如何为直流充电桩选择合适的接触器？

来源：•作者：•2023-08-28 09:14

自2021年7月份第一次接触充电桩行业以来，感慨电力电子的迅速发展，对传统机电式开关电器的冲击越来越大。

以接触器为例，在传统行业中其主要作用是用来控制电动机起动停止，接通和分断瞬间电流产生的电弧对触头烧蚀严重，所以传统行业对接触器电气耐久性有很高的要求，动辄上百万次的电寿命。

如果有一天，有一个行业也需要用到接触器，但是客户告诉你，Ta不需要那么高的电气寿命，甚至还告诉你“是个接触器在我这里都能用……”，你该怎么办？

这个行业就是充电桩行业！

接下来我们花一点时间和篇幅，梳理下充电桩里的接触器的应用，从技术角度分析它对接触器的要求与传统行业有何区别，以此来指导客户选型。

一、充电桩内接触器工作原理

充电桩的产品标准是GB/T18487.1-2015 电动汽车传导充电系统第1部分通用要求，其附录B给出了直流充电的的电气架构图。

图中非车载充电机就是指直流充电桩部分，桩内AC/DC充电模块目前基本以30kW/40kW为单元，再组合成60/80/90/120/160/180kW等功率的充电桩。

充电模块前端的C0就是AC 380V交流接触器，模块后端的C1、C2是桩内DC1000V直流接触器，最右端是电动汽车内的直流接触器C5、C6。

充电桩为了适应DC450V/750V等不同电压等级的电动汽车，充电枪目前最大输出电压为DC1000V，电流为250A，但未来电压会上升至DC 1500V，电流600A。

直流充电桩内接触器的工作时序见下图，在尚未给电动汽车充电前，交流接触器C0会先吸合，给充电模块上电，所以交流接触器吸合时回路无电流，相当于无载接通，这与传统行业接通电动机起动电流完全不一样。

640 (1).png

准备充电时，电动汽车内直流接触器C5、C6先闭合，也是无载接通（无电压无电流），接着充电桩内的直流接触器C1、C2闭合，此时C1、C2虽然接通电流，但是充电桩标准明确要求C1、C2在闭合瞬间系统要控制电流峰值在20A以下，然后再逐步增加输出电流。

一般充电桩内接触器会选300A，接通时实际电流只有其额定电流的1/15，但是载流能力要求是100%，对直流接触器来说，接通能力要求低。

充电结束时，充电桩标准明确要求控制系统先把充电电流降到5A以下，再断开充电桩内直流接触器C1、C2，后断开电动汽车内接触器C5、C5，最后再断开交流接触器C0（如果有需要）。

所以总结一句话：充电桩内的交直流接触器，常规操作下其接通和分断瞬间的电流远远低于其额定电流，几乎相当于无载接通、无载分断，所以电流产生的电弧对触头电寿命影响比较小。

正是由于充电桩内接触器有这样的特点，所以充电桩标准GB/T18487.1-2015在定义接触器选型时，要求其按使用类别AC-1电流或DC-1电流来选型，并且乘以1.25的系数，那么什么是接触器的AC-1/DC-1使用类别呢？

二、接触器的使用类别AC-1/DC-1

接触器控制的对象有很多，但基本上都是感性负载如鼠笼式异步电动机和绕线式异步电动机，或者阻性负载如电阻丝加热，或者容性负载如电容器。

不同的负载的电流特性不一样，例如接通电动机时有起动电流，接通加热电阻丝时无冲击电流，负载特性不同电流产生的电弧对接触器主触头的影响也不一样，所以接触器标准GB14048.4按负载类型和使用工况定义了不同的使用类别，如表1 。

屏幕截图 2023-08-29 165301.jpg

表1中AC-1和DC-1分别对应交流和直流无感或微感负载，这与充电桩内接触器的工作特点相近，但实际上从接触器电寿命的角度看，AC-1或DC-1时接通和分断都是1倍额定电流，比起充电桩内实际接通20A、分断5A的要求高多了。

屏幕截图 2023-08-29 165245.jpg

不同的使用类别对应于不同的额定电流，其中以AC-3额定电流和AC-1额定电流最为常见。

以EasyPact TVS接触器为例，LC1E120接触器的AC-3额定电流为120A，简单理解为带电动机负载的能力为120A，其AC-1额定电流为150A，简单理解为带加热电阻丝负载的能力为150A。

同一型号接触器，其AC-1电流一般会高于AC-3电流值。

640 (4).png

充电桩标准GB/T18487.1-2015中，关于接触器的选型一般要求按AC-1/DC-1电流，再乘以1.25的系数。

在即将发布的GB/T18487.1-202X版中，1.25的系数将会删除，直接用接触器的AC-1电流与充电桩额定电流相匹配。

虽然新版标准即将删除1.25系数，但实际上对接触器的选型不会产生根本性的影响，因为充电桩关于元器件温升试验的要求，远高于元器件本身标准的要求，这个我们留到后面再做分析。

补充一下，对于国家电网的直流充电桩，其接触器选型参照国家电网公司物资采购标准《电动汽车非车载直流充电机通用技术规范》，直接按接触器AC-3电流选型。

例如160kW直流充电桩，其额定电流大约为272A，国家电网要求接触器的额定电流为330A，且要求是AC-3额定电流。

640 (5).png

总结一下：

1、接触器AC-1/DC-1使用类别对应的接通、分断能力，会远远高于充电桩内接触器实际接通、分断时的电流，常规接触器的用于充电桩性能会过剩。

2、接触器按控制对象不同，分为不同的使用类别，不同的使用类别有对应的额定电流，其中AC-3对应于鼠笼式电动机负载，AC-1对应于电阻加热负载。

3、2015版充电桩标准中接触器选型一般按AC-1额定电流，再乘以1.25系数，新的202X版即将删除1.25系数；

4、国家电网充电桩内的交流接触器，需要按AC-3电流选型；

三、交流接触器如何选型

我们以160kW直流充电桩为例（非国网桩），其额定电流大约为272A，按照充电桩标准GB/T18487.1-2015中接触器选型要求，乘以1.25系数等于344A，所以需要选择AC-1电流大于344A的接触器。

如果按照GB/T18487.1-202X 新版要求删除1.25系数，似乎选择AC-1电流大于272A的接触器就可以，意味着接触器降一档可以满足新标准，但事实真的是这样吗？

当然不会这么简单！

2015版和202X版充电桩标准GB/T18487.1都要求桩内元器件（断路器和接触器）的端子，在充电机最大输出电流下长期运行，极限温升不超过50K，见下表2。

640 (6).png

接触器标准GB/T14048.4-2020对于端子温升的要求是70K（镀银端子），我在之前的多篇文章中反复强调过：同一根导体，其载流能力与导体允许温升成正比。

640 (7).png

说白了，同一台接触器，如果按照GB/T14048.4温升70K要求，其载流能力为350A，那么按照GB/T18487.1温升50K的要求，其载流能力约为295A，因为他们基本上遵循下面的公式。

640 (8).png

我们回到前面160kW的例子，按照充电桩标准GB/T18487.1-2015版，接触器的AC-1电流应不小于充电桩额定电流的1.25倍，所以我们选择AC-1电流为350A的接触器。

需要注意的是，接触器AC-1电流350A是基于GB/14048.4-2020温升要求70K，如果换算成GB/T18487.1中50K温升，其实际载流能力为295A，大于充电桩的最大运行电流272A，所以该型号接触器在桩内验证50K温升试验肯定没有问题。

640 (9).png

如果按充电桩标准GB/T18487.1-202X版，直接选用AC-1电流为280A的接触器，此时在充电桩50K温升的限制条件下，其实际载流能力只有236A，低于桩的最大运行电流272A，所以该型号接触器在桩内验证50K温升试验会有问题。

解决方案是选择AC-1电流至少为320A且符合GB14048.4标准70K温升要求的接触器，基本可以满足GB/T18487.1标准50K温升的要求；

或选择AC-1电流至少为272A且符合GB/T18487.1标准50K温升要求的接触器，如下表所示。

640 (10).png

四、总结

1、充电桩内交、直流接触器正常工作时几乎是无载接通、无载分断，尤其是对于直流接触器，充电桩标准GB/T18487.1明确要求其接通时系统控制充电电流峰值在20A以下，分断时系统降低电流至5A以下，所以充电桩内接触器的电寿命要求会远远低于负载为电动机的传统行业；

2、充电桩标准GB/T18487.1-2015对接触器的选型，要求接触器的额定电流不小于充电桩额定电流的1.25倍，其使用类别不能低于AC-1或DC-1；即将更新的GB/T18487.1-202X会删除1.25系数，但新旧版本标准对于接触器端子的温升都是50K，远低于接触器标准GB/T14048.4-2020要求的70K温升（镀银端子）；

3、接触器的选型一定要以满足GB/T18487.1标准50K温升为前提，选择的接触器要么是直接按充电桩标准GB/T18487.1要求的50K温升宣称的AC-1电流，要么按接触器标准GB/T14048.4要求的70K温升宣称的AC-1电流，再转换成GB/T18487.1标准50K温升对应的电流值。

4、国家电网的充电桩，接触器选型直接按AC-3电流匹配充电桩的额定电流。