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小型高压直流接触器现状分析
邓时省 2017.06.15
一． 产生小型高压直流接触器的背景：用于蓄电池的小型直流接触器古已有之，至今已有七八十年历史。广泛使用于通讯、交通和起重机械等行业；也使用于航空和坦克等军事领域。上世纪六十年代，对于重要的航空和军事领域，已经发展出密封式小型直流继电器，甚至已有密封充气的产品，以满足可靠性和小型化的需求。但这些产品的使用电压均不超过48V。关于使用标准，初期均采用军工标准、四机部（电子工业部）继电器标准。随着产品在工业中运用的扩大、GB14048.4标准的推广，有些强电产品才开始采用通用的GB14048.4，并按DC1负载考核。图为早期的QCC接触器（继电器）及后期广泛使用的BZJ、MZJ接触器（继电器）等。
工业上使用的直流接触器，要求电压较高，适用的负载面广，通断条件苛刻，对性价比要求较高，而对空间的要求不太严格，考虑到可靠灭弧，灭弧系统体积都比较大，总体体积较大。如国内CZ0、CZ28，国外德国沙尔特宝、意大利MS公司等。
随着绿色革命的到来，非传统燃油汽车的开发得到突飞猛进的发展。无论是混合动力汽车还是纯电动汽车，对小型直流接触器提出了更高电压的要求，体积庞大的工业用直流接触器无法满足需要，于是以美国GIGAVAC (格伽瓦克)公司、美国Kilovac公司（后为美国TE Connectivity泰科收购）、日本松下电工为首的一些先行企业，结合继电器和真空泡开发出小型高压直流接触器。这种小型高压直流接触器的结构特征是整个电磁操作系统和灭弧系统全部封装在一个壳体内（传统的小型直流接触器就采用此结构），壳体是全密封的，壳体内充有氮气或氢气；采用此结构，使接触器内部结构简单，触头接触稳定，灭弧可靠，可以做到小型化。该产品一经推出，立即在汽车行业广泛使用，并逐渐在其他领域得以推广。图为TE Connectivity（泰科）在墨西哥工厂制造及在中国制造的产品、日本松下产品和美国GIGAVAC公司产品。
随着电动汽车产业在中国的快速发展，国内一些企业（先入行者大部分为继电器和真空器件生产企业）开始生产小型高压直流接触器，基本采用塑料封装技术。一些企业还与外方合作生产。如昆山国力真空电器有限公司与美国GIGAVAC公司联合开发了新一代密封直流接触器，采用了陶瓷密封技术。二．国内制造小型高压直流接触器现状1．至2017年6月已经获得3C的小型高压直流接触器生产企业共17家序号
生产单位
型 号
电压V
电流A
负载
3C日期
1
东莞市三友联众电器有限公司
SEV40, 100, 250
750
40,100,200
DC-1
2017.3
2
贵州振华群英电器有限公司(国营第八九一厂)民品分公司
JCQ100，200，400
750
100,200,400
DC-1
2016.12
3
桂林航天电子有限公司
JCQ400
450
400
DC-1
2016.12
4
昆山国力源通新能源科技有限公司
GX11,12
200
150
DC-6
2015.03
GL150(200,250,350)
230
200
DC-6
2015.03
GX21,GX23,GX32
450
225, 225,150
——
GL20,50,80,100,450,600
Max 800
20,50,80,100
——
GL450,600
Max1800
450,600
——
HX21,22,200
Max1500
350,300,350
——
5
上海良信电器股份有限公司
NDZ1-100,150
450
100,150,200,250
DC-1
2016.10
6
上海西艾爱电子有限公司
SEV30
450
30,50,100
DC-1
2016.08-10
7
深圳巴斯巴科技发展有限公司
EVC050,100,250
450
50,100,250
DC-1
2016.08-10
EVR020,040,100,120,150,200
450
20,040,100,120,150,200
DC-1
2016.04-11
8
苏州安来强电子科技有限公司
EVQ10,30,50，100,135，150， 200,250,300, 350, 400
450
10,30,50，100,135，150，200, 250,300,350,400
DC-1
2016.07-17.01
9
天水二一三电器有限公司
GSZ8-10,20,25,40,60,80,
100,120,150,300,400
450
10-400
DC-1
16.02-17.03
GSZ9-50,100,150,200,250,40
450
50,100,150,200,250,400
DC-1
16.09-17.04
10
浙江百事宝电器股份有限公司
BSBC7-
30,50,100,150,200,250
500
30,50,100,150,200,250
DC-1
2016.10
11
浙江东亚电子有限公司
DH30,50,100,100,200,250
450
30,50,100,100,200,250
DC-1
2016.06-08
12
浙江舟新能源科技有限公司(宏发)
HFZ16V-50,100,150,200,250
450
50,100,150,200,250
DC-1
2016.05
13
浙江众信新能源科技股份有限公司
ZXEV01-150,200,250
450
150,200,250
DC-1
2017.04
14
信息产业部电子第四十研究所华成高新技术公司
EV4010A,EV4010B,
V4020A,EV4020H
400
100,200
DC-1
2017.06
15
长沙中坤电气科技股份有限公司
ZKG20，ZKG200
750
20，200
DC-1
2017.06
16
尼普顿电器(昆山)有限公司
NVR6-300
600
300
DC-12
2016.03
17
LS产电(韩国生产)
GPR-M010,040,100,150,250,400
600
3,8,15,35,75,90
DC-1
2016.12
1000
1,5,10,25,50,60
注：1)。天水二一三电器有限公司GSZ8100、300的最早获证时间是2012.12和2013.11,后在2015年12月二证书撤消，原因是“认证证书暂停期限届满，持证人未提出认证证 书恢复申请、未采取整改措施或者整改后仍不合格”；GSZ8-300、400和GSZ8-25、40又分别在2015.01和2015.08获证，但在2015年8月询问时的答复是产品尚未开发成功。因此，最早取证日期定为GSZ8-80的取证日期2016.02。GSZ8-300在2016.05再次获证（前后3次）。2)．据说，L电器工作电压为450VDC的100A产品来自昆山国力，但昆山国力至今尚无工作电压450VDC的相应获证产品，但愿昆山国力正在申请之中。2．在市场上流通的还有许多未获证的产品1）大量国外进口的TE、GIGAVAC和日本松下产品，以及他们在中国合作生产的产品；2）上述获证企业生产的未获证产品，如昆山国力、浙江舟新（宏发）、东莞三友等企业；3）尚未取得3C证书的企业，如原电子工业部的一些企业。贵州遵义天义电器在2009年就开发了400VDC电流达100A的小型接触器JCG，但不能达到GB14048.4 DC1标准，未申请3C证书；温州的一些企业，如：浙江奥凯电气有限公司的产品。3．那些未获证产品的销售，在未来的小型高压直流接触器市场上会受到获证产品的挤压。三．关于执行标准按TE公司的宣传，其小型高压直流接触器专为满足汽车要求而设计。在小型高压直流接触器引入中国后，除了在汽车内使用外，迅速在充电桩、光伏发电、建筑机械、电加工机、变频器控制和电梯等行业得到推广应用。由于在工业中的应用，在中国必然后受到使用标准的制约。查阅了TE Connectivity（泰科）和日本松下产品，其参数除符合企业本身标志参数外，还符合的是继电器标准。显然将只符合继电器标准的产品应用到工业控制和配电中是危险的。国内最早采用GB14048.4(机电式接触器)标准取得3C认证的是昆山国力的GX11,12和GL150(200,250,350) ，在2015年3月以DC6负载（白炽灯的通断）通过认证，另一家不在行的昆山企业尼普顿电器(昆山) NVR6-300产品，在2016年3月以GB14048.5（机电式控制电路电器）的DC12负载（控制电阻性负载）通过认证。显然，这两种负载标准是无法满足主电路控制的需要。因此，其他企业从2016年5月开始获得的证书都采用GB14048.4(机电式接触器)标准DC1负载（无感或微感负载、电阻炉）。为了达到GB14048.4标准，许多企业其耐压和电流等级比其手册中宣传的降低了不少。如“昆山国力源通新能源科技有限公司” GX系列，按样本可在20-800VDC下工作，在申请3C时工作电压降到200-230V。可能因为标准问题，在国内汽车行业广泛使用的泰科、GIGAVAC和日本松下产品至今未见到3C证书。泰科和日本松下均称他们的产品为继电器而非接触器。昆山国力、舟新能源(宏发)在众多产品中也仅有少量规格获证。以下是标准中主要性能的差异表：GB14048.4(机电式接触器)标准DC1负载（无感或微感负载、电阻炉）GB14048.4(机电式接触器)标准DC6负载（白炽灯的通断）GB14048.5（机电式控制电路电器）的DC12负载（控制电阻性负载）标准及企业数据
Umax
Ue
Ie
接通、分断50次
约定操作6000次
电寿命50000-100000
过载 1分
极限 1次
I/Ie
U/Ue
L/R ms1)
I/Ie
U/Ue
L/R ms1)
I/Ie
U/Ue
L/Rms1)
I/Ie
I/Ie
GB14048.4 DC-1
Ue
Ie
1.5
1.05
1
1
1.05
1
1
1
1
—
—
GB14048.4 DC-6
Ue
Ie
1.5
1.05
白炽灯2)
1
1.05
白炽灯2)
—
—
—
—
—
GB14048.5 DC-12
Ue
Ie
—
—
—
1
1
1
—
—
—
—
—
泰科EVC250
450
250
2.84)
0.8
0
0.74)
0.8
0
1/0.4 3)
0.1/0.8 3)
0
2.4
8
泰科EVC170
450
175
1.2/0.06 3)
0.05
0.5mH
2 4)
8.6
GIGAVAC GX 7)
>750
450
Ie
1.5
1
0
0.28
1
0
0.22
1
0
日本松下EP
400
Ie
3-2
1
0
2-0.33 6)
1
0
～3 4)
～10 5)
注：1）对直流而言，影响电流分断的除了电压、电流外，很重要的参数是负载时间常数（T或L/R），时间常数愈长，灭弧愈困难。纯电阻的时间常数为0。2）白炽灯：电阻性负载，启动电流大。接通时有冲击电流，分断时相当于分断纯电阻。3）1.2/0.06——接通电流/分断电流。从EVC250分断纯电阻、EVC170分断电感时允许电流的极大差异，可以看到时间常数（L/R）对分断性能的影响。4）推算值。5) 样本图、表数据不一致。6) 样本曲线图数据，10A时I/Ie=2，300A时I/Ie=0.33，寿命10000次通断。7) 根据现有资料，通断数据只提供寿命曲线，寿命取5万次。由于各规格性能有差异，故取中间值；数据来自昆山国力。从表内数据可以看到，国外几种产品是针对电动汽车设计，其特点是：1）汽车电器前级保护为熔断器，保护功能较差，同时，汽车驱动电动机需要有4—5倍的过载，因此，电器需要较强的过载和极限分断能力；2）其负载为纯电阻，当负载具有电感时，性能（I/Ie或操作次数）快速下降。3）绝缘电压较高，GIGAVAC大电流规格最高工作电压达1800V，以适应大功率电动汽车和轨道交通的需要。额定负载能力普遍较低，这说明为什么国外产品不申请GB14048.4的3C证书的原因。如果要申请，就需要降压、降容，或对产品进行改造。四．发展和前途：1．提高可靠性：目前的小型高压直流接触器都填充了加压惰性气体，通常使用氮气或氢气，也有使用 SF6的（工业应用）。这就需要进行气密密封，良好的气密密封才能确保在接触器的整个生命周期中可靠地保留气体。整个生命周期包括电气寿命和使用周期。使用周期通常在十年以上，如果在十年内发生气体泄露，就有可能发生产品爆裂，产生严重后果。这就提出了定期更换接触器的要求，这必然对产品的推广带来困难。因此，提高惰性气体的纯洁度，减少封装材料的泄气性，提高气密封装的可靠性就显得十分重要。采用陶瓷封装比采用塑料、环氧树脂封装的可靠性要高。2．提高电压等级随着纯电动商用车和乘用车功率的提高，从减小电流考虑，需要不断提高电压等级；随着产品在工业和绿色发电系统的应用，也要求产品的电压等级适用于高等级电源的要求。下表为各供电系统电压等级国内外中低压直流供电系统电压等级统计 VIEC标准 低压设备 通信行业 电动汽车 牵引系统 船舰供电 航空供电 建筑供电 48 48 48 144 600 750 270 380 110 60 240 288 750 1500 125 72 270 317 1500 3000 220 80 300 346 3000 6000 250 96 320 400 12000 440 110 336 576 18000 600 125 350 24000 750 220 380 30000 1500 250 400 440
注：表内部分数据来源自网络。目前的450V DC电压等级可以满足中等功率电动汽车、运输机械、通讯行业、楼宇供电、电梯等的需要。按TE的设想，将从目前的450VDC提升到900VDC，并正在开发适用于高达1000VDC的电压等级。而GIGAVAC大电流规格产品的最高工作电压达已经达到1800V。如果小型高压直流接触器其电压等级提高到1500VDC。那么应用市场将进一步扩大。3．TE Connectivity（泰科）的新品TE Connectivity（泰科）于2017年推出新品EVC 135和EVC 250-800。
按TE Connectivity公司介绍，这两款接触器经过专门设计，采用非密封新技术，用于具有较高系统电压要求的混合动力、燃料电池和纯电动商用车和乘用车，用于直流电池充电系统。采用非密封新技术的原因是1）简化制造工艺；2）确保整个生命周期可靠运行，3）在遇到过流情况时安全断开，即使在海拔 5,500 米的位置也是如此，消除了在极端电弧情况下产品发生破裂的风险；提高车辆运行的安全性；4）具有环保特性、不产生污染。尚不清楚该产品灭弧系统的工作原理。4．市场扩展：小型高压直流接触器的主要适用范围是要求紧凑、环境恶劣、电阻负载的直流控制（配电）电路中。在TE Connectivity公司的样本中，其用途为混合动力及纯电动汽车，主要应用为：动力电池的主接触器，用于动力电池和车辆的整个电力动力传动系统的连接与断连；电源逆变器的滤波电容器的预充电电器；用于在车辆连接到充电站时的充电接触器；车厢供暖用的辅助接触器。此外，有时也用于固定系统，例如直流充电站、固定电池存储系统、不间断电源系统等等。在日本松下公司的AEP样本中，其用途为：太阳能发电系统、电池充放电系统、热电联产系统、AVG(无人运输车)、建筑机械、变频器控制、放电加工机、焊接机和电梯等。松下公司的用途与TE Connectivity公司主要用于电动汽车差异甚远。这与他们的产品特性和功能定位有关。在国内目前的使用范围主要包括：新能源车辆（混合动力汽车、全电动汽车和燃料电池汽车）、以及汽车充电系统充，充电桩、光伏发电、建筑机械、电加工机、变频器控制和电梯等行业。如果小型高压直流接触器扩展到城市轨道交通中使用，那么其电压等级必须提高到1500VDC。这是一个极具开发潜力的市场。但由于轨道交通对空间的要求并不太高，因此，没有高性价比是难于进入该市场的。此外，在军事领域，部分对空间、环境和重量要求比较高的场合。5．市场竞争：获证企业从2016年6月前只有两家到今年6月，在短短数月内发展到17家，获证企业的集中、爆发增长，反映了众多企业看好产品的发展前景，有大量的资金涌入，也反映了市场已开始竞争的激烈。默默无闻的浙江众信新能源已经开始投资7000万，以实现其年产90万件产品的理想。产品的价格也在快速下降，短短数月已经有两位百分数的下降。新能源汽车还在快速发展、充电桩还在快速布局，光伏发电也在快速发展、市场前景很大。但各种资金也在不断的投入，市场的风险也存在。网站资料版权所有，引用资料请注明出处—浙江兆正机电有限公司 -
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