-اختيار مرحل الجهد العالي وتحليل التطبيق

مع استمرار تطور صناعة مركبات الطاقة الجديدة نحو جهد أعلى وطاقة أعلى، أصبحت مرحلات التيار المستمر ذات الجهد العالي- أحد مكونات التحكم الأساسية في أنظمة الجهد العالي- في المركبات الكهربائية. يؤثر الاختيار الصحيح لمرحلات الجهد العالي- بشكل مباشر على السلامة والموثوقية والتشغيل المستقر على المدى الطويل- لنظام الجهد العالي- الخاص بالمركبة بالكامل. خاصة في الدوائر الحيوية مثل بطارية الطاقة، ووحدة التحكم في المحرك، ونظام الشحن/التفريغ، تتحمل مرحلات الجهد العالي- المسؤوليات المهمة للتحكم في التشغيل/الإيقاف، وحماية النظام، وعزل الأخطاء؛ لقد أصبحت حدود أدائها عائقًا كبيرًا على تصميم بنية الجهد العالي-للمركبة.

 

في نظام الجهد العالي- النموذجي للسيارة الكهربائية، عادةً ما تكون هناك حاجة إلى 5 إلى 8 مرحلات تيار مستمر عالية الجهد، تغطي أدوارًا وظيفية مختلفة مثل المرحلات الرئيسية، ومرحلات الشحن -السابقة، ومرحلات الشحن في حالات الطوارئ، ومرحلات الشحن التقليدية، والمرحلات المساعدة لنظام الجهد العالي-. المرحلات المختلفة لها اختلافات كبيرة في تردد التشغيل، والإجهاد الكهربائي، ومستوى السلامة داخل النظام، مما يحدد التركيزات المختلفة في اختيارها وتصميمها الهيكلي. تعتبر الاتصالات الكهربائية الداخلية، والاتصالات الكهربائية، واتصالات التيار العالي-التيار للمرحل هي الأساس الرئيسي لتحديد الحد الأعلى لأدائه.

 

 

المرحل هو عنصر تحكم تلقائي يقوم بتوصيل الدوائر أو فصلها أو تبديلها بناءً على التغييرات في إشارات الإدخال. يستخدم على نطاق واسع في التحكم الآلي، التحكم عن بعد، وأنظمة عزل الإشارة. وتتمثل سمته الأساسية في التحكم في دوائر الطاقة-التيار العالي والعالية-ذات التيار المنخفض أو الطاقة المنخفضة، مما يحقق عزلًا فعالاً بين التحكم والحمل.

 

في أنظمة الجهد العالي- لمركبات الطاقة الجديدة، تتمثل المهمة الأساسية للمرحلات في توصيل أو فصل طاقة الجهد العالي-بشكل آمن، مما يمنع حدوث تلف لا يمكن إصلاحه للمكونات الأساسية مثل البطارية ووحدة التحكم في المحرك في ظل ظروف غير طبيعية. تتحمل نقاط الاتصال النحاسية ومواد الاتصال المعدنية الثمينة داخل المرحل الضغط الكهربائي الناتج عن التبديل المتكرر، مما يشكل أساسًا فيزيائيًا حاسمًا للتشغيل الآمن لنظام -الجهد العالي.

 

 

أثناء عملية التشغيل البارد للسيارات الكهربائية، تحتوي وحدة التحكم في المحرك عادةً على مكثف ناقل تيار مستمر كبير. إذا تم إغلاق المرحل الرئيسي مباشرة دون-شحن مسبق، فسيتم تفريغ البطارية ذات الجهد العالي-على الفور في المكثف الفارغ، مما يؤدي إلى إنشاء تيار تدفق ضخم يمكن أن يؤدي بسهولة إلى تآكل التلامس، أو الالتصاق، أو حتى الفشل الهيكلي.

 

لذلك، تستخدم أنظمة الجهد العالي- بشكل عام نظام-الشحن المسبق: حيث يشكل مرحل الشحن المسبق-والمقاومة المحددة للتيار-دائرة تشغيل ناعمة-، مما يسمح بزيادة جهد المكثف تدريجيًا. عندما يقترب جهد الناقل من نسبة معينة من جهد البطارية، يغلق المرحل الرئيسي ويتصل بالدائرة الرئيسية، مما يقلل بشكل كبير من تيار التدفق في لحظة الإغلاق. تضع هذه العملية متطلبات أعلى على مقاومة الارتفاع في جهات الاتصال الداخلية للمرحل والاتصالات الكهربائية الفضية.

 

 

من الناحية الوظيفية وقدرة التحمل-، يمكن تقسيم مرحلات السيارات إلى مرحلات الإشارة ومرحلات الطاقة، حيث تستخدم جميع مركبات الطاقة الجديدة تقريبًا مرحلات الطاقة. من منظور التنفيذ الهيكلي، يمكن تقسيمها إلى مرحلات كهرومغناطيسية ومرحلات الحالة الصلبة -؛ ومن منظور جهد التشغيل، يمكن تقسيمها إلى مرحلات جهد منخفض- ومرحلات جهد عالي-.

 

في أنظمة التيار المستمر ذات الجهد العالي-، تظل المرحلات الكهرومغناطيسية ذات الجهد العالي-الحل السائد نظرًا لنضجها العالي، وقدرة القطع القوية، وقدرتها على تلبية متطلبات السلامة في ظل ظروف التشغيل المعقدة. تعتبر الهياكل الداخلية للمرحل، مثل نقاط الاتصال الفضية، ونقاط الاتصال الفضية في القواطع، وقواطع الاتصال ثنائية المعدن-، أسس تصميم مهمة لقدرتها على التكيف مع بيئات التيار المستمر ذات الجهد العالي-.

 

 

تتكون مرحلات الجهد العالي الكهرومغناطيسي- بشكل أساسي من ملف، وقلب حديدي، وآلية عضو الإنتاج، ونظام اتصال، وزنبرك رجوع. عندما يتم تنشيط الملف، فإنه يولد مجالًا مغناطيسيًا، مما يجذب عضو الإنتاج ويتسبب في إغلاق جهة الاتصال المتحركة مع جهة الاتصال الثابتة، وبالتالي إكمال اتصال الدائرة. عندما يتم إلغاء تنشيط الملف-، يختفي المجال المغناطيسي، ويتم إعادة ضبط عضو الإنتاج تحت تأثير الزنبرك، مما يؤدي إلى انقطاع الدائرة.

 

استنادًا إلى الحالة الأولية لجهات الاتصال في حالة -إلغاء تنشيطها، يمكن تصنيف المرحلات على أنها جهات اتصال مفتوحة في العادة وجهات اتصال مغلقة في العادة.

 

تستخدم مرحلات الجهد العالي- عادةً بنية مفتوحة بشكل طبيعي لضمان فصل دائرة الجهد العالي- تلقائيًا في حالة انقطاع التيار الكهربائي أو حدوث عطل، مما يؤدي إلى تحسين مستوى الأمان الأساسي للنظام. مواد الاتصال مصنوعة في الغالب من مواد نبيلة لتحقيق التوازن بين الموصلية ومقاومة التآكل ومقاومة القوس.

 

 

بالمقارنة بالمرحلات العادية، فإن أكبر اختلاف هيكلي في مرحلات التيار المستمر ذات الجهد العالي-يكمن في تصميم إطفاء الغلق والقوس-. عادةً ما يتم تغليف اتصالات الجهد العالي- في تجويف محكم، ومعزول عن الهواء الخارجي، وبالتالي تحسين تحمل الجهد بشكل كبير ومنع انتشار القوس.

 

أثناء تبديل جهات الاتصال، تتجنب مرحلات الجهد العالي-قطع الاتصال تحت الحمل، مما يقلل طاقة القوس من خلال إستراتيجيات التحكم على مستوى النظام-. داخليًا، يستخدم على نطاق واسع نقاط الاتصال الفضية في قواطع الدائرة الكهربائية، وقوس التفجير المغناطيسي-هيكل الإطفاء، ومواد العزل عالية القوة-لتحسين موثوقية القطع بشكل عام.

 

 

تفرض مركبات الطاقة الجديدة متطلبات أداء أعلى بشكل ملحوظ على مرحلات التيار المستمر ذات الجهد العالي-مقارنة بالمركبات التقليدية، وذلك في المقام الأول من حيث مقاومة الجهد العالي، ومقاومة التيار العالية، ومقاومة الصدمات، وإطفاء القوس القوي، وقدرة الكسر الموثوقة.

 

فيما يتعلق بمقاومة الجهد العالي، يجب أن يتحمل المرحل مئات فولتات الجهد المستمر لفترات طويلة وأن يتم إغلاقه وفتحه بشكل موثوق تحت الحمل. فيما يتعلق بسعة الحمولة، فإن التيار المقنن لأنظمة القيادة يتجاوز عادة 200 أمبير، مع تيارات ذروة تتجاوز 300 أمبير. يجب أن يتمتع المرحل بقدرات كافية على حمل التيار وتبديد الحرارة-ضمن حجم محدود.

 

تعد مقاومة الصدمات أحد مؤشرات السلامة الأساسية لمرحلات الجهد العالي-. غالبًا ما يكون تيار التدفق السعوي في لحظة الإغلاق عدة مرات أو حتى عشرات المرات من التيار المقنن. إذا كانت مقاومة تأثير جهة الاتصال غير كافية، فمن الممكن أن يحدث فشل في الالتصاق بسهولة، مما يشكل خطرًا كبيرًا على السلامة. ولذلك، تستخدم المرحلات غالبًا اتصالات كهربائية فضية، وهياكل انفجار مغناطيسية، وأنظمة سبائك عالية الثبات- لتعزيز مقاومة الصدمات.

 

فيما يتعلق بإطفاء القوس الكهربائي وأداء الكسر، لا يتم إطفاء الأقواس الكهربائية بسهولة بشكل طبيعي في بيئات التيار المستمر ذات الجهد العالي-. تحتاج المرحلات إلى إضعاف طاقة القوس بسرعة من خلال التصميم الهيكلي والمادي لمنع احتراق التلامس. تشتمل بعض المرحلات-عالية الأداء أيضًا على اتصالات كهربائية دوارة أو هياكل متوازية متعددة -لإطالة عمر الخدمة.

 

 

يعد تحديد مرحل{0}عالي الجهد مشروعًا منهجيًا يتطلب تقاربًا تدريجيًا استنادًا إلى البنية الكهربائية الشاملة للمركبة. في مرحلة التصميم الأولي، يجب تحديد الجهد الكهربي وقدرات التيار لدائرة التحكم، بالإضافة إلى متطلبات الجهد والتيار ونوع الاتصال لدائرة التحكم بشكل واضح. بناءً على ذلك، يتم اختيار نطاق المنتج الأولي وفقًا لتصنيفات الجهد والتيار، ويتم تحديد الحل النهائي من خلال النظر في عوامل مثل طرق إطفاء القوس، وبنية التجويف، وأنواع الأطراف الطرفية.

 

على مستوى المعلمة المحددة، يجب تقييم ستة مؤشرات اتصال رئيسية: العمر الكهربائي، والتيار المقنن، وسعة الحمل -التيار الزمني القصير-، والحد الأقصى لتيار القطع، وسعة كسر الحمل الزائد، وسعة القطع العكسي. تحدد هذه المؤشرات بشكل مباشر أداء موثوقية المرحل طوال دورة حياة السيارة.

 

يجب دمج تقييم الحياة الكهربائية مع إستراتيجية الشحن المسبق وسيناريوهات الاستخدام -للمركبة للتأكد من أن أداء الاتصال لا يتعرض لتدهور غير مقبول في ظل ظروف إغلاق المحمل-المتكررة. يجب أن يغطي التيار المقدر-ظروف التشغيل المستقرة طويلة المدى للمركبة، في حين يجب أن يلبي التيار القصير-المتطلبات العابرة للحمل العالي-مثل التسارع وتسلق التلال وغيرها من الظروف.

 

يعد الحد الأقصى لتيار الكسر وقدرة كسر الحمولة الزائدة من مؤشرات السلامة المهمة للمرحلات، وترتبط مباشرة بقدرة حماية النظام في ظل الظروف القاسية مثل الدوائر القصيرة أو الاصطدامات. بالنسبة للمرحلات ذات التصميمات المستقطبة، يجب أيضًا تقييم قدرتها على الكسر العكسي، مع موازنة التكلفة وتكرار السلامة.

 

 

نظرًا لأن أنظمة الجهد العالي-في مركبات الطاقة الجديدة تستمر في التطور نحو طاقة أعلى وكثافة طاقة أعلى، فإن الحد الفني وقيمة النظام لمرحلات التيار المستمر ذات الجهد العالي-تتزايد باستمرار. مكوناتها الرئيسية الداخلية، مثلاتصالات كهربائية مخصصة، أصبحت اتصالات التشكيل البارد الدقيقة، واتصالات الترحيل الثلاثية الفلزات، من الأسس الحاسمة لتحديد أداء السلامة العام للجهد العالي-للمركبة.

 

في المستقبل، ومع التطبيق المتسارع والواسع النطاق للسيارات الكهربائية وأنظمة تخزين الطاقة، ستستمر المرحلات ذات الجهد العالي-في التطور من حيث الموثوقية والعمر الافتراضي وتكرار السلامة. سيصبح اختيارهم وتصميم التطبيقات جانبًا مهمًا في البنية العامة للمركبة ذات الجهد العالي- والتي لا يمكن تجاهلها.