高压继电器，是电动汽车高压电路上的受控开关器件，同时也在系统中扮演主动保护器件的角色。它在高压回路的各个开关节点都有应用，动力电池主回路、快充回路，高压用电器供电线路如电机、DCDC、空调压缩机，加热器等。这里我们一起聊一聊高压继电器的工作原理，关键特性和在动力电池系统上的应用。

一、继电器定义

继电器是一种电控器件，当输入激励达到某个阈值时，触发输出发生变化。通常用法就是用低压控制高压，用小电流控制大电流回路。

二、继电器种类

继电器是低压电器行业的一个主流产品，种类繁多，类型划分的角度也多有不同。

按照输入控制信号的不同，继电器可以分为电电磁继电器、热控制继电器、时间控制继电器、光继电器、速度继电器等，其中电磁继电器是应用最普遍，适用场合也最多的一种。

按照额定电压不同划分等级，比如250V，500V，750V等，不同厂家的划分有所不同。额定电压不仅仅是继电器所在高压回路的工作电压，也是分断能力的关键影响因素。按照主触点状态不同，划分成常开、常闭、和Z型触点3种。电池包内选用较多的是常开触点，闭合动作需要命令信号触发才会执行。

三、电磁继电器结构和工作原理

在动力电池系统上使用的主要是电磁继电器，围绕这个类型一起看看他的工作原理。

如下图所示，是基本的电磁继电器结构，单触点继电器。其基本的构成部件包括：线圈、铁芯、衔铁和动静触点等。

1 线圈；2 铁芯；3 空气隙；4 衔铁；5 动触点；6 定触点；7 弹簧；8 止挡

单一常开触点继电器

线圈，端子接12V或者24V电源，基于电磁铁的效应吸引衔铁，是驱动继电器断开或者闭合的源动力；

铁芯，用于集中线圈产生的励磁磁场，使得小电流可以产生更大的励磁效果，避免磁场外溢；

衔铁，电磁回路的一部分，一般是可以转动或者延固定轨迹平行移动。衔铁与动触点固定连接在一起，铁芯吸动衔铁最终就会带动动触点移动。

动触点，静触点，是继电器高压导电回路的一部分，动静触点接触在一起就接通回路；动静触点分开，则断开回路。

弹簧，弹簧产生的拉力，一般处于铁芯吸力的反力方向上，一方面在铁芯励磁吸合过程中使得衔铁处于比较平稳的状态避免动静触点之间出现过大冲击；另一方面，弹簧是继电器断开的动力源，当低压回路供电终止，线圈铁芯失去吸力，弹簧的拉力就可以把动静触点分开。

止挡，动触点从吸合状态被弹簧拉动后向远离静触点的方向运动，最终会停在什么位置上，就由这个止挡结构确定。

从每个零件的角度描述的原理比较支离破碎，下面按照工作过程逐一讨论。#p#分页标题#e#

回路闭合：控制端口连接线圈两端，线圈和铁芯共同构成一个电磁铁。当控制电路给线圈供电，铁芯获得了磁性，衔铁被吸合，动触头跟随衔铁同步运动，与静触头接触，强电回路闭合。同时反力弹簧被拉伸。

吸合状态的保持：控制端口的输出电流必须大于某个临界值，否则，反力弹簧的拉力大于电磁铁的吸引力，则动触头发生颤动，动静触头之间的电阻增大。如果高压回路电流足够大，接触电阻发热积累在触头上，会造成触头表面损毁甚至动静触头融焊在一起。

为了避免融焊的发生，一方面，促使衔铁吸合的电流必须保持在要求的“保持电流”以上；另一方面，动静触头系统的设计中，必须有一方面的触头不是刚体，而设计成能够产生超行程的弹性结构，即在衔铁与铁芯并未接触之前，动静触头已经接触；待铁芯与衔铁达到紧密吸合的状态，动触头或者静触头已经产生了与触头闭合方向相反的变形（变形可以由转轴和另一组反力弹簧实现）。

回路断开：在正常使用情形下，继电器切断电路时，回路中不应该有电流存在。继电器断开的过程如下：控制端口取消继电器触发闭合的信号，线圈上电流消失，衔铁在反力弹簧拉力的作用下，向远离铁芯的方向运动，动触头与静触头分开。

带载分断：在故障或者策略设计不合理的情况下，继电器可能会遇到带电分断的状况，即主回路中存在工作电流，而控制端口给线圈供电电流消失了；没有电流铁芯不再具有磁性，衔铁被反力弹簧反向拉动离开铁芯，动静触头分离。

动触头刚刚离开静触头一小段距离的时候，系统电压全部加载在动静触头之间，高电压击穿小缝隙之间的气体，使之电离，于是动静触头之间产生了电弧。动触头继续向远离静触头的方向移动，电弧随之拉长，同时更大量的周边气体被电离，触头上的金属融化并喷洒到周围环境中。反过来，金属颗粒增加了空气的导电性，同样的压差，可以使距离更远的两个触头之间继续维持拉弧状态。随着拉弧的进行和蔓延，高温电弧使触头金属逐渐融化甚至气化。

如果动静触头自然状态距离比较远，分断的过程中，动触头分离的速度比较快，系统电压比较低，负载电流比较小，使得整个燃弧过程在中间的某一步就停止了，则造成的影响会停留在当时状态，比如触头被部分烧损；或者电弧没来的及燃起已经被继电器设计的灭弧措施扑灭，则可能只是在触头上留下一些痕迹。不同的情形对继电器的伤害程度会有区别。

四、继电器的关键特性

哪些性能属于关键特性，站在选型的角度讨论如下。

工作电压，继电器的电压等级，除了决定继电器绝缘耐压能力，更是继电器分断能力的一个关键指标。同样的短路电流，系统电压越高，分断的难度越大。另一方面，工作电压还直接决定着系统可能产生的最大短路电流的大小。因此，系统电压的提高，对继电器是一种考验。#p#分页标题#e#

工作电流，我们选择额定电流满足系统额定电流要求的产品。对于工况中的冲击电流承载能力的评估，其最终的限制条件是温升和最高温度。因此，载流能力的选择需要结合着工作环境温度和最高温升及温度要求一起考虑。

分断能力，是我们选择继电器的一个重点关注参数。该参数需要与系统所用熔断器及其他负责大电流分断器件的参数结合在一起考察。分断能力一定程度上是由拉弧距离决定的。在空间受限的情况下，分断能力的提高存在上限。

短路耐受能力，系统出现短路的极大电流时，继电器不能出现起火爆炸等风险状态，主要的与触头的通流能力以及触点之间接触的紧密性有关。同样的，需要结合负责大电流分断器件的参数一起考察。

工作温度，范围大于等于系统可能提供的环境温度范围。当环境温度过高时，继电器需要降容使用，以满足最高承受温度条件为准。

环境湿度，对密封腔体类型的继电器，环境湿度的影响只体现在绝缘性能上；而对于非密封腔体的继电器，环境湿度的影响较大，尤其在低温环境下。

寿命，还可以进一步细分成机械寿命和电气寿命。机械寿命指继电器不带载，反复断开闭合一定次数，继电器功能正常；电气寿命，是继电器带载（系统正常应用过程中可能出现的合理载荷）反复断开闭合一定次数，继电器功能正常。对于寿命的需求，主要取决于系统的寿命和应用工况，以及具体设计的各个场景的上下电策略。

极性，主要与分断能力有关。对于有极性的继电器，分断顺极性的电流能力较强，而反极性分断能力会大大降低。这种现象，主要与继电器灭弧措施有关，比如永磁吹弧，永磁铁极性是有方向的，顺极性磁吹可以把电弧拉长拉断，而对反极性的电弧则不会产生这样的作用甚至发生反作用。针对目前高压电路中，存在着充放电同口的现象，即放电电流和充电电流都通过同一段回路进出，无极性的继电器已经广泛应用，其有针对性的灭弧措施，避免了电流方向的影响。

五、应用

动力电池包高压回路， BMS通过继电器控制回路通断。理想的高压上下电策略，在高压回路没有电流或者电流非常小以后，继电器再执行断开回路的动作；上电过程中，在负载投入工作前继电器两端没有压差，高压回路接通后短时间内没有电流。这样的上下电过程，基本上就是一次机械操作。而机械寿命和电气寿命的差异是数量级上的差距。

设计合理的上下电策略，是内功，练好了，以柔克刚；玩命提高继电器的电气寿命，练的是硬气功，遇到打击，靠死杠。扛得过去也会受点伤，影响后面的战斗力；扛不过去，武功尽废。可以说，良好的应用可以提高继电器的寿命，反过来，如果寿命要求不变，则可以降低对继电器性能的要求，降低成本则顺理成章。#p#分页标题#e#