Высоковольтный контактор электромобилей и гибридов

Функция высоковольтного контактора

Контактор высокого напряжения по сути представляет собой реле. Он соединяет 400-вольтовую линию электропередачи с электромагнитной катушкой, которая управляется 12-вольтовой системой от 12-вольтовой батареи.

В высоковольтной батарее каждая линия (плюс и минус) имеет свой токовый контактор. Оба контактора активируются, когда мы включаем зажигание в автомобиле. Но не одновременно, а по очереди: сначала плюс, потом минус.

Высоковольтный контактор имеет две обмотки: втягивающую и удерживающую.

Когда контактор находится в состоянии покоя, обесточен или разомкнут, через него не протекает ток. Но как только на обмотку контактора подается 12В, он тут же замыкается. Металлический сердечник под действием электромагнитного поля прижимает контактную пластину контакта «пятак». И в тот момент, когда через контактор начинает протекать ток, обратная обмотка отключается, остается работать только удерживающая обмотка.

В отводящей обмотке сила ЭДС (ЭДС) значительно выше, чем в удерживающей. Следовательно, если мы будем держать обмотку втягивания все время под напряжением, контактор сильно нагреется. В результате он выйдет из строя.

Удерживающая обмотка не нуждается в большой ЭДС, ей достаточно просто поддерживать металлический сердечник в том состоянии, в котором он размещен, что обеспечивает надежную электрическую связь между прижимной пластиной и контактными площадками.

Виды контакторов постоянного тока в электромобилях и гибридах

Токовые контакторы бывают двух типов:

• Герметичные, их еще называют вакуумными, так как в месте соединения прижимной пластины и контактных «пятаков» образуется вакуумная среда (вакуумная капсула). За счет вакуума снижается риск возникновения плазменной дуги в момент разрыва соединения пластины контактора с силовым никелем. Другими словами, это дополнительная гарантия безопасности.
• Контакторы с утечкой рассчитаны на меньший ток. Вакуума внутри нет. Такие контакторы проще в изготовлении и имеют относительно приемлемую стоимость.

Например, Tesla Model S P100D оснащена вакуумными контакторами, способными кратковременно пропускать через них ток силой 1500 ампер. Гибридные автомобили имеют небольшие высоковольтные батареи и обычно используют негерметичные высоковольтные реле.

Для справки: на внутреннем рынке Южной Кореи есть гибриды с заводской газовой установкой LPG (газ пропан). В целях безопасности на такие гибриды устанавливаются вакуумные контакторы.

Контакторы делятся на две группы в зависимости от способа крепления пластины на оси к металлическому сердечнику:

• Подвижное соединение нажимной пластины.
• Жесткая фиксация между пластиной и осью сердечника.

Срок эксплуатации высоковольтного контактора

Каждый силовой контактор имеет свой срок службы. Он исчисляется количеством циклов с включениями. В среднем это 25 000 раз. Для того чтобы контактор отработал заданный ресурс, синхронизация включения и выключения зажигания не должна происходить под нагрузкой.

Например, движется автомобиль, ток идет от аккумулятора к инвертору. Если в это время на высоковольтный контактор не подается питание 12 В, он разрывает соединение. В результате подвижная пластина контактора под действием возвратной пружины пытается оторваться от места контакта с никелем – место контакта «сгорает», что значительно сокращает срок его службы.

Что может случиться, если силовой контактор электромобиля или гибрида неисправен

Есть несколько вариантов развития событий.

1. Автомобиль сигнализирует о неисправности в цепи высокого напряжения сигналом на приборной панели: «Проверьте гибридную систему», «Безопасно остановитесь сейчас», желтый или красный восклицательный знак. Два-три сообщения — и машина полностью останавливается.
2. Зажигание не выключается. Водитель пытается выключить зажигание, но ему это не удается.
3. Риск поражения электрическим током. Если токовый контактор неисправен, контакты между пластиной и никелем спечены, то цепь высокого напряжения будет находиться под постоянным напряжением. Неквалифицированный мастер или автовладелец может получить удар током, если решит самостоятельно разобраться с той или иной проблемой с аккумулятором.

Что провоцирует неисправность высоковольтного контактора

Несколько ключевых моментов:

1. Слабая батарея 12В. Изношенная батарея не способна подавать достаточное напряжение на втягивающую обмотку, чтобы замкнуть контактор без плазменной дуги. Длительное использование слабой батареи приводит к перегоранию контактора тока.
2. Электромобиль или гибридный стиль вождения. Например, резкий старт откуда-то. Затем возникает кратковременный большой диапазон электричества, который может быть на пределе протока через контактор.
3. Другие внутренние ошибки. Например, если некоторые ячейки разбалансированы (с малой емкостью) в аккумуляторе электромобиля или гибрида. Эта ситуация оценивается правлением BMS. И принимает экстренное решение снять 12-вольтовый ток с высоковольтного реле.

Затем контактор принудительно разрывает соединение батареи, чтобы не повредить весь источник питания. Автопроизводитель в такой ситуации правильно расставил приоритеты и позаботился о сохранении более дорогого узла, чем контактор.

Читайте также: Ветрогенератор из автомобильного генератора своими руками

Профилактика неисправности контактора

Первый. Следите за состоянием 12-вольтовой батареи. Если это будет реализовано, проблем с контакторами не предвидится. Рекомендуем выполнять плановую замену аккумулятора каждые три года, независимо от пробега и интенсивности использования автомобиля.

Второй. Поведение во время коротких остановок для электромобиля и гибрида. При этом рекомендуем оставить зажигание включенным и перевести автомобиль в режим парковки. В этом случае работает DC/DC преобразователь, который поддерживает 12-вольтовую батарею.

Для справки: автовладельцы, меняющие ДВС на электротягу, часто переносят стиль вождения с одного типа автомобиля на другой. В автомобилях с двигателем внутреннего сгорания во время коротких остановок лучше выключать зажигание, а в электромобилях и гибридах нужно делать наоборот.

Чтобы не питать встроенную систему (музыку, свет, обогрев заднего стекла или сидений) напрямую от 12-вольтовой батареи, без поддержки DC/DC преобразователя.

Замена силового контактора электромобиля или гибрида

Сколько контакторов нужно менять

Как правило, в аккумуляторе необходимо менять одновременно два контактора (на плюсовой и минусовой шине). Считается, что достаточно заменить контактор. С теоретической точки зрения все правильно. Но на практике это временное решение.

При перегорании одного контактора качество соединения другого будет ухудшаться, и со временем его придется менять. Что повлечет за собой дополнительные затраты на снятие, вскрытие и установку аккумулятора.

Как понять состояние контактора?

Каждый контактор имеет свое состояние, и внешне не скажешь: б/у блок или новый. Проверить состояние устройства можно, измерив сопротивление при подаче на него 12 вольт.

Если контактор работает, десять раз из десяти сопротивление будет одинаковым. Если хотя бы одно из десяти сопротивлений ниже или выше предельных значений, прибор считается изношенным и подлежит замене.

Техника безопасности

Замена расплавившегося (замкнувшегося) контактора является опасной операцией. Помните, что речь идет о цепи высокого напряжения. Высокий риск поражения электрическим током. Поэтому доверять обслуживание силовых контакторов следует только на специализированных АЗС, где мастера и электрики допускаются к работе с высоким напряжением.

Не изучайте устройство высоковольтной батареи самостоятельно!

Мастер Сервис Электро техники и инженеры прошли специальную подготовку для работы с высоковольтным оборудованием. Бригада оснащена диэлектрической одеждой, специализированными приборами и другими средствами защиты.

Существует строгий алгоритм разборки токовых контакторов:

1. Наденьте диэлектрические сапоги и перчатки.
2. Все манипуляции выполнять одной рукой.
3. Не прикасайтесь к крышке аккумуляторного отсека сейчас.
4. Отсоединяйте аккумулятор 12 В при снятии аккумулятора.
5. Отключите переключатель высокого напряжения.
6. Отсоедините разъем высокого напряжения.
7. Защитите крышку аккумуляторного отсека от внешних помех.

Кейсы Master Service Electro

Nissan Leaf

Проблема: владелец Ниссан Лиф обратился в Мастер Сервис Электро с тем, что в его электромобиле не выключается зажигание, на преобразователь постоянно подается ток, силовым путем электрическая цепь не разрывается.

Решение: при компьютерной диагностике обнаружена неисправность в высоковольтном контакторе. Заменены оба контактора, просьба заказчика решена.

Toyota RAV4 EV

Проблема: машина не заводилась. Владелец эвакуатора доставил его в «Мастер Сервис Электро.

Решение: при диагностике обнаружена неисправность силовых контакторов. Мы проверили их внутреннее сопротивление, 3 раза из 10 показатели отличались от заданных параметров. Были заменены оба контактора, машина снова пущена в путь.

Ford Focus Electric

Проблема: Электромобиль не заводился. Перед этим система автомобиля несколько раз предупреждала владельца о проблеме с высоковольтной цепью, после чего машина отказывалась ехать.

Следует отметить, что в этой марке электромобилей выход из строя силового контактора – частая ситуация. Это связано с двумя факторами. Первое: слабая 12-вольтовая батарея — 45 ампер в час. Второе: две высоковольтные батареи = четыре контактора. Начнем с того, что слаботочная батарея перегружена.

Решение: Заменена батарея 12 В и контакторы, проблема решена.

Разбираться некогда, а проверить состояние высоковольтных контакторов хочется — звоните: 0676943320. Мастер Сервис Электро — первый специализированный сервисный центр электромобилей и гибридов.