Углубленный анализ основных направлений применения и тенденций развития реле в области новой энергетики.

Являясь основным компонентом электрической системы управления, реле играют незаменимую роль в области новой энергетики. Благодаря быстрому развитию фотоэлектрической энергетики, ветроэнергетики, новых энергетических транспортных средств и других отраслей, релейная технология открыла новые возможности и проблемы. В этом отчете будет всесторонне проанализировано статус-кво приложений, технологические прорывы, структура рынка и будущее направление развития реле в различных областях новой энергетики.

Основные сценарии применения новых энергетических реле

Фотоэлектрическая система производства электроэнергии

В области производства фотоэлектрической энергии реле несут двойную ответственность: управление цепями и защиту системы, а их применение осуществляется через ключевые звенья, такие как фотоэлектрические батареи, инверторы и системы хранения энергии.

Для управления фотоэлектрическими массивами реле в основном реализуют функции передачи энергии и переключения цепей. Выходное напряжение и ток, генерируемые фотоэлектрическими панелями, относительно невелики, что требует усиления реле. Современные фотоэлектрические реле требуют чрезвычайно низкого контактного сопротивления (<10 мОм) и быстрого реагирования (время срабатывания <20 мс) для обеспечения эффективной работы системы.

Защита инвертора — ключевое применение реле в фотоэлектрических системах. Инвертор отвечает за преобразование энергии постоянного тока, генерируемой фотоэлектрическими панелями, в мощность переменного тока, а реле управляет соединением между стороной постоянного тока и инвертором. Выход постоянного тока фотоэлектрической установки подключен к инвертору через реле, и когда система обнаруживает неисправность сети или отказ оборудования, реле быстро отключит цепь, чтобы предотвратить расширение аварии. Особенно в фотоэлектрических установках с системами накопления энергии реле также должно управлять процессом зарядки и разрядки аккумулятора, чтобы обеспечить плавное переключение в режим аварийного электропитания в случае отключения сети.

Транспортные средства на новой энергии и зарядные устройства

Электрическая архитектура транспортных средств на новых источниках энергии принципиально отличается от электрической архитектуры традиционных транспортных средств, работающих на топливе: рабочее напряжение главной цепи обычно превышает 200 В, что намного выше, чем в системе 12–48 В традиционных транспортных средств. Эта характеристика высокого напряжения заставляет реле играть более важную роль в транспортных средствах на новой энергии.

Защита от высокого напряжения является основной функцией реле в транспортных средствах на новой энергии. В случае столкновения транспортного средства или при обнаружении системой неисправности высоковольтное реле постоянного тока способно за миллисекунды разорвать соединение между аккумуляторной батареей и всей цепью автомобиля, предотвращая риск поражения электрическим током и возгорания. Цепи постоянного тока, не обладающие плюсовыми характеристиками переменного тока, создают дуги, которые труднее погасить, что предъявляет чрезвычайно высокие требования к дугогасительной способности реле.

В системе управления аккумулятором (BMS) реле участвуют в управлении процессом зарядки и разрядки силового аккумулятора, чтобы предотвратить повреждение аккумулятора, вызванное перезарядкой и чрезмерной разрядкой. Особенно в сценарии рекуперации энергии торможения реле необходимо регулировать интенсивность рекуперации энергии в режиме реального времени в зависимости от состояния вождения автомобиля и состояния батареи, что предъявляет более высокие требования к скорости срабатывания и точности управления реле.

Система зарядки также неотделима от поддержки высокопроизводительных реле. С ростом популярности технологии высоковольтной быстрой зарядки 800 В мощность зарядки была значительно увеличена, что выдвигает более жесткие требования к номинальному напряжению, токовой нагрузке и дугогасительной способности реле.

Ключевые технологические прорывы и инновационный дизайн

Столкнувшись с жесткими требованиями высокого напряжения, сильного тока и частого переключения, уникальными для новых энергетических приложений, производители реле добились значительных прорывов в материаловедении, структурном проектировании и производственном процессе.

Технология керамического уплотнения в настоящее время является наиболее распространенным решением для высоковольтных реле постоянного тока. Традиционный метод герметизации эпоксидной смолой склонен к старению в условиях высокой температуры и высокого давления, в то время как керамический материал обладает отличной изоляцией, термостойкостью и механической прочностью. Компания Xiamen Hongfa Power Electric Co., Ltd. использует керамику высокой чистоты в качестве материала полости, герметизирует контакты в полости посредством процесса пайки и заполняет их газовой смесью на основе водорода для создания стабильной рабочей среды. Такая конструкция снижает вероятность окисления контактов при высоких температурах и дуговой эрозии и сохраняет хорошую электропроводность даже на средней и поздней стадиях их срока службы.

Что касается контактных материалов, отрасль перешла от традиционных серебряных сплавов к технологии композитных контактов. Для новых энергетических применений, требующих отключения высоких токов, производители разработали добавление специальных элементов (таких как SnO₂, CuO и других оксидов металлов) в композитные материалы на основе серебра, эти материалы обладают хорошей стойкостью к дуговой эрозии и низкими характеристиками контактного сопротивления.

Значительные успехи были также достигнуты в разработке систем магнитных цепей. В цепях постоянного тока электродинамическое отталкивание, создаваемое большими токами, может привести к преждевременному размыканию контактов, что влияет на работу реле.

Технология твердотельных реле (SSR) — это разработка, которая в последние годы привлекла большое внимание. По сравнению с традиционными электромеханическими реле, твердотельные реле не имеют механических контактов и используют полупроводниковые устройства для включения и выключения цепи, что имеет преимущества быстрой скорости переключения, отсутствия износа контактов, длительного срока службы и виброустойчивости. Твердотельные реле особенно хорошо работают в приложениях, требующих высокочастотного переключения, таких как системы управления батареями.

Будущие тенденции развития

Уровень напряжения продолжает расти: с развитием новых энергетических технологий в направлении высокого напряжения, таких как популярность систем высокого напряжения 800 В и выше, технический порог и рыночная стоимость реле будут еще больше повышаться.

Интеллектуальное развитие: современные высоковольтные реле начинают интегрировать датчики тока и температуры, а также интерфейсы связи, которые могут отслеживать свое состояние в режиме реального времени и получать обратную связь с системой управления для обеспечения профилактического обслуживания и предупреждения о неисправностях. Хотя стоимость единицы таких интеллектуальных реле выше, они позволяют значительно повысить надежность и безопасность системы.

Инновации в материалах и процессах. Производители изучают новые контактные материалы, более эффективные технологии гашения дуги и более компактные конструкции. Например, использование широкополосных полупроводниковых материалов, таких как карбид кремния (SiC), может значительно улучшить скорость переключения и устойчивость реле к напряжению.

Расширенные области применения: помимо традиционных фотоэлектрических и новых энергетических транспортных средств, быстро растет спрос на высоковольтные реле в новых областях, таких как системы хранения энергии и интеллектуальные сети. Высоковольтные реле играют ключевую роль в защите и управлении цепями, особенно в системах хранения энергии на стороне сети и на стороне пользователя.

Заключение

Являясь ключевым компонентом новых энергетических систем, технологический прогресс и промышленное развитие реле тесно связаны с новой энергетической революцией. От первоначального простого переключателя цепи до современных интегрированных функций измерения, связи и интеллектуального управления «интеллектуального реле» — этот традиционный электронный компонент претерпевает глубокие изменения.

В ближайшие 5-10 лет, по мере углубления трансформации мировой энергетической структуры, релейные технологии продолжат развиваться в направлении высокого напряжения, интеллекта и высокой надежности. Хотя технология полупроводниковых реле продолжает развиваться, но, исходя из экономических соображений и соображений надежности, электромеханические высоковольтные реле постоянного тока в краткосрочной и среднесрочной перспективе останутся основным направлением рынка.

Для участников отрасли продолжающийся рост инвестиций в НИОКР, прорывы в ключевых технологических узких местах, оптимизация производственных процессов станут ключом к сохранению конкурентного преимущества. В частности, нам следует обратить внимание на технические проблемы, связанные с высоковольтными системами 800 В и выше, а также на возможности инновационных продуктов в рамках тенденции интеллектуального и сетевого подключения. Только идя в ногу с развитием новой энергетической отрасли, мы сможем добиться новых прорывов в традиционной области реле и внести больший вклад в глобальный энергетический переход.