La polyvalence et la longévité des relais Reed en font des composants idéaux pour les véhicules électriques.
La popularité croissante des véhicules électriques et hybrides pose plusieurs défis pour l’industrie des transports. Bien que ces véhicules ne soient pas nouveaux, leur acceptation généralisée entraînera une augmentation du nombre de ces voitures sur les routes, ce qui nécessitera des besoins d’efficacité et de performance énergétique plus élevés et une hausse de la tension du système des véhicules électriques à plusieurs centaines de volts, ce qui nécessite une isolation à haute tension.
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Système de surveillance de l’isolation à haute tension dans les véhicules électriques
Contrairement aux véhicules essence ou diesel, les véhicules hybrides et électriques sont équipés de composants électriques qui leur permettent de fonctionner correctement, notamment des batteries haute tension, des convertisseurs CC/CC, des onduleurs pour la commande des moteurs électriques, des modules de charge connectés au réseau électrique de 230 V/380 V, et des unités de contrôle, qui comprennent le système de gestion de la batterie. Tous ces systèmes et sous-systèmes fonctionnent à des tensions plus élevées, généralement entre 400 et 800 V.
Ces composants électriques, combinés aux normes de sécurité automobile, nécessitent un système de mesure interne, présent dans tous les véhicules électriques. Outre les fonctionnalités de surveillance standard visant à assurer une meilleure efficacité de la batterie, ce système doit également surveiller les courants de fuite entre la batterie et le châssis. Pour commuter ou désactiver ce système de mesure sur le système électrique, une isolation élevée et des composants de commutation fiables sont nécessaires.
Le courant électrique du véhicule peut devenir un danger pour la sécurité en l’absence de composants appropriés pour maintenir cette isolation. Cette isolation est vulnérable à une détérioration graduelle ou soudaine, ce qui crée une situation dangereuse. Des changements peuvent survenir entre le système électrique et le châssis, accumulant ainsi des charges dangereuses.
Tous ces facteurs rendent la surveillance continue de l’isolation à haute tension essentielle dans les véhicules hybrides et électriques. Bien que différents composants puissent être utilisés pour la mesure de l’isolation, les relais Reed sont particulièrement adaptés à cette tâche.
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Relais Reed dans les véhicules électriques
Les véhicules électriques nécessitent des propriétés d’isolation élevées, cohérentes et fiables pour fonctionner correctement, notamment parce que deux réseaux électriques doivent être interconnectés et isolés.
La sécurité joue un rôle clé, c’est pourquoi la tension d’isolation doit parfois être trois à quatre fois supérieure à la tension nominale réelle du circuit surveillé. Les relais Reed sont conformes aux normes automobiles, telles que l’IEC 60664-1 ou l’ISO 6469-3.
Les relais Reed fonctionnent bien dans un véhicule électrique grâce à leur composition. Un relais Reed standard est composé d’un interrupteur Reed avec deux contacts en alliage métallique magnétique doux appelés lames Reed. Ces lames sont contenues dans un corps en verre hermétiquement scellé, qui est évacué pour créer un vide ou rempli de gaz inerte pour empêcher l’oxydation des lames. Cette configuration confère aux relais Reed la polyvalence nécessaire pour fonctionner dans des environnements difficiles. Les relais Reed peuvent fonctionner à des températures ambiantes allant de -40 °C à 105 °C, leur température interne pouvant atteindre en toute sécurité 125 °C. Cela convient parfaitement aux véhicules hybrides et électriques, qui sont soumis à différents environnements au cours de leur durée de vie. De plus, les relais Reed sont suffisamment robustes pour supporter la saleté, l’eau, l’humidité, l’huile et la graisse auxquelles ils seront exposés dans ces applications.
La bobine en cuivre du relais Reed crée un champ magnétique lorsqu’elle transporte du courant à distance, activant les lames conductrices magnétiquement de l’interrupteur Reed. Ces lames se connectent pour compléter le circuit et se désactivent une fois que les propriétés magnétiques ne sont plus actives.
Un boîtier solide et entièrement scellé protège en outre les composants et le relais. Le boîtier assure une stabilité mécanique et une résistance aux chocs, aux températures extrêmes, au stress et à d’autres influences externes. Selon l’application, le boîtier peut être fabriqué en résine d’enrobage, telle que le polyuréthane, ou être surmoulé avec de l’époxy.
Le boîtier du relais Reed, ainsi que la construction simple du composant, confèrent une longévité incomparable. Les technologies comparables, telles qu’un relais électromécanique classique, ne possèdent pas cette couche de protection, les rendant vulnérables à l’usure et aux débris. De plus, les relais électromécaniques nécessitent des pièces mécaniques pour fonctionner, qui peuvent s’user et se corroder avec le temps.
Avantages des relais Reed en termes de performances
Les relais Reed présentent des avantages pour la mesure de l’isolation dans les véhicules hybrides et électriques. La polyvalence de ce composant lui permet d’effectuer ses fonctions principales de manière répétée et de gérer des charges électriques et des environnements variés.
Contrairement aux semi-conducteurs, les relais Reed offrent une capacité de capacitance linéaire, ne dépendent pas de la température et leur assemblage interne ne se détériore pas avec le temps.
Sur le plan fonctionnel, les relais Reed peuvent mesurer avec précision la tension d’isolation tout en ayant un courant de fuite de l’ordre du picoampère et des capacités de commutation rapide allant jusqu’à 1 ms. Cela garantit des millions d’opérations fiables, en fonction de la charge. Si l’isolation de la voiture électrique se détériore, le relais Reed peut la signaler efficacement avant qu’elle ne devienne un problème grave.
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En ce qui concerne la mesure de l’isolation, les relais Reed peuvent commuter des niveaux de tension de zéro à 10 kVCC – jusqu’à 1000 VCC sont suffisants pour l’industrie des voitures électriques – offrant non seulement une haute résistance diélectrique entre la bobine et le contact, mais également une tension de claquage élevée à travers l’interrupteur ouvert (jusqu’à 4,5 kV). Cette isolation en tension s’accompagne d’une résistance d’isolation très élevée, ce qui garantit des courants de fuite minimes dans l’ordre du picoampère.
Les relais Reed se trouvent généralement dans le système de gestion de la batterie ou le chargeur embarqué des véhicules électriques, et peuvent prendre différentes formes selon les besoins du développeur. Le relais est généralement situé entre la batterie haute tension et la terre. Il agit comme une séparation pour isoler le circuit haute tension de la batterie du circuit basse tension de l’unité de microcontrôleur de mesure.
Lorsque les contacts sont ouverts, la tension de claquage élevée assure une isolation parfaite entre ces deux circuits afin de prévenir les interférences. Lorsque le relais est activé, le système utilise les circuits fermés pour mesurer un courant d’échantillonnage provenant d’une ou des deux pôles de la batterie. L’ordinateur principal compare ensuite l’échantillon à un niveau de tension de référence, ce qui permet au système d’évaluer l’état de la batterie. Comme la résistance de contact du relais est faible – de l’ordre de quelques milliohms – elle n’influence pas les résultats de la mesure.
Conclusion sur les relais Reed
Avec l’essor de la demande de véhicules hybrides et électriques, les fabricants disposent de plusieurs options pour la mesure à haute isolation. Les relais Reed offrent la meilleure gamme de caractéristiques, telles que la fonctionnalité, la longévité et la fiabilité. Lorsqu’ils sont intégrés aux véhicules hybrides et électriques, les relais Reed font face aux défis et aux exigences de ces applications.
L’avantage des relais Reed réside dans l’introduction de nouveaux composants capables de maintenir les performances de commutation et les propriétés d’isolation existantes tout en réduisant la consommation d’énergie et la taille de la zone d’implantation de la carte de circuit imprimé. Grâce aux dernières technologies et innovations, il est possible de répondre à cette tendance sur le marché des véhicules électriques à haute tension.