如何选择冲击电流保护电路的继电器

在对气候变化的担忧日益加深、削减温室效益气体势在必行的形势下，太阳能发电的供电方法作为一种二氧化碳排放量少于化石燃料的清洁发电方法愈发引起广泛关注。但是，由于可再生资源的发电会受到天气及季节的影响，所以稳定供电成为难以解决的课题。而蓄电池可存储发电的电力，所以可在发电不稳定或电力需求较高时实现供电的稳定化。蓄电系统（ESS：Energy Storage System）为直流电源，所以充电/放电电路上都使用直流电路。在不断实现高电压化的蓄电系统上，直流电路的安全控制变得愈发重要。

在这些系统中，抑制电源接通后瞬间所生冲击电流的冲击电流防止电路（预充电路）和对设备内残留电气进行快速放电以确保使用安全性的放电电路发挥着重要作用。

何谓冲击电流？

冲击电流是指为设备接通电源后瞬间流动的、远远超出稳定值的大电流。在逆变器电路等上，为电容器接通电源时会先充电，所以刚接通电源后会流动极大电流。冲击电流是一种超出常规数十倍的电流，会对电路内的元件或配线施加很大负载，所以会引发元件损伤或电气干扰、功率损耗等问题。

为何需要冲击电流防止电路？

机械式继电器广泛用于电源开闭，主要用于确保高电压或大电流的安全通电、开闭。继电器一旦因过剩电气负载而损坏，电路就无法正常发挥功能，从而可能引发火灾。即使不会损坏，也会因元件的异常发热等而可能对电解电容器等周围元件造成恶劣影响。

近年来，随着设备的高电压化发展，确保电路整体安全所需的冲击电流防止电路愈发成为电路设计上的重要因素之一。此外，冲击电流防止电路还承担着稳定电路运行的重要职责。一旦产生冲击电流，即会导致电路的电源电压不稳定，从而使电子元件的性能下降。冲击电流防止电路可避免这样的不稳定状态，还可有效发挥稳定电路、确保正常运行的作用。

冲击电流防止电路结构

冲击电流防止电路是一种为了防止控制电气负载而使用的继电器等电子元件在接通电源时瞬间流动的大电流所致损伤而避免冲击电流流动的电路。

接通电源时（电容器中充满电为止）

在需要向逆变器电路等电容器充电的电路上，刚接通电源后会流动大电流（冲击电流）。因此，为了防止这种电流所致电路损伤，需另行设置编入了冲击电流防止电阻（预充电阻）的电流路径（旁通电路)，以便使电流在电容器充满电前流入冲击电流防止电阻。

这种冲击电流防止电阻在防止大电流流动时，无需继电器本身具有耐冲击电流性能。

虽然允许电流也会根据电路结构而异，但一般可使用10～20A电流的继电器。

电容器中充满电后

在电气已存储于电容器、电流变得足够小时，将电流流动路径切换为主电路。

何谓放电电路？

为何需要放电电路？

逆变器电路等上的放电电路是指使存储于电容器的电气进行放电的电路。即使切断电源，由于电气已存储于电容器内，所以直接接触连接器部将会导致触电。

在蓄电系统中，如果放电时间超过1.0秒，则有义务粘贴记载了电压下降至安全等级所需时间的警告标签。（JIS C4412-1）

要想确保安全使用，对电路内电气进行放电所需的电路不可或缺。

放电电路结构

放电电路通过向放电电阻流入电气，将电气转换为热能进行放电。由于在放电电路上也编入了与冲击电流防止电路相同的电阻，所以继电器本身无需流动大电流。

欧姆龙的哪些继电器适用于冲击电流防止电路/放电电路？

如上所述，冲击电流防止电路上编入了电阻，可防止冲击电流本身的流动，所以无需继电器本身具有耐冲击电流性能。

例如：在CHAdeMO协议会上统一的、最大可使用90kW直流的快速充电方法中，规定连接车辆接触器时流入充电连接器电源线的电流应在20A以下。

基于上述条件、适用于上图所示继电器①③的欧姆龙继电器产品阵容如下所示。在极为注重安全的电路上，您是否要考虑一下使用追求质量的欧姆龙大容量继电器呢？

用于欧姆龙的冲击电流防止电路/放电电路的大容量继电器产品阵容

欧姆龙通过丰富的产品阵容提供适用于客户应用的继电器。

通过计算公式轻松计算！

选择适用于应用的继电器

使用能够承受多大电流和电压的继电器比较好，取决于客户希望在接通电源后以多快的速度完成电容器的预充电（充电），也就是希望以多快的速度使设备进入运行状态。要想尽快进行预充电，则需要能够承受较大电流的继电器。

要求继电器在特定时间内完成预充电的电流值通过以下计算即可轻松算出。

以下图所示RC串联电路（以串联方式连接电阻与电容器的电路）为例进行说明。

开启继电器前，将存储于电容器中的电量Q[C]视为零。

如上所述，接通电源后所生大电流是电容器充满电前的过渡现象(非稳定状态)。随着时间变化流入电路的电流会逐渐变小至一定数值。

电流I[t]可通过以下公式进行计算。

在电阻以串联方式连接的电路上，电压将被分压为电容器和电阻的电压。

E（电源电压）＝E_C+E_R

电容器电压E_C可通过以下公式进行计算。

电容器电压从0开始，电气存储于电容器内，在完成预充电后，电压即会变为电源电压E。

相反，电阻电压从电源电压E开始，电流在电容器完成充电后就不会再流动，电阻电压变为0。

使用①和②的公式，预充电(充电)所需时间与电容器电源/电压的关系如下所示。

＜电路条件＞

电容器容量：C[uF]=5000uF

充电电阻：R[Ω]=47Ω

电源电压：设置为E[V]＝300V时

应使电容器电压尽量接近电源电压，否则将会产生较大的冲击电流。在上图所示的电路条件下，由于电源电压为E[V]＝300V，所以需将电容器电压接近300V的数值设置为预充电结束的电压值。

例如：将充电结束的电压值设置为295V。如果选择1秒即可使Ec[V]达到295V的电阻(R[Ω]= 47Ω)，则使用公式①，最大电流I[max]为6.4V。

也就是说，想要1秒结束预充电、并切换为无电阻的主电路时，选择可进行10A通电的继电器。请根据用户的设计选择适用的继电器。