适用于高电压等级新能源汽车断电装置的导电板电极结构及设计方法

技术领域

本发明属于高电压与绝缘技术领域，涉及一种适用于高电压等级新能源汽车断电装置的导电板电极结构，适用于新能源汽车发生故障时切断车内电源的阻断器。

背景技术

随着我国对环境保护的重视程度不断提高，汽车行业的发展亟需向着环境友好、安全可靠、高性能化的方向开展，这就对纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车等电动汽车提出了更高的要求。传统化石能源汽车将电控系统作为汽车的辅助系统，而新能源汽车则是以电气传动装置作为主要动力源，归功于电池管理系统对铅酸电池、镍铬电池、锂离子电池等蓄电池在温度监控、电压检测、过载监测等方面技术的快速发展，使得以电能为主要动力源的新能源汽车应用日趋广泛。在新能源汽车发生事故时，受制于电气传动装置的体积，断电装置动作后两电极间的电气距离较近，由于所加电压较高，易发生空气击穿导致电弧重燃现象，危害人身安全。

随着电压等级的提高以及制作工艺不够完善的情况，阻断器动作后，电极间或电极表面可能存在尖角、凹陷等缺陷，尖锐部分的电场强度大大提高，很大程度上增加了气体放电的可能，进而影响阻断器的工作可靠性。

目前普遍认为，两电极间的电气距离是影响阻断器工作性能的关键因素之一。当工作电压较高时，较小的电气距离使得空气绝缘的能力大大下降，易出现断电后两电极间因空气击穿产生电弧而使电路重新连通的情况，致使阻断器出现故障。

因此，为提高新能源汽车的工作可靠性，有必要改进其阻断器的导电板形状，提高事故发生时新能源汽车的断电能力。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于高电压等级新能源汽车断电装置的导电板电极结构，降低两电极间的电场强度，使空气不易击穿，从而提高其工作可靠性，且导电板电极结构简单，阻断器的工作能力得到改善，适用于以电能为主要动能的新型能源汽车，解决了阻断器在动作后导电板两电极间的放电问题，增强阻断器的运行可靠性。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种适用于高电压等级新能源汽车断电装置的导电板电极结构，其特征在于：包括长方形动作单元，所述长方形动作单元的左、右两侧均切割制有弧形凹面，所述弧形凹面分别与正电极和负电极连接。

一种适用于高电压等级新能源汽车断电装置的导电板电极结构设计方法，其特征在于：所述正电极和负电极的放电距离可由下式(1)得到，

其中：D为正负电极之间的放电距离；

为正负电极对应尖端处连线所对应的圆心角；

R为弧形凹面的圆弧半径；

对于均匀电场，放电起始场强E

其中：U

d为电极间距离；

对于导电板电极结构，正负电极之间为不均匀电场，电场的不均匀程度可以由电场不均匀系数f作为参考，如式(3)，

其中：E

E

直流电压作用下，电极间的击穿电压U

U

其中：K1，K2为相关系数，且均为正数；

f为电场不均匀程度；

d为电极间距离；

可以得到，正、负电极间的击穿电压与电场的不均匀程度呈负相关，与电极间距离呈现正相关关系。

本发明的优点和有益效果为：

本发明的导电板电极结构在阻断器动作之后，断点处的尖锐部分很少，在其他条件相同的情况下，相比原有电极结构的最大击穿电压提高20％，提高两电极间的耐压强度，使得放电不易发生，进一步保证了操作人员的安全，并且具有结构简单，可操作性强的优点。

附图说明

图1为本发明的导电板电极结构示意图；

图2为本发明阻断器动作后的电极状态；

图3为本发明的导电板电极与原有结构的最大表面电场强度示意图。

附图标记说明

1-长方形动作单元、2-弧形凹面、3-正电极、4-负电极。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

如图1所示，本发明适用于高电压等级新能源汽车断电装置的导电板电极结构，包括三部分，正电极3、长方形动作单元1和负电极4。其中正电极与电源正极相连、负电极与电源负极相连，在阻断器动作之前，三者彼此连接，在电路中形成通路，使得电动汽车可以正常稳定工作；如图2所示，当发生事故或因其他原因导致电动汽车发生故障时，阻断器动作，将通过外力使冲击栓冲击导电板，令导电板断开，从而实现短路，进而保障检修人员的安全。

原有导电板动作单元动作后在正负电极上会形成两对尖角相对的结构，尖角之间距离约10mm，尖角处将会导致强烈的电场畸变，极易发生空气击穿，进而造成事故。

首先考虑将原有的尖角处进行平滑处理。由于动作单元在动作后会与两侧电极分离较远，对电场的畸变能力大大减弱，因此，采用优化形状的方式，对导电板动作单元进行改进，将电极处的尖角改为弧形凹面2，可以起到加强电场均匀程度的作用。当动作单元动作后，正负电极之间的放电距离增加了50％，正负电极表面最大电场强度下降80％。

正负电极间的放电距离可由下式(1)得到，

式中，D为正负电极之间的放电距离，

改进后的导电板在动作单元动作后，新的导电板结构可以有效地增大圆弧半径R，以及正负电极对应尖端处连线所对应的圆心角，进而提高放电距离，从而达到提高击穿电压的作用。

对于均匀电场，放电起始场强E

其中U

电极间的电场不均匀程度对放电有较大影响，对于该导电板结构，正负电极之间为不均匀电场。电场的不均匀程度可以由电场不均匀系数f作为参考，如式(3)，

式中，E

直流电压作用下，电极间的击穿电压Ub可由下式(4)得到,

U

式中，K1，K2为相关系数，且均为正数。f为电场不均匀程度，d为电极间距离。可以得到，电极间的击穿电压与电场的不均匀程度呈现负相关，与电极间距离呈现正相关关系，因此，提高电极间距离以及削弱电场的不均匀程度可以有效地提高电极间的击穿电压。

由于导电板尺寸可以根据实际需求进行调整，在此选取固定参数进行说明。

新的动作单元可看做边长为15mm、厚度为4mm的长方体，并在其相对的两侧以45°，20mm半径的圆弧进行切割。动作单元动作后，导电板的正负电极以弧形凹面2相对，最短距离为14mm，电场均匀程度明显改善。施加电压为1200V时，本发明实施例与原有结构的最大表面电场强度示意图如图3所示，图3a)为本发明实施例的最大表面电场强度分布图，b)为原有结构的最大表面电场强度分布图，击穿强度如表1所示。

表1

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。