摘要：近年来由于汽车尾气排放对城市造成的严重空气污染，已开始受到各国政府的高度重视。纯电动汽车的使用被认为是最终解决这一问题的最佳途径。本文对电动汽车高压仓系统进行了研究，以直流接触器为控制对象，开发出了一款接触器控制系统。该系统通过检测电动汽车上电及下电时高压仓系统的电流大小及方向来控制接触器的开闭。通过该系统，解决了接触器粘连情况的发生，同时能提高接触器的使用寿命以及电动汽车的安全性能。
关键词：电动汽车、高压仓、接触器
0 引言
近年来由于汽车尾气排放对城市造成的严重空气污染，已开始受到各国政府的高度重视。纯电动汽车的使用被认为是最终解决这一问题的最佳途径。而且电动汽车还具有能源利用率高、可以综合利用各种不同的能源的特点，对于全球性节能和能源形式的更新换代有着十分重要的意义。
接触器是电动汽车高压仓的重要部分，控制整车上电及下电过程，对电动汽车的安全起着至关重要的作用。接触器是一种适用于远距离操作的自动控制电器，它适合频繁地接通和断开交直流主电路及大容量控制电路。接触器按主回路通断的电流，可分为直流接触器和交流接触器。接触器的触头系统可以用电磁铁、压缩空气或液体压力等来驱动，因而分为电磁接触器、气动接触器与液压接触器等。但是传统的电磁接触器，触头电弧烧损是不可避免的，从而影响其电气寿命及使用时的可靠性。接触器在高压电压以及反向电流的作用下容易产生粘连的现象。触头粘连是一种比较严重的故障。因为触头粘连会造成电动汽车失控，甚至还会对驾驶员造成伤害。造成此故障的原因有：1、负荷过重，触头容量过小。2、操作频率过高。3、电源电压太低，导致磁系统吸力不足而造成触头反复振动，发生电弧熔焊。4、触头初压力过小，在闭合感性负载时跳动很厉害，发生了电弧熔焊 5、火花过大从而造成严重的事故。随着电力电子技术、计算机技术、现代控制技术、新材料技术等的飞速发展，以及对整个系统工程的可靠性要求的提高及绿色环保节能的要求，对接触器的研究不断深入，新材料应用，新结构不断出现，新产品不断涌现。
1 关于解决接触器粘连的方法
目前，已有的接触器粘连解决办法大多为更换接触器或增大接触器容积，而这类解决办法成本高而且更换接触器的过程比较麻烦。在已有的防止接触器粘连的技术方案中，高压仓通过电压检测单元通过检测母线电容两端电压，获得缓冲接触器闭合前后的电压值，控制器通过判断电压差来控制接触器的闭合情况，当第一电压值大于第二电压值时，控制器控制接触器闭合，否则，以预设时间间隔继续检测第二电压值。此方案不能检测反向电流，同时以预设时间间隔来检测电压值可能产生误差，当电流过大时也会影响接触器寿命。
因此，为了克服以上缺陷，本文对该控制系统进行改进重新设计，设计出的电动汽车内部高压仓接触器控制系统可以通过判断高压仓输入端和高压仓输出端之间是否存在反向电流，有效的避免了主电路接触器在异常情况下吸合造成的接触点粘连，可以减小因时间间隔所造成的的误差。另外，本文设计的控制系统通过检测母线电流的大小和方向进而控制主接触的闭合与断开，使高压仓系统得到保护，避免了反向电流对接触器的损害，一定程度上延长了接触器的使用寿命。从而提高了电动汽车的安全性，避免了因接触器粘连而发生的事故。
2 接触器控制系统
2.1接触器控制系统的组成
2.1.1 电流传感器
电流传感器用于检测高压仓输入端和输出端之间的电流，并通过通信端口与DSP控制器的通信端口连接将获得的电流值传送给DSP控制器,控制端通过与电流传感器的电源口连接对电流传感器供电。
2.1.2 主电路
主电路包含主电路接触器，主电路接触器的线圈控制端口与DSP连接，通过DSP的指令来判断主电路接触器的断开与闭合，进而控制该电路的导通。
2.1.3 预充电电路
预充电电路包括二极管、预充电电阻、预充电接触器。预充电电路的作用电动汽车上电时对高压仓系统的保护，二极管用于防止反向电流存在时对系统造成危害，预充电电阻用于对电流的缓冲，预充电接触器的线圈控制端口与DSP连接，通过DSP的指令来控制预充电接触器的闭合与断开。
2.1.4 DSP控制器
DSP控制器的通信口与整车的控制端连接，实现与外部的通信。AD端口与电流传感器的通信端口连接，通过AD采样获得母线电路的电流值以及电流方向。控制口分别与预充接触器和主电路接触器连接，根据获得的电流值方向以及大小来判断主电路的断开与闭合。控制端与DSP的电源口连接,实现外部对DSP的供电。
图1
2.2 接触器的控制原理
如图1所示，当整车上电时，控制端发出指令，DSP控制器控制上电缓冲接触器闭合，电流传感器采集主电路电流。DSP控制器通过AD采样将电流传感器采集的模拟信号转换为数字信号，并通过该信号来判断主电路电流大小及电流方向。当电流小于预设值或电流方向为反向时，DSP控制器控制该系统重复上述过程。反之，则DSP控制器控制主电路接触器闭合，完成上电过程。
当整车下电时，过程同上，当采集电流大于预设值且方向为正向时，DSP控制器控制主电路接触器断开，完成下电。
2.3 控制方法
第一步：电流传感器检测高压仓输入端和高压仓输出端之间的电流I，控制器通过AD采样获得该电流值I；
第二步：控制器接受控制端的指令，如果为上电指令则跳入第三步，否则跳入第七步；
第三步：如果KM2已经使能，则返回第一步，否则控制器使能KM1的端口，KM1的触点闭合；
第四步：控制器判断电流I的方向，如果I>0，则电流为正向电流，则跳入第五步，否则返回第一步；
第五步：判断I的大小，如果I<0.5A，则使能KM2的线圈端口，KM2的触点闭合，否则返回第一步；
第六步：控制器关闭KM1的线圈端口使能，KM1的触点断开，返回第一步。
第七步：控制器判断电流I的方向，如果I>0，则电流为正向电流，则跳入第八步，否则返回第一步；
第八步：如果KM1的线圈端口使能，则关闭KM1的线圈端口使能，KM1的触点断开，返回第一步；
第九步：如果KM2的线圈端口使能，则关闭KM2的线圈端口使能，KM2的触点断开，返回第一步。
3基于simulink的仿真系统
3.1 仿真设计
（1）仿真软件:simulink
（2）仿真系统:接触器控制系统
（3）仿真过程:通过高压电池来模拟电动汽车蓄电池，接触器及电流传感器部分模拟高压仓，通过小电阻与高压电池的并联来模拟电机部分；该系统模拟电动汽车下电时接触器开闭的情况，其中当模拟电机的电池电压高于模拟蓄电池电压时，电路中形成反向电路，此时，通过逻辑电路来控制接触器的开闭。
（4）仿真图如下:
4 结语
本文针对现有的接触器粘连的情况，设计了一种防止反向电流的接触器控制系统。该系统通过电流传感器来检测主电路电路方向，并由控制器控制接触器的开闭，保证电动汽车上下电时接触器的正常使用。并通过simulink进行仿真，测得其电源OCV-SOC波形图及电流传感器波形图，通过对所获得的数据进行分析，印证了该系统的可行性。
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基金项目：2018年武昌工学院校级大学生创新创业训练计划项目，项目序号：35
卢善喜（1998-9-7）男，汉族，湖北孝昌人，2016年毕业于孝昌县第一高级中学，本科生，现就读于武昌工学院信息工程学院，专业：电气工程及其自动化，学号：173001010117
论文作者:卢善喜
论文发表刊物:《青年生活》2018年第7期
论文发表时间:2018/11/13
标签：接触器论文; 电流论文; 电路论文; 控制器论文; 高压论文; 电动汽车论文; 端口论文; 《青年生活》2018年第7期论文;