Analisi tecnica dei contattori CC ad alta-tensione: le piattaforme ad alta-tensione nei veicoli a nuova energia determinano miglioramenti nella tecnologia di tenuta ceramica

 

Con il rapido sviluppo di veicoli a nuova energia (NEV), sistemi di stoccaggio dell'energia delle batterie e infrastrutture di ricarica ad alta-potenza, i sistemi elettrici si stanno evolvendo verso tensioni e correnti più elevate e una maggiore affidabilità. In quanto componenti di commutazione critici nei sistemi elettrici ad alta-tensione dei NEV, i contattori CC ad alta-tensione facilitano la connessione e la disconnessione sicure tra il sistema batteria e il carico, oltre a fornire protezione dai guasti; sono componenti fondamentali per garantire la sicurezza elettrica complessiva del veicolo.

 

A differenza dei tradizionali relè a bassa-tensione, i contattori CC ad alta-tensione devono commutare in modo affidabile i circuiti a livelli di tensione di diverse centinaia di volt o superiori, sopportando notevoli picchi di corrente transitori. Di conseguenza, la loro progettazione comprende non solo strutture meccaniche e attuazione elettromagnetica, ma anche materiali isolanti, tecnologie di estinzione dell'arco-e affidabilità della tenuta.

 

Nei gruppi propulsori NEV, i contattori CC ad alta- tensione vengono generalmente installati all'interno del pacco batteria di trazione, dell'inverter, del sistema di controllo del motore e dei circuiti di ricarica. All'avvio del veicolo, il contattore si chiude consentendo alla batteria di trazione di fornire alimentazione al sistema di trazione; al contrario, quando il veicolo si ferma o viene rilevata un'anomalia, il contattore si apre rapidamente per isolare il circuito ad alta-tensione e prevenire l'escalation di guasti elettrici.

 

Con l'avanzamento delle piattaforme di tensione nei NEV-la transizione da sistemi a 400 V ad architetture da 800 V o anche superiori,-i contattori CC ad alta-tensione devono affrontare requisiti sempre più rigorosi in termini di capacità di resistenza alla tensione, velocità di risposta e standard di sicurezza.

 

 

 

I contattori CC ad alta- tensione sono costituiti principalmente da un sistema di contatti, un meccanismo di attuazione elettromagnetico, un alloggiamento isolante, una struttura di estinzione dell'arco-e componenti di tenuta. I contatti gestiscono la trasmissione e l'interruzione della corrente, il meccanismo di attuazione controlla il movimento dei contatti e le strutture di isolamento e di estinzione dell'arco-determinano l'affidabilità del prodotto in ambienti ad alta-tensione.

 

In base all'ambiente di estinzione dell'arco-e ai materiali dell'alloggiamento, i contattori CC ad alta-tensione sono generalmente classificati in tipi quali vuoto ceramico, ceramica sigillata ermeticamente e incapsulati in resina epossidica.

 

Tra questi, la struttura del vuoto in ceramica è ampiamente utilizzata nei NEV, nei sistemi di accumulo di energia ad alta-tensione e negli alimentatori industriali grazie alla sua elevata rigidità dielettrica, eccellenti prestazioni di tenuta e capacità stabili di estinzione dell'arco-.

 

I materiali ceramici offrono elevata resistenza meccanica, bassa perdita dielettrica e resistenza al calore superiore, garantendo efficacemente la stabilità dell'isolamento durante il funzionamento a lungo-termine del contattore. Nelle applicazioni ad alta-tensione, gli alloggiamenti in ceramica mitigano l'impatto di umidità, contaminanti e fattori ambientali sui componenti interni.

 

Ad esempio, le custodie dei relè ceramici per veicoli elettrici ad alta-affidabilità proteggono i sistemi di contatto interni attraverso strutture di isolamento in ceramica, consentendo al contattore di soddisfare le esigenze di funzionamento a lungo-termine nelle complesse condizioni tipiche dei veicoli a nuova energia.

 

 

 

L'ambiente operativo interno dei contattori CC ad alta-tensione è estremamente complesso; si verificano archi intensi, in particolare durante l'interruzione-di corrente elevata.

 

Il mancato controllo rapido ed efficace dell'arco può portare all'erosione dei contatti, al deterioramento dell'isolamento o addirittura al guasto totale dell'apparecchiatura.

 

Mentre i metodi tradizionali di estinzione ad arco-ad arco-ad aria devono affrontare limitazioni in condizioni di alta-tensione e-correnti elevate, la tecnologia di estinzione ad arco-a vuoto utilizza un ambiente sotto vuoto per ridurre al minimo l'influenza dei mezzi gassosi. Ciò facilita una più facile estinzione dell'arco, migliorando così la capacità di interruzione e prolungando la durata di servizio.

 

Come materiale chiave per le camere a vuoto, la ceramica deve soddisfare contemporaneamente diversi requisiti:

Elevata rigidità dielettrica;
Ottima tenuta ermetica;
Resistenza allo shock termico;
Stabilità a lungo-termine;
Incollaggio affidabile con componenti metallici.

 

Di conseguenza, la metallizzazione ceramica è diventata un processo critico nella produzione di contattori ad alta-tensione.

 

Il processo di metallizzazione della ceramica crea uno strato di legame metallico affidabile sulla superficie ceramica, consentendo connessioni ad alta-resistenza tra il componente ceramico e metalli come rame o molibdeno, garantendo un legame stabile tra ceramica-e-metallo.

 

Questo metodo di connessione non solo garantisce resistenza meccanica, ma soddisfa anche i requisiti per un funzionamento affidabile a lungo-termine in ambienti ermeticamente sigillati ad alta-tensione.

 

 

La metallizzazione ceramica è una tecnologia vitale nella produzione di ceramiche elettroniche avanzate; comporta la formazione di uno strato metallizzato sulla superficie della ceramica di allumina e successivamente l'unione della ceramica al metallo utilizzando processi come la brasatura.

 

Nel campo dei contattori CC ad alta-tensione, questa tecnologia viene utilizzata principalmente per produrre alloggiamenti per camere di estinzione ad arco sotto vuoto-, strutture di supporto isolanti e gruppi ermetici ad alta-tensione.

 

Grazie alla sua elevata resistenza meccanica e alle eccellenti proprietà di isolamento elettrico, l'allumina (Al₂O₃) è attualmente il materiale ceramico isolante più utilizzato.

 

Ad esempio, impiegando unalloggiamento in ceramica di alluminaLa struttura per contattori CC ad alta-tensione migliora efficacemente l'affidabilità dell'isolamento in ambienti ad alta-tensione riducendo al minimo il degrado delle prestazioni durante il funzionamento a lungo-termine. Rispetto alla plastica tradizionale o ai materiali epossidici, la ceramica di allumina può resistere a temperature più elevate e campi elettrici più forti, offrendo vantaggi distinti nelle applicazioni di piattaforme ad alta-tensione per veicoli a nuova energia.