Высоковольтный контактор постоянного тока в электромотоциклах

1. Зачем электромотоциклам нужны высоковольтные контакторы постоянного тока?

По мере развития электромотоциклов в направлении повышения производительности, увеличения запаса хода и ускорения зарядки, низковольтные платформы (например, 48 В/72 В) достигли своих пределов по мощности и эффективности. В настоящее время отрасль быстро переходит к высоковольтным платформам (обычно 144 В, 240 В). Этот переход к более высокому напряжению обеспечивает три основных преимущества:

1.Повышенная мощность: При одинаковом токе более высокое напряжение приводит к большей мощности, что обеспечивает более сильное ускорение и более высокие максимальные скорости.
2.Оптимизированная эффективность: Это снижает ток в системе, тем самым минимизируя потери мощности в жгутах проводов и уменьшая требования к теплоотводу.
3.Поддержка быстрой зарядки: Это обеспечивает быструю зарядку постоянным током, значительно сокращая время перезарядки.
Он Контактор постоянного тока высокого напряжения Он выступает в качестве важнейшего элемента системы безопасности в этой низковольтной электрической архитектуре. Он отвечает за безопасное отключение низковольтной цепи в нештатных ситуациях, являясь ключевым компонентом, обеспечивающим электрическую безопасность автомобиля.

В данной статье рассматривается важнейшая роль высоковольтных контакторов постоянного тока в электромотоциклах и демонстрируется, как профессионально разработанные контакторные решения HOTSON отвечают этим требованиям благодаря проверенной на практике производительности и строгим стандартам проектирования.
С точки зрения проектирования электрических систем, высоковольтные контакторы постоянного тока выполняют в электромотоциклах ряд основных функций, жизненно важных для безопасности и надежности системы:

а. Схема предварительной зарядки (критически важное применение):

Функция: При включении низковольтной системы, чтобы предотвратить сильный пусковой ток от батареи к емкостным нагрузкам, таким как контроллер двигателя, в случае прямого замыкания главного контактора, сначала замыкается контактор предварительного заряда. Он заряжает нагрузку через резистор предварительного заряда. Главный контактор замыкается только после достижения выравнивания напряжения.
Требования: Обычно используются контакторы со средним номинальным током (например, 30-50 А), но их параметры должны быть точно согласованы с параметрами резистора предварительной зарядки. В настоящее время для электрических двухколесных мотоциклов используется реле постоянного тока.

b. Подключение/отключение и управление основной цепью.:

Функция: Выступает в качестве главного выключателя для основной низковольтной цепи автомобиля, обеспечивая подключение и отключение всего низковольтного электропитания автомобиля.
Условия эксплуатации: Включение питания транспортного средства (сигнал KL15 включен), выключение питания и отключение аварийного сигнала.
Требования: Высокий номинальный ток (непрерывный 200–400 А), высокая отключающая способность (способность отключать токи короткого замыкания до 1–1,5 кА) и высокая износостойкость (≥200 000 механических циклов).

c. Управление цепью быстрой зарядки:

Функция: Подключает цепь зарядки при подключении пистолета для быстрой зарядки постоянным током; обеспечивает безопасную изоляцию батареи от зарядного устройства по завершении зарядки или в случае неисправности.
Условия эксплуатации: Должен выдерживать высокий непрерывный ток во время быстрой зарядки (может превышать 200 А) и частое переключение.
Требования: Отличная устойчивость к искрению и эрозии, позволяющая использовать устройство с большей частотой циклов подключения.

Все контакторы HOTSON используют конфигурацию контактов с нормально разомкнутым контактом (SPST-NO), что обеспечивает надежное отключение цепи при отключении питания или в аварийных ситуациях. Эта конструктивная концепция соответствует основным принципам безопасности для высоковольтных автомобильных приложений.

Высоковольтный аккумуляторный блок является основным источником энергии для силовой установки электромотоцикла. Для обеспечения контролируемой изоляции между основной батареей и трансмиссией контакторы должны надежно выдерживать непрерывные токи в сотни ампер и безопасно отключать высоковольтные нагрузки постоянного тока как в нормальных условиях, так и при возникновении неисправностей.
Для применений, требующих прямого переключения больших емкостных нагрузок (например, в некоторых сценариях аварийного отключения), рекомендуется использовать специально разработанные компанией HOTSON устройства. Серия HEVD или Контакторы постоянного тока серии HEVKH, которые характеризуются запатентованная технология защиты от сварки.

2. Основные технические характеристики и особые требования к высоковольтным контакторам в электромотоциклах

В силу своих особенностей электромотоциклы предъявляют более жесткие и специфические требования к высоковольтным контакторам постоянного тока:

ИзмерениеОсобые требования к электромотоциклам
Размер и весЧрезвычайная миниатюризация и снижение веса. Монтажное пространство крайне ограничено, что требует высокоинтегрированных, компактных конструкций. Для мотоциклов часто требуются специальные "тонкие" или "микро" контакторы.
Устойчивость к вибрации и атмосферным воздействиямИсключительно высокие требования к виброустойчивости. Рама мотоцикла обладает повышенной жесткостью, передавая удары от неровностей дороги непосредственно на компоненты. Необходимо пройти испытания на случайную вибрацию с перегрузкой ≥5G, возможно, в более широком диапазоне частот.
Степень защиты от проникновения пыли и влаги (IP)Высокие требования к защите от пыли и воды. Повышенный риск воздействия суровых погодных условий. Часто требуется степень защиты IP67 или выше, особенно для устройств, устанавливаемых в пространстве для ног.
Рабочая температураБолее широкий диапазон рабочих температур. Компактные моторные или аккумуляторные отсеки с плохим теплоотводом могут подвергать компоненты воздействию экстремальных температур от -40°C до +85°C.
Стандарты безопасностиОсобые требования к механической безопасности и защите от неправильного использования. Необходимо предотвратить случайное срабатывание из-за вибрации во время езды и предусмотреть стратегии быстрого отключения питания в случае столкновения.
Контроль затратЧрезвычайно высокая чувствительность к цене. Рынок двухколесных транспортных средств очень чувствителен к ценам, требуя оптимальной стоимости при одновременном соблюдении требований к надежности.
Электрические параметрыНапряжение определяет уровень системной платформы, а ток определяет мгновенный крутящий момент.

По сравнению с закрытыми автомобилями, электрические мотоциклы эксплуатируются в значительно более суровых условиях. Эти транспортные средства подвергаются вибрациям от дороги, механическим ударам при агрессивной езде, резким колебаниям температуры в рабочих условиях, воздействию влаги, а также загрязнению дорожным мусором и загрязняющими веществами окружающей среды.

HOTSON  Контакторы постоянного тока специально разработаны для работы в таких сложных условиях. Они имеют диапазон рабочих температур от -40°C до +85°C, что позволяет использовать их в различных климатических условиях и применять различные стратегии терморегулирования. Тщательные механические испытания подтверждают их работоспособность при ударах до 20g (полусинусоида) и непрерывных синусоидальных вибрациях приблизительно 20g в диапазоне частот от 80 до 2000 Гц. Эти жесткие технические характеристики обеспечивают стабильную и надежную работу в течение длительных циклов технического обслуживания и в различных сложных условиях эксплуатации.
Серия контакторов постоянного тока HOTSON обладает широким спектром сертификатов, включая сертификат UL 60947-4 по электробезопасности, многочисленные региональные сертификационные знаки, такие как CE и CCC, а также сертификаты соответствия экологическим требованиям, таким как REACH и RoHS. Этот обширный портфель сертификатов облегчает доступ на глобальные рынки и подчеркивает приверженность HOTSON соблюдению самых высоких стандартов безопасности и качества.

МодельHEVD100HEVD150HEVD200HEVKH300
Номинальный ток/А100150200300
Макс. коммутируемое напряжение/В постоянного тока4501000
Напряжение катушки/В постоянного тока12/24/48
Функция вспомогательного контактаНиктоНеобязательный
Электрическая жизньСопротивление нагрузки

L/R≤0,1 мс

Вкл.:Выкл.=1S:9S
Перерыв200 В постоянного тока6000 циклов

(при 100А)
3500 циклов

(при 150А)
5000 циклов

(при 120А)
500 В постоянного тока3000 циклов

(при 300 А)
80 В постоянного тока10000 циклов6000 циклов8000 циклов200 В постоянного тока4000 циклов
48 В постоянного тока15000 циклов9000 циклов12000 циклов100 В постоянного тока6000 циклов
Емкостная нагрузка

Вкл.:Выкл.=1S:9S
Делать48 В постоянного тока20000 циклов (при 700 А)
24 В постоянного тока50000 циклов (при 700 А)
Максимальный ток отсечки2000А1 цикл (при 80 В)1500А1 цикл (при 200 В)
1000А1 цикл (при 200 В)
Сертификация безопасностиCCC, UL, CE, TUVCCC,CE,TUV

Эволюция и текущее состояние платформ регулирования напряжения

Электромотоциклы переживают стремительный переход от “низковольтных” к “высоковольтным” платформам. Основная цель — снижение тока при той же выходной мощности, что минимизирует потери, тепловыделение и вес кабелей.

Уровень платформыТипичный диапазон напряженияСоответствующие модели и позиционирование Основные преимущества и проблемы
Низковольтная платформа48 В, 60 В, 72 ВПопулярные экономичные/легкие электромотоциклы, такие как большинство соответствующих стандартам велосипедов и легких скутеров.Преимущества: зрелая технология, низкие затраты в цепочке поставок, относительно упрощенное управление безопасностью.
Проблемы: Ограниченная мощность (как правило) <10 кВт), медленная зарядка, плохой запас хода на высоких скоростях.
Низковольтная платформа72 В, 80 В, 96 ВВысокопроизводительные/премиальные электромотоциклы, например, Zero Motorcycles, NIU NXT, некоторые внедорожные модели Segway.
Преимущества: Обеспечивает мощность 15-30 кВт, что способствует уверенному разгону и движению на высоких скоростях; допускает быструю зарядку постоянным током.
Проблемы: Требуется полная система управления батареей (BMS) и проектирование высоковольтной системы безопасной изоляции.
Платформа среднего/высокого напряжения144 В, 240 В+Высокопроизводительные/роскошные электромотоциклы, например, Harley-Davidson LiveWire, Energica.Преимущества: Использует технологии, применяемые в премиальных электромобилях; мощность может превышать 60 кВт; обеспечивает превосходную быструю зарядку (например, 80 минут для зарядки 80%).
Проблемы: высокая стоимость, чрезвычайно жесткие требования к теплоизоляции и электромагнитной совместимости.

Мнение эксперта: В настоящее время в отрасли преобладает платформа 60–72 В, представляющая собой оптимальный баланс между производительностью, стоимостью и безопасностью. Платформа 96 В стала де-факто стандартом в сегменте высокопроизводительных систем, обеспечивая “золотой баланс” между первоклассными возможностями и зрелой ценой. 

3. Краткое изложение выбора модели высоковольтного контактора постоянного тока и «золотые правила»

Выбор контактора постоянного тока должен основываться на самых строгих электрических параметрах с достаточным запасом прочности. Типичный высоковольтный электрический мотоцикл (для низковольтных систем управления) обычно оснащается одним высоковольтным контактором постоянного тока (в аккумуляторном блоке). Электрический квадроцикл (ATV) обычно использует от двух до трех высоковольтных контакторов постоянного тока.

Золотые правила отбора:

1. Резервирование для обеспечения безопасности имеет первостепенное значение: Номинальное напряжение контактора и его способность отключать короткое замыкание являются не подлежащими обсуждению требованиями. Они должны быть безусловно соблюдены с дополнительным запасом.
2. Сегментация по функциям: Не следует использовать один контактор для выполнения всех функций. Для оптимизации как стоимости, так и производительности следует выбирать независимую схему подключения: основную цепь, цепь предварительной зарядки и цепь быстрой зарядки.
3. Приоритет — экологическая устойчивость: Для мотоциклов вибростойкость (случайная вибрация ≥5G), степень защиты от проникновения влаги и пыли (рекомендуется IP67) и диапазон рабочих температур (-40°C ~ +85°C) так же важны, как и электрические параметры.
4. Обратите внимание на размер и способ установки: Пространство на двухколесных транспортных средствах – это роскошь. Выбирайте низкопрофильные клеммные блоки, крепящиеся болтами, вместо громоздких разъемных, чтобы сэкономить место и повысить надежность.

Этап выбора:
Рассчитайте пиковый ток, используя ваши данные (Пиковая мощность / Системное напряжениеЗатем выберите контактор, отвечающий следующим критериям: номинальный ток на один уровень выше рассчитанного пикового значения, соответствующее номинальное напряжение, достаточная отключающая способность, подходящие размеры и вибростойкость для использования в автомобильной промышленности, а также убедитесь, что напряжение его катушки соответствует вашей логике управления.

Продукция HOTSON сочетает в себе прочную конструкцию и полное соответствие международным стандартам безопасности, демонстрируя исключительную электрическую стойкость и устойчивость к контактной сварке даже в сложных условиях эксплуатации. Высоковольтные контакторные решения HOTSON обеспечивают надежность и производительность, необходимые производителям электромотоциклов. Свяжитесь с отделом продаж HOTSON. Приглашаем вас сегодня обсудить ваши конкретные потребности и найти оптимальное решение по контакторам постоянного тока для вашей платформы электрического мотоцикла нового поколения.

Ссылки

Примечание: Источники изображений выше:   нулевые мотоциклы