką stycznika a palcem zasilającym zostanie przerwane. Innymi słowy, jest to dodatkowa gwarancja bezpieczeństwa.
• Nieuszczelnione styczniki: Styczniki te są przeznaczone do niższych prądów. Wewnątrz nie ma środowiska próżniowego. Takie styczniki są łatwiejsze w produkcji i mają stosunkowo niski koszt.

Na przykład, samochody hybrydowe z małymi akumulatorami wysokiego napięcia zazwyczaj używają nieuszczelnionych przekaźników wysokiego napięcia.

Dla porównania, Tesla Model S P100D jest wyposażony w styczniki próżniowe, które mogą krótkotrwale przepuszczać prąd o natężeniu 1500 amperów. Samochody hybrydowe mają małe akumulatory wysokiego napięcia i zwykle używają nieuszczelnionych przekaźników wysokiego napięcia.

Grupy styczników oparte na metodzie montażu płytki na osi rdzenia:

• Ruchome połączenie płytki stykowej: Pozwala to na pewien ruch płytki stykowej.
• Sztywne mocowanie między płytką a osią rdzenia: Zapewnia solidne połączenie między płytką a osią rdzenia.

Żywotność stycznika wysokiego napięcia

Każdy stycznik mocy ma swoją żywotność, mierzoną liczbą cykli przełączania. Średnio wynosi ona 25 000 razy. Aby zapewnić, że stycznik osiągnie określoną żywotność, zapłon nie powinien być włączany i wyłączany pod obciążeniem.

Na przykład, gdy samochód jest w ruchu, a prąd płynie z akumulatora do falownika, jeśli zasilanie 12V nie jest dostarczane do stycznika wysokiego napięcia w tym momencie, przerywa połączenie. W rezultacie ruchoma płytka stykowa stycznika mocy, pod działaniem sprężyny powrotnej, próbuje odłączyć się od punktu styku palcami, a punkt styku "pali się", znacznie skracając jego żywotność.

Co może się stać, jeśli stycznik zasilania w samochodzie elektrycznym lub hybrydowym jest uszkodzony

Istnieje kilka możliwych scenariuszy:

1. Samochód sygnalizuje błąd w obwodzie wysokiego napięcia ostrzeżeniem na desce rozdzielczej: "Sprawdź system hybrydowy, " "Zatrzymaj się bezpiecznie teraz, " żółty lub czerwony wykrzyknik. Po dwóch lub trzech komunikatach samochód zatrzymuje się całkowicie.
2. Zapłon nie wyłącza się: Kierowca próbuje wyłączyć zapłon, ale to nie działa.
3. Ryzyko porażenia prądem: Jeśli stycznik zasilania jest uszkodzony, a styki między płytką a palcami są zabezpieczone, obwód wysokiego napięcia będzie pod stałym napięciem. Niewykwalifikowany technik lub właściciel samochodu może być narażony na ryzyko porażenia prądem, jeśli spróbuje samodzielnie rozwiązać problem z akumulatorem.

Przyczyny awarii stycznika wysokiego napięcia

Kilka kluczowych punktów może prowadzić do nieprawidłowego działania stycznika wysokiego napięcia:

• Słaby akumulator 12V: Zużyty akumulator 12V może nie dostarczać wystarczającego napięcia do uzwojenia wciągającego, aby stycznik mógł się zamknąć bez wystąpienia łuku plazmowego. Długotrwałe korzystanie ze słabego akumulatora może spowodować spalenie stycznika zasilania.
• Styl jazdy pojazdu elektrycznego lub hybrydowego: Na przykład nagłe przyspieszanie z postoju. Powoduje to krótkotrwały, ale wysoki pobór energii elektrycznej, potencjalnie zwiększając pojemność stycznika do granic możliwości.

Inne awarie wewnętrzne: Na przykład, jeśli niektóre ogniwa w akumulatorze pojazdu elektrycznego lub hybrydowego są niezrównoważone (o niskiej pojemności), system zarządzania akumulatorem (BMS) ocenia tę sytuację i podejmuje działania awaryjne w celu odłączenia zasilania 12 V od przekaźnika wysokiego napięcia. Stycznik następnie siłą przerywa połączenie akumulatora, aby zapobiec uszkodzeniu całego źródła zasilania.

Zapobieganie awarii stycznika

Monitoruj stan akumulatora 12V: Regularnie sprawdzaj stan akumulatora 12 V. Zalecana jest planowa wymiana akumulatora co trzy lata, niezależnie od przebiegu, aby uniknąć problemów ze stycznikiem.

Zachowanie podczas krótkich postojów pojazdu elektrycznego lub hybrydowego: Podczas krótkich postojów należy pozostawić włączony zapłon i przełączyć samochód w tryb parkowania. W takim przypadku konwerter DC/DC działa, podtrzymując 12-woltowy akumulator.

Wymiana stycznika zasilania w pojeździe elektrycznym lub hybrydowym

Ile styczników należy wymienić

Typowo, oba styczniki (na szynie dodatniej i ujemnej) w akumulatorze muszą być wymienione jednocześnie. Chociaż wymiana jednego stycznika może wydawać się teoretycznie poprawna, w praktyce jest to rozwiązanie tymczasowe. Gdy jeden stycznik spali się, jakość połączenia drugiego pogarsza się z czasem, ostatecznie wymagając jego wymiany. Prowadzi to do dodatkowych kosztów związanych z demontażem, otwarciem i instalacją akumulatora.

Określanie stanu stycznika

Każdy stycznik ma swój stan i nie można go rozróżnić zewnętrznie, niezależnie od tego, czy jest to element używany, czy nowy. Stan urządzenia można sprawdzić, mierząc rezystancję po przyłożeniu do niego napięcia 12 woltów.

Jeśli stycznik jest w dobrym stanie, rezystancja będzie taka sama w dziesięciu na dziesięć przypadków. Jeśli jednak rezystancja jest niższa lub wyższa niż określone limity co najmniej raz na dziesięć pomiarów, urządzenie jest uważane za zużyte i konieczna jest wymiana.

.

Środki bezpieczeństwa

Wymiana stycznika z bezpiecznikiem (zamkniętego) jest operacją niebezpieczną ze względu na obwód wysokiego napięcia. Istnieje wysokie ryzyko porażenia prądem elektrycznym. Dlatego serwisowanie styczników mocy powinno być powierzane wyłącznie wyspecjalizowanym centrom serwisowym, w których technicy i elektrycy są certyfikowani do pracy z wysokim napięciem.

Nigdy nie próbuj samodzielnie badać struktury akumulatora wysokiego napięcia!

Technicy i inżynierowie w STS przeszli specjalne szkolenie w zakresie pracy ze sprzętem wysokiego napięcia. Zespół jest wyposażony w sprzęt dielektryczny, specjalistyczne instrumenty i inne środki ochronne.

Istnieje ścisły algorytm demontażu styczników mocy:

• Używaj butów i rękawic dielektrycznych.
• Wszystkie manipulacje należy wykonywać jedną ręką.
• Unikać dotykania obudowy akumulatora.
• Podczas demontażu akumulatora należy odłączyć akumulator 12 V.
• Odłącz bezpiecznik wysokiego napięcia.
• Odłącz złącze wysokiego napięcia.
• Ochroń obudowę akumulatora przed wszelkimi zewnętrznymi zakłóceniami.

Studia przypadków STS Electro

Problem: Właściciel Nissana Leaf zgłosił się do STS Electro z problemem polegającym na tym, że nie można było wyłączyć zapłonu w jego pojeździe elektrycznym, a prąd nieprzerwanie dopływał do falownika, obwód elektryczny nie uległ przerwaniu.

Rozwiązanie: Podczas diagnostyki komputerowej zidentyfikowano usterkę stycznika wysokiego napięcia. Oba styczniki zostały wymienione, zgodnie z życzeniem klienta.

Toyota RAV4 EV

Problem: Samochód nie uruchomił się. Właściciel przywiózł go do STS na lawecie.

Rozwiązanie: Podczas diagnostyki zidentyfikowano usterkę styczników zasilania. Sprawdzono wewnętrzną rezystancję styczników i trzy razy na dziesięć wartości odbiegały od określonych parametrów. Oba styczniki zostały wymienione, a samochód wrócił na drogę.

Ford Focus Electric

Problem: Samochód elektryczny nie uruchamiał się. Wcześniej system samochodu kilkakrotnie ostrzegał właściciela o problemie z obwodem wysokiego napięcia, po czym samochód odmówił jazdy.

Uwaga: w samochodach elektrycznych tej marki awaria stycznika zasilania jest częstą sytuacją z powodu dwóch czynników. Po pierwsze: słaby 45-amperogodzinny akumulator 12V. Drugi: dwa akumulatory wysokiego napięcia = cztery styczniki. Początkowo akumulator o niskim napięciu jest narażony na przeciążenie.

Rozwiązanie: Wymieniono akumulator 12 V i styczniki, usuwając usterkę.

Jeśli nie masz na to czasu, ale chcesz sprawdzić stan styczników wysokiego napięcia, zadzwoń do STS, pierwszego wyspecjalizowanego centrum serwisowego dla pojazdów hybrydowych i elektrycznych.