电动汽车及相关基础设施为减少CO2排放和改善空气质量提供了良好的契机。过去,虽然电机和逆变器技术取得突破并走上成熟,但大容量电池的挑战尚未攻克,限制了电动汽车的发展。近年来,高压锂离子电池的发展突飞猛进,足以为汽车提供媲美传统内燃机的续航里程。高压锂离子电池需使用复杂的电池管理系统(BMS)来确保高效率和可靠的安全水平。安全性至关重要,因为锂离子电池可能会因过热、过电压、外部冲击(如事故)或其他原因而出现故障,甚至发生燃烧或爆炸。
为保障安全,必须在发生故障时及时断开电池的充放电。这项任务是通过BMS的重要组成 部分 -电池断开单元(BDU)-来实现的。BDU包含熔断器和直流高压接触器。一旦电池出现故障,BMS会向高压接触器发送断开电池连接的指 令。高压接触器的分断速度能比熔断器更快,并且能执行一次以上的带载分断操作,熔断器则用作防止更大的短路电流的补充安全措施。现代高压接触器除了具备体积小、重量轻、优异的开关性能等关键要素,还需要填充气体以实现出色的灭弧特性。为防止触点磨损,确保较长的使用寿命,接触器必须能开关直流高压和大电流的能力,并最大限度减小内部功率耗散。此外,接触器必须安全可靠,尤其是负载下的紧急切断,丝毫不容有差。
在负载条件下切断大功率电气设备(如电机、变压器、储能设备或类似电力负载)时,其开关、继电器或接触器从负载的闭合状态切换为断开,两个触点(电极)之间会产生电弧(掉闸电弧)。这种所谓的掉闸电弧通常能级较高,具有破坏性。掉闸电弧的温度很高(> 5000 K),会引起金属触点材料的融化致使其损坏。一方面,电弧产生的金属熔体和等离子体会随后沉积到触点周围,使其加快退化;另一方面,材料蒸发后会降低触点之间的绝缘特性,进而缩短使用寿命。
如上所述,直流电路不存在有助于灭弧的电压和电流过零特点,因此必须采取特殊措施将电流强制归零。