Высоковольтный контактор: о чем нужно знать владельцу электромобиля и гибрида

В этой статье расскажем о небольшом в размере, но масштабном в действии устройстве, которое отвечает за безопасность высоковольтной цепи автомобиля. Знание об этом агрегате поможет вам пользоваться электромобилем или гибридом максимально эффективно. А также избежать риска внезапной остановки и других критических неисправностей.

 

Сразу стоит отметить, что за безопасность высоковольтных узлов авто с электротягой отвечает множество компонентов: высоковольтная чека, герметичный корпус, специальные защиты, High-voltage interlock loop (HVIL). Но об этом в другой раз.

 

 

Содержание:

 

На фото – высоковольтный контактор

Функция высоковольтного контактора

Высоковольтный контактор это, по сути, реле. Оно подключает 400-вольтовую силовую линию за счет электромагнитной катушки, которая управляется 12-вольтовой системой от аккумулятора 12В. В высоковольтной батарее на каждой линии (плюс и минус) стоит свой силовой контактор. Оба контактора срабатывают, когда мы включаем в автомобиле зажигание. Но не одновременно, а по очереди: сначала плюс, потом минус.

 

В высоковольтном контакторе есть две обмотки: втягивающая и удерживающая.

 

Когда контактор в спокойном состоянии, без питания или разомкнут, ток через него не потечет. Но как только на обмотку контактора подается 12В – он тут же замыкается. Металлический сердечник, под воздействием электромагнитного поля, прижимает контактную пластину к контактным «‎пятакам». И в момент, когда ток начинает протекать через контактор, втягивающая обмотка отключается, остается работать только удерживающая.

 

У втягивающей обмотки сила ЭДС (электродвижущая сила) гораздо выше, чем у удерживающей. Соответственно, если мы постоянно будем держать под питанием втягивающую обмотку, контактор будет сильно греться. Как итог, он выйдет из строя.

 

Удерживающей обмотке не нужна большая ЭДС, ей достаточно просто поддерживать металлический сердечник в том состоянии, в котором он находится, обеспечивая надежное электрическое соединение между прижимной пластиной и контактными пятаками.

 

На фото для сравнения силовые пятаки нового и неисправного силового контактора. Видны следы подгоревших контактов

Виды контакторов постоянного тока в электромобилях и гибридах

Силовые контакторы бывают двух типов:

• Герметичные, их еще называют вакуумными, так как в месте соединения прижимной пластины и контактных «‎пятаков» создана вакуумная среда (вакуумная капсула). Благодаря вакууму снижается риск появления плазменной дуги в момент разрыва соединения между пластиной контактора и силовым пятаком. Другими словами, это дополнительная гарантия безопасности.
• Негерметичные контакторы рассчитаны под меньший ток. Внутри нет вакуумной среды. Такие контакторы легче в производстве и имеют относительно недорогую стоимость.

Например, Tesla Model S P100D оснащена вакуумными контакторами, которые кратковременно способны пропускать сквозь себя ток в 1500 Ампер. Гибридные автомобили имеют небольшие высоковольтные батареи и, как правило, используют негерметичные высоковольтные реле.

 

 

Контакторы делятся на две группы, в зависимости от способа закрепления пластины на оси металлического сердечника:

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

Срок эксплуатации высоковольтного контактора

У любого силового контактора есть свой срок эксплуатации. Исчисляется он в количестве циклов включений. В среднем, это 25 000 раз. Чтобы контактор полностью отходил указанный срок службы, момент включения и отключения зажигания не должен происходить под нагрузкой.

 

Например, автомобиль движется, из батареи к инвертору течет ток. Если в этот момент на высоковольтный контактор не подается 12-вольтовое питание, он разрывает соединение. Как результат, силовая подвижная пластина контактора, под действием возвратной пружины, пытается оторваться от места контакта с пятаками – место контакта «подгорает», что ощутимо снижает срок его работы.

 

На фото видны следы подгоревших (спаянных) контактов

Что может случиться, если силовой контактор электромобиля или гибрида неисправен

Есть несколько вариантов развития событий.

1. Автомобиль сигнализирует об ошибке в высоковольтной цепи с помощью сигнала на приборной доске: Check Hybrid System, Stop Safely Now, желтый или красный восклицательный знак. Два-три сообщения – и машина полностью останавливается.
2. Не выключается зажигание. Водитель пытается отключить зажигание, но ему это не удается.
3. Риск поражения электрическим током. Если силовой контактор неисправен, контакты между пластиной и пятаком спеклись, то высоковольтная цепь будет под постоянным напряжением. Неквалифицированный мастер либо собственник авто может пострадать от удара током, если он решит самостоятельно разобраться в той или иной проблеме с батареей.

Контактор Nissan Leaf в разобранном состоянии

Что провоцирует неисправность высоковольтного контактора

Несколько ключевых моментов:

1. Слабый 12В аккумулятор. У изношенного АКБ нет возможности подавать достаточное напряжение на втягивающую обмотку, чтобы контактор замкнулся без появления плазменной дуги. Длительное использование слабого аккумулятора провоцирует перегорание силового контактора.
2. Стиль управления электромобилем или гибридом. Например, резкий старт с места. Тогда происходит кратковременный большой отбор электричества, который может быть на пределе пропускной способности контактора.
3. Другие внутренние неисправности. Например, если в батарее электромобиля или гибрида разбалансированы (с низкой емкостью) некоторые ячейки. Эту ситуацию оценивает плата BMS. И она принимает экстренное решение убрать 12-вольтовое питание с высоковольтного реле. Тогда контактор принудительно разрывает соединение батареи во избежание повреждения всего источника питания. Автопроизводитель в такой ситуации правильно расставил приоритеты и позаботился о сохранении более дорогостоящего устройства, чем контактор.

Для сравнения: новый и неисправный (спекшийся) высоковольтный контактор

Профилактика неисправности контактора

Первое. Следить за состоянием 12-вольтового аккумулятора. Если это осознать, то проблем с контакторами не предвидится. Рекомендуем проводить регламентную замену АКБ раз в три года независимо от пробега и интенсивности эксплуатации авто.

 

 

Второе. Поведение во время коротких остановок электромобиля и гибрида. При этом зажигание советуем оставлять включенным, а машину переводить в режим паркинга. В таком случае работает DC/DC преобразователь, который поддерживает 12-вольтовый аккумулятор. 

 

Замена силового контактора электромобиля или гибрида

Сколько контакторов нужно менять

Как правило, в батарее нужно менять сразу два контактора (на плюсовой и минусовой шине). Есть мнение, что замены одного контактора достаточно. С теоретической точки зрения, все верно. Но с практической, это временное решение. Когда один контактор подгорает, качество соединения второго будет ухудшаться, со временем придется менять и его. Что повлечет дополнительные затраты на снятие, вскрытие и установку батареи.

Как понять состояние контактора?

Каждый контактор имеет свое состояние, причем внешне не отличишь: это б/у агрегат или новый. Проверить статус устройства можно с помощью измерения сопротивления при подаче на него 12 вольт.

 

Если контактор исправен, то сопротивление в десяти случаях из десяти будет одинаковым. Если же хотя бы один раз из десяти сопротивление будет ниже или выше предельных замеров, то агрегат считается изношенным и его нужно менять.

 

На фото мастер Master Service Electro демонстрирует сгоревший силовой контактор электромобиля

Техника безопасности

Замена сплавленного (замкнутого) контактора – опасная операция. Помним, речь идет о высоковольтной цепи. Высок риск поражения электрическим током. Поэтому сервис силовых контакторов следует доверять только специализированным СТО, где мастера и электрики имеют допуск к работе с высоким напряжением.

 

Ни в коем случае не занимайтесь самостоятельным изучением устройства высоковольтной батареи!

 

 

Есть строгий алгоритм по демонтажу силовых контакторов:

1. Использовать диэлектрические сапоги и перчатки.
2. Проводить все манипуляции одной рукой.
3. Не касаться в этот момент корпуса батареи.
4. При демонтаже батареи отключить 12-вольтовый аккумулятор.
5. Отключить высоковольтную чеку.
6. Отсоединить высоковольтный разъем.
7. Оградить корпус батареи от любых внешних вмешательств.

Контактор Nissan Leaf в разобранном состоянии

Кейсы Master Service Electro

Nissan Leaf

Проблема: владелец Nissan Leaf обратился в Master Service Electro c тем, что в его электромобиле зажигание не выключалось, ток постоянно поступал на инвертор, электрическая цепь принудительно не разрывалась.

 

Решение: во время компьютерной диагностики выявили неисправность высоковольтного контактора. Оба контактора заменили, запрос клиента решили.

Toyota RAV4 EV

Проблема: автомобиль не запускался. Владелец на эвакуаторе доставил его в Master Service Electro.

 

Решение: во время диагностики выявили неисправность силовых контакторов. Проверили их внутреннее сопротивление, 3 раз из 10 показатели отличались от заданных параметров. Оба контактора заменили, автомобиль вернули на дорогу.

Ford Focus Electric

Проблема: электромобиль не запускался. До этого система автомобиля несколько раз предупреждала владельца о проблеме высоковольтной цепи, после чего машина ехать отказалась.

 

Надо отметить, что в этой марке электромобилей неисправность силового контактора – распространенная ситуация. Связано это с двумя факторами. Первый: слабый 12-вольтовый аккумулятор – 45 ампер в час. Второй: две высоковольтные батареи = четыре контактора. Изначально маломощный аккумулятор подвергается сверхнагрузкам.

 

Решение: заменили 12-вольтовую АКБ и контакторы, неисправность устранили.