Высоковольтный контактор: что нужно знать владельцу электромобиля или гибрида

В этой статье мы расскажем о компактном, но важном устройстве, отвечающем за безопасность высоковольтной цепи в автомобилях. Понимание этого компонента поможет вам максимально эффективно использовать свой электрический или гибридный автомобиль, избегая риска внезапных остановок и других критических поломок.

Стоит сразу отметить, что безопасность высоковольтных компонентов в электромобилях обеспечивается целым рядом элементов: высоковольтным предохранителем, герметичным корпусом, специальными защитами и высоковольтной петлей блокировки (HVIL). Но это уже тема для другого раза.

STS Electro - это специализированный сервисный центр для электромобилей и гибридных автомобилей в Польше. Мы не только решаем сложные проблемы с высоковольтными системами и программным обеспечением, но и пропагандируем культуру электромобильности с помощью образовательных публикаций, таких как эта.

Функция высоковольтного контактора

Высоковольтный контактор это на самом деле реле. Оно подключает 400-вольтовую силовую линию через электромагнитную катушку, которая управляется 12-вольтовой системой от аккумулятора 12. В высоковольтной батарее на каждой линии (плюс и минус) стоит свой силовой контактор. Оба контактора срабатывают, когда мы включаем в автомобиле зажигание. Но не одновременно, поочередно: сначала плюс, потом минус.

В высоковольтном контакторе есть две обмотки: одна втягивает, другая удерживает.

Когда контактор в спокойном состоянии, без питания или разомкнут, ток через него не потечет. Но, как только на обмотку контактора подается 12В - он сразу замыкается. Металлический сердечник под воздействием электромагнитного поля прижимает контактную пластину к контактным «п’ятакам». И в момент, когда ток начинает протекать через контактор, втягивающая обмотка отключается, работает лишь удерживающая.

В втягивающей обмотке сила ЭДС (электродвижущая сила) намного выше, чем в удерживающей. Соответственно, если мы будем постоянно держать под током втягивающую обмотку, контактор будет сильно греться. В результате он выйдет из строя.

Удерживающей обмотке не нужна большая ЭДС, для нее достаточно поддерживать металлический сердечник в том состоянии, в котором он находится, обеспечивая надежное электрическое соединение между прижимной пластиной и контактными пятаками.

Разновидности контакторов постоянного тока в электромобилях и гибридах

Силовые контакторы бывают двух типов:

• Герметичные, их еще называют вакуумными, так как в месте соединения прижимной пластины и контактных «п’ятаков» создана вакуумная среда (вакуумная капсула). Благодаря вакууму снижается риск появления плазменной дуги в момент разрыва соединения между пластиной контактора и силовым п’ятаком. Другими словами, это дополнительная гарантия безопасности.
• Негерметичные контакторы предназначены для меньшего тока. Внутри нет вакуумной среды. Такие контакторы проще в производстве и имеют сравнительно невысокую стоимость.

Например, Tesla Model S P100D оснащена вакуумными контакторами, которые кратковременно способны пропускать через себя ток 1500 Ампер. Гибридные автомобили имеют небольшие высоковольтные батареи и, как правило, укомплектованы негерметичными высоковольтными реле.

Для справки: на внутреннем рынке Южной Кореи есть гибриды с заводской газовой установкой LPG (газ пропан). Для безопасности на таких гибридах установлены вакуумные контакторы.

Контакторы делятся на две группы, в зависимости от способа закрепления пластины на оси металлического сердечника:

• Рухлое соединение прижимной пластины.
• Жесткая фиксация между пластиной и осью сердечника.

Срок эксплуатации высоковольтного контактора

Какой-либо силовой контактор имеет свой срок эксплуатации. Исчисляется он в количестве циклов включений. В среднем, это 25 000 раз. Чтобы контактор полностью отходил указанный срок службы, момент включения и отключения зажигания не должен происходить под нагрузкой.

Например, автомобиль движется, из батареи к инвертору течет ток. Если на высоковольтный контактор не подается 12-вольтовое питание, он разрывает соединение. Как результат, силовая подвижная пластина контактора под действием возвратной пружины пытается оторваться от места контакта с п’ятаками - место контакта «подгорает», что ощутимо снижает срок работы устройства.

Что может произойти, если силовой контактор электромобиля или гибрида неисправен

Есть несколько вариантов развития событий.

1. Автомобиль сигнализирует об ошибке в высоковольтной цепи через сигнал на приборной доске: Check Hybrid System, Stop Safely Now, желтый или красный восклицательный знак. Два-три сообщения - и машина полностью останавливается.
2. Не выключается зажигание. Водитель пытается отключить зажигание, но это не удается.
3. Риск поражения электрическим током. Если силовой контактор неисправен, контакты между пластиной и пятаком спеклись, то высоковольтная цепь будет под постоянным напряжением. Неквалифицированный мастер или владелец автомобиля может пострадать от удара током, если он решит самостоятельно разобраться в той или иной проблеме с батареей.

Что провоцирует неисправность высоковольтного контактора

Несколько ключевых моментов:

1. Слабый 12В аккумулятор. У изношенного АКБ нет возможности подавать достаточное напряжение на втягивающую оботку, чтобы контактор замкнулся без появления плазменной дуги. Длительное использование слабого аккумулятора влечет за собой перегорание силового контактора.
2. Стиль управления электромобилем или гибридом. Например, резкий старт с места. Тогда происходит кратковременный большой отбор электричества, который может быть выше пропускной способности контактора.

Другие внутренние неисправности. Например, если в батарее электромобиля или гибрида разбалансированы (с низкой емкостью) некоторые звенья. Эту ситуацию оценивает плата BMS. И она принимает экстренное решение убрать 12-вольтовое питание с высоковольтного реле. Тогда контактор принудительно разрывает соединение батареи, чтобы избежать повреждения всего источника питания. Автопроизводитель в такой ситуации правильно расставил приоритеты и позаботился о сохранении более ценного устройства, чем контактор.

Профилактика неисправности контактора

Первое. Следить за состоянием 12-вольтового аккумулятора. Если это осознать, то проблем с контакторами можно избежать. Рекомендуем проводить регламентную замену АКБ раз в три года независимо от пробега и интенсивности эксплуатации авто.

Второе. Поведение во время коротких остановок электромобиля или гибрида. При этом зажигание советуем оставлять включенным, а машину переводить в режим паркинга. В таком случае работает DC/DC преобразователь, который поддерживает 12-вольтовый аккумулятор.

Для справки: автовладельцы, которые меняют ДВС на электротягу, часто переносят стиль управления с одного типа авто на другой. В машинах с двигателем внутреннего сгорания во время коротких остановок зажигание лучше выключать, а вот в электромобилях и гибридах следует действовать наоборот. Чтобы не питать бортовую систему (музыка, свет, обогрев заднего стекла или сиденья) напрямую от 12-вольтового аккумулятора без поддержки DC/DC преобразователя.

Замена силового контактора электромобиля или гибрида

Сколько контакторов надо менять

Как правило, в батарее нужно менять сразу два контактора (на плюсовой и минусовой шине). Есть мнение, что замена одного контактора является достаточной. В теории, все правильно. Но на практике это временное решение. Когда один контактор подгорает, качество соединения второго будет ухудшаться, и впоследствии придется менять и его. Что вызывает дополнительные расходы на снятие, вскрытие и установку батареи.

Как оценить состояние контактора?

Каждый контактор имеет свое состояние, причем внешне не отличишь: это б/у агрегат или новый. Проверить статус устройства можно с помощью замера сопротивления через подачу на него 12 вольт.

Проверить статус устройства можно с помощью замера сопротивления через подачу на него 12 вольт.

Если контактор исправен, то сопротивление в десяти случаях из десяти будет одинаковым. Если же хотя бы один раз из десяти сопротивление будет ниже или выше предельных замеров, то агрегат считается изношенным и его нужно менять.

Техника безопасности

Замена оплавленного контактора - опасная операция. Помним, речь идет о высоковольтной цепи. Высокий риск поражения электрическим током. Поэтому сервис силовых контакторов следует доверять только специализированным СТО, где мастера и электрики имеют допуск к работе с высоким напряжением.

Ни в коем случае не занимайтесь самостоятельным изучением высоковольтной батареи!

Мастера и инженеры STS прошли специальное обучение для работы с высоковольтным оборудованием. Команда имеет диэлектрические средства защиты и специализированные приборы.

Есть строгий алгоритм демонтажа силовых контакторов:

1. Использовать диэлектрические сапоги и перчатки.
2. Проводить все манипуляции одной рукой.
3. Не касаться корпуса батареи.
4. Во время демонтажа батареи отсоединить 12-вольтовый аккумулятор.
5. Выключить высоковольтную чеку.
6. Отсоединить высоковольтный разъем.

Защитить корпус батареи от любых внешних вмешательств.

Кейсы STS

Nissan Leaf

Проблема: владелец Nissan Leaf обратился в STS с тем, что в его электромобиле не выключалось зажигание, ток постоянно поступал на инвертор, электрическая цепь принудительно не разрывалась.

Решение: во время компьютерной диагностики выявили неисправность высоковольтного контактора. Оба контактора заменили, запрос клиента решили.

Toyota RAV4 EV

Проблема: автомобиль не запускался. Владелец на эвакуаторе доставил его в STS.

Решение: во время диагностики выявили неисправность силовых контакторов. Проверили их внутреннее сопротивление, 3 раза из 10 показатели отличались от заданных параметров. Оба контактора заменили, автомобиль вернули на дорогу.

Ford Focus Electric

Проблема: электромобиль не запускался. До этого система автомобиля несколько раз предупреждала владельца о проблеме высоковольтной цепи, после чего машина отказалась ехать.

Надо отметить, что в этой марке электромобилей неисправность силового контактора - распространенная ситуация. Связано это с двумя факторами. Первый: слабый 12-вольтовый аккумулятор - 45 ампер в час. Второй: две высоковольтные батареи = четыре контактора. Маломощный аккумулятор подвергается сверхнагрузкам.

Решение: заменили 12-вольтовую АКБ и контакторы, неисправность устранили.

Нет времени разбираться, но хочется проверить статус высоковольтных контакторов - звоните в STS - первый специализированный сервисный центр для гибридов и электромобилей.