电动汽车的绝对优势——效率、可持续性、低噪音、便利性等——已得到充分理解，而且随着底层技术的成熟，这些优势将变得更加明显。然而，与任何创新产品一样，总有改进的空间。以电源电路中的继电器为例。如果没有仔细选择并融入设计，它们可能会构成故障风险（甚至更糟）。Littelfuse 的这篇文章探讨了电动汽车应用中的直流接触器继电器，包括背景信息、当前设计实践、保护功能等。
上市速度可以决定一家公司在全球电动汽车市场的竞争机会。然而，在抢占先机的过程中，品质和功能性也不能落后。深入了解有关高压直流继电器的注意事项能够预防可预防的问题，实现可赢得客户满意的高性能设计。在选择继电器时请考虑这些关键因素。
前言
在竞相进行车辆设计电气化时，工程师可能会遇到直流电压高于他们习惯看到的应用。在这些中等较高的电压（48 至 1800 V）下，正确选择接触器继电器可能意味着灾难性故障和成功之间的差异。适当的系统设计可降低继电器破裂、引起火灾或禁用关键功能的风险。考虑因素包括继电器技术、关键规格以及高压直流应用的特殊问题。
悬浮
悬浮是大多数车辆设计师无需考虑的一种现象，因为在典型车辆电压的交流系统中，这种现象很少见。在电动汽车和电气化车辆系统中，切换更高水平的直流电会增加接触器继电器悬浮现象的风险。在过流情况下，电流产生的磁场非常强，将动触点推离静触点，产生电弧和颤动，这时就会出现悬浮现象。这种情况可能会损坏继电器，甚至导致灾难性故障。
这种不安全的事件是由于电流超出继电器规格导致的。工程师应该了解可能导致悬浮的电流水平，并确保在电流达到该水平之前电路会断开。指定上游电路保护，其运行速度很快，足以防止继电器磁发生悬浮。
与需要时间操作的热装置标准保险丝相比，烟火安全模块 (PSM) 速度更快，可能是一种更好的选择。由于成本较高，PSM 通常仅限于保护主电池断开。
图 1：商业/工业示例场景图
协调电路保护
与继电器正确配套的电路保护可以在误跳闸和过度触点电弧之间实现平衡。然而，在某些高压应用中，典型的 4-5 毫秒差异可能不够快。工程师应当从继电器和保险丝供应商处获取正确的数据，认真地使电路保护与继电器协调。
此外，他们还应对继电器和保险丝组合进行测试，以验证保护有力且不会发生误跳闸。Littelfuse 等一些组件供应商拥有为客户提供磁性建模和物理测试的设施和专业知识。
确保协调的最简单方法是从生产继电器和电路保护装置的供应商处获取建议。Littelfuse 可以根据众多客户实施的经验推荐经过验证的配对。
极化高压接触器
极化接触器继电器的磁吹弧经过优化，可最大限度地灭弧。接触室两侧的永磁体会产生使电弧弯曲的磁场。通过使电弧行进更长的距离，阻力增加，电弧熄灭得更快。
极化极大地提高了通断能力和循环寿命。在高压继电器应用中，极化接触器的循环寿命是非极化接触器的两倍。
极化触点设计用于电流从正输入流向负输出。如果接触器在电流反向的电路上断开，循环寿命将显著缩短。因此，非极化接触器适用于电流经常反向流动的应用。尽管如此，由于其循环寿命更长，极化直流接触器通常是 350 V 以上的高压电动汽车应用的更好选择。
有关该主题及接触器设计的其他要点的更多信息，请参阅我们的应用说明：“高压电动汽车接触器”。
图 1：极化接触器继电器利用磁铁来弯曲电弧，由于电弧行进的距离更长，因此这会增加电阻。此外，一对接触器将电弧电流分成两半。
螺线管式继电器的类型
螺线管继电器有多种线圈类型和选项。最佳类型取决于在车内的应用和高压直流系统的特殊问题。
单稳态继电器（也称为常开继电器）在线圈接通时接通，在线圈断开时断开。它们有一个位置（通常是关闭），当线圈关闭时它们会返回到该位置。这种类型的继电器通常设计用于控制车内根据需要接通和断开的特定负载。
双稳态继电器（或锁存继电器）设计为在没有电源的情况下保持开启或关闭的位置。继电器中的柱塞通过机械或磁性闩锁固定就位。
机械锁定的一个常见示例是伸缩圆珠笔的机制，用户推一下即可将圆珠笔移出外壳，再次推一下即可缩回圆珠笔。这个点保持在两种稳定状态之间，直到用户按下致动器。
在标准螺线管或继电器中，必须维持控制电流以使柱塞保持在开启位置。在双稳态继电器中，仅在关闭和打开两个状态之间切换时才施加控制电流。由于在开启或关闭状态下不使用电流，双稳态继电器产生的热量更少，消耗的电量也更少。
节能器是由印刷电路板上的电子器件构成的电路，添加到单线圈继电器中。它控制流向螺线管的电流，以便大电流克服弹簧的力来移动柱塞，而小电流则将螺线管保持在适当位置。这一策略减少了能源消耗。
双线圈继电器通过使用两个线圈来实现相同的结果：一个线圈用于克服弹簧力，另一个线圈用于保持。保持线圈消耗的电能较少。
节能器和双线圈继电器设计用于持续工作而非间歇工作的继电器。持续工作时，没有节能器或双线圈设计的继电器在正常运行期间会变热，因为会持续施加全电流。这种热量是能量损失的标志。
避免在高压应用中使用双稳态（锁存）继电器
对于内燃机，产生的电力几乎是“免费的”，因为它是另一个过程的副产品。在设计电动或混合动力汽车时，观念非常不同。大量的工程设计都与能源效率有关。当然，设计工程师希望选择可最大程度降低能耗的继电器。然而，在高压应用中，选择双稳态（锁存）继电器是一种冒险的策略。
当继电器断电时，地线可能会在断电之前先脱离，导致闩锁保持闭合状态。这可能会导致灾难性的情况，因为继电器控制的功能不会停止，或者当车辆重新启动时继电器会意外地处于开启位置。
相反，单稳态继电器在断电时会自动打开。在高压直流应用中，选择任何其他类型的继电器都是有风险的。
接通/断开图表
具有更高额定电压的继电器往往成本更高并且体积更大，因为它们需要更大的接触器表面积和更坚固的结构。如果继电器很少遇到高于额定值的电压，工程师可以通过指定具有较低标称额定值或连续额定值的继电器来降低继电器成本和尺寸。如果继电器在负载下不打开或关闭，或者车辆通常在继电器打开之前关闭，就会出现这种情况。
例如，如果继电器在运行过程中仅会出现几次 1000 V 电压，而不是 500 V 电压下出现数千次运行，设计工程师就可以安全地指定名义 500 V 或 800 V 的继电器。在应用中，继电器在整个运行寿命期间可能只会在 1000 V 电压下接通或断开电路 50 次。
虽然继电器的最大额定电压是上限，但设计人员可以用额定电压来换取占空比。为了帮助做出这一决定，设计人员可以查阅继电器制造商的通断图表。该图表显示了继电器在每种电压下执行的接通/断开循环次数。
图 2：通断图示例。
为什么继电器电压额定值很重要
当使用电压高于其额定值的继电器时，主要问题是电弧。电压越高，产生的电弧越多，并且电弧持续时间越长。
电弧的温度与太阳表面的温度基本相同。电弧产生的热量会损坏金属触点，造成点蚀。经过一定次数的循环后，金属将会点蚀，导致继电器可能失效。
此外，电弧会产生等离子体，在接触室的侧面留下金属蒸气沉积物。这可能引起一种称为“电弧径迹”的现象，即从动触点到静触点发生短路。
<>以高于继电器标称或连续额定值的电压操作继电器会增加因点蚀和电弧径迹而失效的风险。通断图表的目的是帮助设计工程师了解特定继电器在较高电压下可以承受多少次操作，并指定在每个预期电压水平下预期寿命循环次数的最低额定继电器。
关于 Littelfuse
Littelfuse 热衷于与客户合作创造保护、控制和感应的产品，以打造更安全、更环保、更互联的世界。
通过其商用车产品 (CVP) 业务部门，Littelfuse 成为电动汽车应用领域的专家。通过提供越来越多的高压直流接触器继电器以及最广泛的辅助组件组合，并运用对高压和汽车应用的更深入了解，他们帮助忙碌的工程师做出更可靠的设计并更快地将其推向市场。
客户可以从一个供应商处采购多个组件，快速得到答复，并轻松采购定制配电装置等子组件。获得帮助，轻松快速地将开关继电器、保险丝、传感器和 PSM 集成到定制子组件中。
Littelfuse 高压直流接触器具有磁弧吹除器、线圈节能器以及极化和非极化选项，安全、可靠且高效。