Високовольтний контактор: що потрібно знати власнику електромобіля або гібрида

У цій статті ми поговоримо про компактний, але важливий пристрій, що відповідає за безпеку високовольтного кола в автомобілях. Розуміння цього компонента допоможе вам максимально ефективно використовувати свій електричний або гібридний транспортний засіб, уникаючи при цьому ризику раптових зупинок та інших критичних поломок.

Варто одразу зазначити, що безпека високовольтних компонентів в електрокарах забезпечується низкою елементів: високовольтним запобіжником, герметичним корпусом, спеціальним захистом і високовольтною петлею блокування (HVIL). Але це тема для окремої розмови.

STS Electro - це спеціалізований сервісний центр для електромобілів та гібридних автомобілів у Польщі. Ми не тільки вирішуємо складні проблеми з високовольтними системами та програмним забезпеченням, але й просуваємо культуру електромобільності за допомогою освітніх публікацій, таких як ця.

Функція високовольтного контактора

Високовольтний контактор це насправді реле. Воно під’єднує 400-вольтову силову лінію через електромагнітну котушку, яка керується 12-вольтовою системою від акумулятора 12. У високовольтній батареї на кожній лінії (плюс та мінус) стоїть свій силовий контактор. Обидва контактори спрацьовують, коли ми вмикаємо в автомобілі запалювання. Але не одночасно, почергово: спочатку плюс, потім мінус.

У високовольтному контакторі є дві обмотки: одна втягує, інша утримує.

Коли контактор у спокійному стані, без живлення або розімкнутий, струм через нього не потече. Але, як тільки на обмотку контактора подається 12В — він відразу замикається. Металеве осердя під впливом електромагнітного поля притискає контактну пластину до контактних «п’ятаків». І в момент, коли струм починає протікати через контактор, втягувальна обмотка відключається, працює лише утримувальна.

У втягувальній обмотці сила ЕРС (електрорушійна сила) набагато вища, ніж в утримувальній. Відповідно, якщо ми постійно триматимемо під струмом втягувальну обмотку, контактор сильно грітиметься. У результаті він вийде з ладу.

Утримувальній обмотці не потрібна велика ЕРС, для неї достатньо підтримувати металеве осердя у тому стані, у якому воно знаходиться, забезпечуючи надійне електричне з’єднання між притискною пластиною та контактними п’ятаками.

Різновиди контакторів постійного струму в електромобілях і гібридах

Силові контактори бувають двох типів:

• Герметичні, їх ще називають вакуумними, бо у місці з’єднання притискної пластини й контактних «п’ятаків» створено вакуумне середовище (вакуумна капсула). Завдяки вакууму знижується ризик появи плазмової дуги в момент розриву з’єднання між пластиною контактора та силовим п’ятаком. Іншими словами, це додаткова гарантія безпеки.
• Негерметичні контактори призначені для меншого струму. Усередині немає вакуумного середовища. Такі контактори простіші у виробництві та мають порівняно невисоку вартість.

Наприклад, Tesla Model S P100D оснащена вакуумними контакторами, які короткочасно здатні пропускати крізь себе струм 1500 Ампер. Гібридні автомобілі мають невеликі високовольтні батареї та, як правило, укомплектовані негерметичними високовольтними реле.

Для довідки: на внутрішньому ринку Південної Кореї є гібриди із заводською газовою установкою LPG (газ пропан). Для безпеки на таких гібридах встановлені вакуумні контактори.

Контактори діляться на дві групи, залежно від способу закріплення пластини на осі металевого осердя:

• Рухливе з’єднання притискної пластини.
• Жорстка фіксація між пластиною та віссю осердя.

Термін експлуатації високовольтного контактора

Будь-який силовий контактор має свій термін експлуатації. Обчислюється він у кількості циклів включень. У середньому, це 25 000 разів. Щоби контактор повністю відходив зазначений термін служби, момент увімкнення та відключення запалення не має відбуватися під навантаженням.

Наприклад, автомобіль рухається, з батареї до інвертора тече струм. Якщо на високовольтний контактор не подається 12-вольтове живлення, він розриває з’єднання. Як результат, силова рухлива пластина контактора під дією зворотної пружини намагається відірватися від місця контакту з п’ятаками — місце контакту «підгоряє», що відчутно знижує термін роботи пристрою.

Що може статися, якщо силовий контактор електромобіля чи гібрида несправний

Є кілька варіантів розвитку подій.

1. Автомобіль сигналізує про помилку у високовольтному ланцюгу через сигнал на приладовій дошці: Check Hybrid System, Stop Safely Now, жовтий або червоний знак оклику. Два-три повідомлення — і машина повністю зупиняється.
2. Не вимикається запалювання. Водій намагається відключити запалювння, але це не вдається.
3. Ризик ураження електричним струмом. Якщо силовий контактор несправний, контакти між пластиною та п’ятаком спеклися, то високовольтний ланцюг буде під постійною напругою. Некваліфікований майстер або власник автомобіля може постраждати від удару струмом, якщо він вирішить самостійно розібратися в тій чи іншій проблемі з батареєю.

Що провокує несправність високовольтного контактора

Кілька ключових моментів:

1. Слабкий 12В акумулятор. У зношеного АКБ немає можливості подавати достатню напругу на втягувальну оботку, щоб контактор замкнувся без появи плазмової дуги. Тривале використання слабкого акумулятора спричиняє перегорання силового контактора.
2. Стиль керування електромобілем чи гібридом. Наприклад, різкий старт із місця. Тоді відбувається короткочасний великий відбір електрики, який може бути вищим за пропускну здатність контактора.

Інші внутрішні несправності. Наприклад, якщо в батареї електромобіля або гібрида розбалансовані (з низькою ємністю) деякі ланки. Цю ситуацію оцінює плата BMS. І вона приймає екстрене рішення прибрати 12-вольтове живлення з високовольтного реле. Тоді контактор примусово розриває з’єднання батареї, щоб уникнути пошкодження всього джерела живлення. Автовиробник у такій ситуації правильно розставив пріоритети та подбав про збереження ціннішого пристрою, ніж контактор.

Профілактика несправності контактора

Перше. Слідкувати за станом 12-вольтового акумулятора. Якщо це усвідомити, то проблем із контакторами можна уникнути. Рекомендуємо проводити регламентну заміну АКБ раз на три роки незалежно від пробігу та інтенсивності експлуатації авто.

Друге. Поведінка під час коротких зупинок електромобіля або гібрида. При цьому запалювання радимо залишати увімкненим, а машину переводити в режим паркінгу. У такому випадку працює DC/DC перетворювач, який підтримує 12-вольтовий акумулятор.

Для довідки: автовласники, які змінюють ДВЗ на електротягу, часто переносять стиль керування з одного типу авто на інший. У машинах із двигуном внутрішнього згоряння під час коротких зупинок запалювання краще вимикати, а ось в електромобілях та гібридах слід діяти навпаки. Щоб не живити бортову систему (музика, світло, обігрів заднього скла або сидіння) безпосередньо від 12-вольтового акумулятора без підтримки DC/DC перетворювача.

Заміна силового контактора електромобіля або гібрида

Скільки контакторів треба міняти

Як правило, у батареї потрібно міняти відразу два контактори (на плюсовій та мінусовій шині). Є думка, що заміна одного контактора є достатньою. У теорії, усе правильно. Але на практиці це тимчасове рішення. Коли один контактор підгоряє, якість з’єднання другого погіршуватиметься, і згодом доведеться змінювати і його. Що викликає додаткові витрати на зняття, розкриття та встановлення батареї.

Як оцінити стан контактора?

Кожен контактор має свій стан, причому зовні не відрізниш: це б/в агрегат чи новий. Перевірити статус пристрою можна за допомогою виміру опору через подачу на нього 12 вольт.

Якщо контактор справний, то опір у десяти випадках із десяти буде однаковим. Якщо ж хоча б один раз із десяти опір буде нижчим або вищим за граничні виміри, то агрегат вважається зношеним і його потрібно міняти. 

Техніка безпеки

Заміна сплавленого контактора — небезпечна операція. Пам’ятаємо, йдеться про високовольтний ланцюг. Високий ризик ураження електричним струмом. Тому сервіс силових контакторів слід довіряти лише спеціалізованим СТО, де майстри та електрики мають допуск до роботи з високою напругою.

У жодному разі не займайтеся самостійним вивченням високовольтної батареї!

Майстри і інженери STS пройшли спеціальне навчання для роботи з високовольтним обладнанням. Команда має діелектричні засоби захисту та спеціалізовані прилади.

Є строгий алгоритм демонтажу силових контакторів:

1. Використовувати діелектричні чоботи та рукавички.
2. Проводити всі маніпуляції однією рукою.
3. Не торкатися корпусу батареї.
4. Під час демонтажу батареї від’єднати 12-вольтовий акумулятор.
5. Вимкнути високовольтну чеку.
6. Від’єднати високовольтний роз’єм.
7. Захистити корпус батареї від будь-яких зовнішніх втручань.

Кейси STS

Nissan Leaf

Проблема: власник Nissan Leaf звернувся до STS з тим, що в його електромобілі не вимикалося запалювання, струм постійно надходив на інвертор, електричний ланцюг примусово не розривався.

Вирішення: під час комп’ютерної діагностики виявили несправність високовольтного контактора. Обидва контактори замінили, запит клієнта вирішили.

Toyota RAV4 EV

Проблема: автомобіль не запускався. Власник на евакуаторі доставив його до STS.

Вирішення: під час діагностики виявили несправність силових контакторів. Перевірили їхній внутрішній опір, 3 рази з 10 показники відрізнялися від заданих параметрів. Обидва контактори замінили, автомобіль повернули на дорогу.

Ford Focus Electric

Проблема: електромобіль не запускався. До цього система автомобіля кілька разів попереджала власника про проблему високовольтного ланцюга, після чого автівка відмовилася їхати.

Треба зазначити, що в цій марці електромобілів несправність силового контактора — поширена ситуація. Пов’язано це із двома чинниками. Перший: слабкий 12-вольтовий акумулятор — 45 ампер на годину. Другий: дві високовольтні батареї = чотири контактори. Малопотужний акумулятор піддається наднавантаженням.

Рішення: замінили 12-вольтову АКБ та контактори, несправність усунули.

Немає часу розбиратися, але хочеться перевірити статус високовольтних контакторів — телефонуйте у STS — перший спеціалізований сервісний центр для гібридів та електромобілів.