Заряженные электромобили | Испытание электромобилей с высоким потенциалом: почему герконовые реле повышают уверенность в изоляции и безопасности

Платформы электромобилей живут на стыке высокого напряжения, высокой мощности и строгих требований безопасности. От аккумуляторных блоков и тяговых инверторов до устройств быстрой зарядки постоянного тока и жгутов кабелей — инженеры должны доказать, что изоляция надежна во время разработки и в конце линии. В этом заключается роль высокопотенциального тестирования. При испытании на стойкость изделие подвергается нагрузке выше нормального рабочего напряжения и измеряется утечка. При испытании на пробой напряжение увеличивают до тех пор, пока изоляция не выйдет из строя, чтобы можно было установить безопасные расчетные пределы. Оба требуют точного контроля источников киловольт, очень низкого измерения утечки и безопасных путей разряда.

В этой статье показано, как создать надежные ступени Hipot для испытаний электромобилей и почему высоковольтные герконовые реле хорошо подходят для функций переключения и безопасности внутри этих ступеней.

Какое место Hipot занимает в жизненном цикле электромобиля

Батарейные модули и блоки
Проверьте изоляцию от шасси, проверьте риск попадания охлаждающей жидкости, проверьте контакторные узлы и сети предварительной зарядки. Конечные станции обычно проводят испытания на устойчивость к постоянному току и сохраняют результаты утечки в качестве основы для выездного обслуживания.

Тяговые инверторы и сборки звена постоянного тока
Проверьте изоляционный барьер между высокоэнергетической шиной постоянного тока и управляющей электроникой, затем повторите процедуру после термоциклирования или вибрационной нагрузки.

Бортовые зарядные устройства и устройства быстрой зарядки постоянного тока
Подтвердите изоляцию от сети переменного тока и между силовыми каскадами. Для систем мегаваттного класса безопасная разрядка после этапа тестирования имеет важное значение, прежде чем операторы смогут подключить следующий тестируемый блок.

Высоковольтные жгуты проводов и разъемы
Hipot кабеля проверяет наличие короткого замыкания между контактами и утечки между контактами и экраном, часто в сотнях сетей через матрицу коммутации.

Эти варианты использования выдвигают одни и те же основные требования к станции hipot: применять и измерять на уровне киловольт, ограничивать энергию повреждения, безопасно выполнять последовательные испытания, минимизировать время испытаний и обеспечивать достоверность измерений утечек.

Почему технология переключения имеет значение

Внутри большинства установок HiPot вы найдете программируемый источник высокого напряжения, оборудование для измерения и защиты, а также блок переключателей, которые направляют источник и измеритель к испытуемому устройству или к разрядной нагрузке. Коммутаторы выполняют несколько задач одновременно. Они должны:

• выдерживать высокое напряжение холостого хода без разрушения
• переключайте желаемое напряжение и энергию, когда это необходимо
• вносить небольшую утечку или паразитную емкость
• изолировать управляющую электронику от высоковольтной области
• работать быстро и стабильно в течение длительных рабочих циклов

Электромеханические реле доступны по цене, но их открытые контакты ограничивают практическое коммутационное напряжение и зазор. Твердотельные реле работают быстро и компактно, но при этом создают нелинейную утечку и более высокую емкость в выключенном состоянии, что может маскировать реальную утечку в тестируемом устройстве. Высоковольтные герконовые реле решают другой комплекс задач. Контакты герметизированы в инертном вакууме, поэтому они выдерживают более высокие электрические поля в небольшом корпусе и обеспечивают чрезвычайно низкую утечку в выключенном состоянии с очень низким уровнем паразитных помех. Катушка гальванически изолирована от пути прохождения сигнала, что защищает управляющую электронику. Время срабатывания короткое, обычно менее миллисекунды, что помогает сократить время цикла.

Короче говоря, переключатель ведет себя скорее как почти идеальный открытый или закрытый проводник, а это именно то, что вам нужно при измерении утечки микроампер или наноампер.

На этом графике показан сравнительный график зависимости тока утечки от напряжения изоляции для нескольких классов переключателей. Традиционные EMR растут рано и ограничены своим меньшим сопротивлением. Типичные высоковольтные твердотельные реле работают дольше, но при повышении напряжения все равно дают утечку в районе микроампер. Герконовые реле приборного класса обеспечивают гораздо меньшую утечку при более высоких напряжениях, поскольку сопротивление изоляции на несколько порядков выше: в диапазоне от 10¹² до 10¹³ Ом для стандартных устройств и до 10¹⁴ Ом в нестандартных конструкциях. Для аккумуляторов, инверторов и зарядных устройств эта разница составляет разницу между чистым проходом и ложным отказом.

Проектирование hipot-сцены с герконовыми реле

Практичная станция Hipot для электромобилей будет включать в себя несколько путей с релейным управлением:

1. Исходная маршрутизация. Выберите желаемую область напряжения, например, подключить плюс к шасси, подключить минус к шасси или между контактами жгута проводов. В качестве изоляционных элементов здесь служат герконовые реле с высокими номиналами сопротивления.
2. Измерить путь. Переключите счетчик на тестируемое устройство или на эталонную нагрузку для самопроверки. Низкая утечка и низкая емкость реле помогают сохранить точность измерений.
3. Выделения и кровотечение. После этапа тестирования подключите резистор к выходу, чтобы накопленная энергия удалялась до того, как оператор продолжит работу. Использование специального геркона для этой функции всегда создает предсказуемый и безопасный путь разряда.
4. Защита и блокировка. Отдельные реле могут обеспечивать соблюдение разрешений, например, мгновенно открывать путь источника в случае превышения предельного тока и фиксировать систему до завершения разрядки.

Поскольку герконовые реле компактны и имеют магнитный экран, на одной плате можно разместить множество каналов для создания масштабируемых жгутов или комплектных приспособлений. Если вам нужны измерения в Кельвинах в другом месте станции, двухполюсные устройства уменьшают количество каналов для четырехпроводных соединений.

Выбор подходящего устройства: на что обратить внимание

При выборе реле для переключения Hipot сопоставляйте спецификацию с выполняемой задачей:

• Минимальное напряжение запирания. Это ваш номер выживания открытого контакта. Для работы с электромобилями и зарядными устройствами устройства с номиналом 5 кВ, 10 кВ или 20 кВ обеспечивают удобный запас мощности.
• Максимальное коммутируемое напряжение и мощность. При испытаниях на пробой и контролируемом разряде убедитесь, что реле может переключать заданное напряжение и энергию без эрозии контактов.
• Изоляция переключателя-катушки. Защищает ваш контроллер в случае неисправности высоковольтного тракта. Настраиваемая серия 600 компании Pickering может быть сконфигурирована для изоляции между переключателем и катушкой до 25 кВ.
• Сопротивление изоляции. Чем выше, тем лучше для точности утечки. Стандартные высоковольтные реле Pickering испытываются на сопротивление более 10¹² Ом, а нестандартные детали могут выдерживать сопротивление более 10¹⁴ Ом.
• Время срабатывания и выпуска. Более быстрая работа уменьшает задержку, более быстрое отпускание сокращает интервал от разгрузки до готовности.
• Физический формат и экранирование. Внутренние экраны из мю-металла обеспечивают параллельную упаковку с минимальным магнитным взаимодействием, что важно при масштабировании матриц большого размера.

Варианты продукта, которые четко соответствуют EV hipot

Вы можете построить большинство матриц EV hipot из небольшого набора семейств:

• Серия 63 и настраиваемый Серия 600, для самых высоких требований к изоляции. Отключение до 20 кВ с коммутацией до 12,5 кВ, макс. 200 Вт. Серия 600 добавляет модульные возможности для напряжения, катушки, экранирования и монтажа, а также может быть сконфигурирована для изоляции между переключателем и катушкой до 25 кВ. Обе серии также включают варианты переключения до 2,5 кВ и отключения 5 кВ. Хорошие варианты включают испытания изоляции блока и зарядного устройства, проверку барьера инвертора и длительную проработку, где помогает запас прочности.
• Серии 60 и 65, для прокладки высоковольтных проводов в условиях ограниченного пространства. Коммутируемое до 12,5 кВ и отводное до 15 кВ, с коммутационным током до 3 А при 50 Вт и током переноса до 3,5 А. Часто применяется в кабельных и жгутовых креплениях.
• Серия 104, компактные устройства с задержкой 5 кВ и коммутацией 1,5 кВ. Полезен в качестве селектора измерений, контроля пути разгрузки или защитных блокировок внутри буровой установки.
• Серии 67 и 68, варианты высокой мощности, обеспечивающие коммутационную мощность 200 Вт в компактном корпусе с расстоянием до 10 кВ и коммутационным напряжением до 7,5 кВ. Полезно там, где вам нужны сети с более высоким током разряда или ступеньки напряжения. Они также имеют уникальную конструкцию, обеспечивающую более высокую плотность упаковки при сохранении соответствующих расстояний между штифтами. Также доступны варианты переключения до 2,5 кВ переключения и отключения 5 кВ.
• Серия 119 и для поверхностного монтажа Серия 219, для компактных плат, которым по-прежнему требуется сопротивление до 3 кВ и коммутация до 1 кВ. Это позволяет использовать плотные многоканальные светильники, которые можно вставить в модульные тестеры.

Если ваша топология требует двухполюсных компонентов, компания Pickering также предлагает широкий спектр двухполюсных конфигураций для поддержки соединений Кельвина и сокращения количества каналов.

Советы по дизайну, которые сэкономят время на скамейке запасных

• Думайте об энергии, а не только о напряжении. Ступень пробоя 5 кВ в емкостной нагрузке накапливает энергию, которую необходимо безопасно разряжать. Оцените разрядное реле и резистор по напряжению и энергии импульса.
• Берегите свои измерения. Используйте защищенные конструкции и материалы с высоким сопротивлением вокруг контактов реле, чтобы пути утечки не обходили ваш счетчик. Внутренние экраны позволяют избежать внешних зазоров, которые в некоторых конструкциях могут ограничивать напряжение разомкнутого контакта.
• Последовательность действий для обеспечения безопасности оператора. Заблокируйте путь источника с путем разряда и дверными переключателями. Используйте быстрое время срабатывания и отпускания реле, чтобы сократить безопасный интервал между проверяемыми устройствами.
• Проверьте при температуре. Во многих системах утечки и зазоры чувствительны к температуре. Прежде чем заморозить спецификацию, запустите короткую проверку конструкции, которая измеряет температуру с помощью выбранного вами набора реле.

Замыкание цикла с производственными потребностями

Программы EV живут за счет пропускной способности. Время цикла и время безотказной работы имеют такое же значение, как и основное напряжение. Герконовые реле помогают в обоих случаях. Время срабатывания может составлять доли миллисекунды, поэтому этапы маршрутизации не доминируют в тесте. Механический срок службы увеличивается до миллионов или даже миллиардов операций при использовании в пределах номинала, что позволяет поддерживать работоспособность оборудования и сокращает объем технического обслуживания. Низкая мощность катушки также помогает обеспечить тепловое проектирование в плотных стойках.

Для инженеров, которым необходимо стандартизировать различные платформы, одни и те же семейства реле используются в устройствах для изоляции зарядных устройств, барьерных проверках инверторов и тестерах кабельных жгутов. Это упрощает запасные части и документацию и позволяет повторно использовать заведомо исправные макеты.

С чего начать

Если вы строите или обновляете станцию ​​EV hipot, практичным выбором будет одно из устройств серии 63 или 600 для основных путей изоляции, серия 104 для измерения и блокировки и серия 67 или 68 для контроля разряда, когда требуется более высокая мощность. Если вам нужны компактные крепления для жгутов, обратите внимание на серии 119 или 219, чтобы обеспечить высокую плотность. Если у вас есть ограничение, которому не соответствует устройство из каталога, команда инженеров Pickering может настроить напряжение катушки, экранирование, распиновку и изоляцию в соответствии с вашими правилами проектирования.

Есть вопросы или хотите просмотреть схему? Опытные инженеры по герконовым реле Pickering будут рады помочь с выбором деталей, обсудить пути утечки и зазоры на вашей плате, а также посоветовать размеры разряда и защитные блокировки для вашего уровня напряжения и энергии.

Контакт: techsales@pickeringrelay.com