高壓直流繼電器之所有越來越多行業(yè)和場景中有所應用，是因為近年來，隨著新能源電動汽車逐漸興起，驅動配電系統(tǒng)，原本主要在電力行業(yè)以及**、航天行業(yè)應用的高壓直流繼電器，高壓電器是相對于24V、48V低壓配電系統(tǒng)而言。低速電動車有些選擇60V和72V系統(tǒng)的電源配置，一般高速乘用車電壓都在200V以上，大巴更是可以達到600V以上。滿足這個電壓階段使用要求的繼電器，被稱為高壓直流繼電器。

高壓直流繼電器，壽命包括機械壽命和電壽命兩個參數(shù)。機械壽命的影響因素包括觸頭觸點材質、合分機構設計及制造水平等。電壽命的瓶頸主要在觸頭壽命。

一、磁場吹弧對高壓直流繼電器觸頭電壽命的影響

磁場的磁吹是利用永磁鐵或者電磁鐵產(chǎn)生一個磁場，磁場與電弧相互作用的方向是將電路拉向遠離動靜觸頭的方向。

隨著動觸頭的快速運動和磁吹作用的施加，電弧被拉長，弧阻迅速增加，使得電弧電流急劇下降，電弧的熱效力隨之下降。介質電離程度隨著溫度的下降而下降，電弧通道的導電能力下降。如果在拉弧的同時，在電弧向外移動的過程中，配合其他切割電弧、冷卻電弧的手段，則電弧會更快的熄滅。

減少燃弧時間，是對觸頭的重要保護手段。好的磁吹設計，必然能夠延長繼電器的壽命。磁吹，已經(jīng)在空間要求不太敏感的大功率繼電器、接觸器中廣為應用，而在小型繼電器中，只是個別產(chǎn)品設計了類似裝置。

二、環(huán)境氣壓對高壓直流繼電器觸頭電壽命的影響

為了縮短燃弧時間，除了使用上述磁吹手段拉弧以外，狹小空間內滅弧常常使用的方法還有，改變觸頭合分環(huán)境，給密封的滅弧室充入電離能高的氣體或者將滅弧室抽真空。

1. 高壓氣體電弧成因

電離能，氣態(tài)原子失去電子，變成陽離子的過程中，必須克服原子核對電子的吸引力，也就是將電子從原子軌道上拉出去成為自由電子的能量，就是這種元素的電離能。電離能越高，原子越不容易被電離，不容易變成陽離子，金屬性越弱；相反則容易失去電子變成陽離子，金屬性越強。在元素周期表中，電離能最高的是氦元素，因此氦氣可以被充滿密封滅弧室，提高繼電器滅弧的能力。

有很多研究解釋高壓氣體環(huán)境下的燃弧成因，一般觀點如下。高壓氣體腔內，燃弧分兩個階段進行。陰極觸頭在溫度或者電壓作用下，向外發(fā)射電子，被陽極接收到，形成第一步擊穿；電弧的初步形成，帶來了高溫和電離氣體陽離子，電弧的離子通路進一步擴大，形成更大規(guī)模的電弧。

2. 真空電弧成因

真空條件下，已經(jīng)沒有可供電離的介質，燃弧的難度很高，但仍然可以燃弧。在動靜觸頭分離的瞬間，觸頭上的金屬氣化，形成金屬離子通道，電弧在通道內形成。關于如何形成了這樣一個離子通道，有幾種不同的解釋。

第一種解釋高溫發(fā)射電子理論，認為陰極觸頭上存在著原始的缺陷，稱為斑點。認為斑點位置電阻比較大，通電過程中局部溫度比較高。在動靜觸頭將要分離的時候，高溫部分發(fā)射電子到陽極，初步形成電弧，電弧燃燒，觸頭材料氣化，進一步形成金屬蒸汽，進而形成真空中電?。?/span>

第二種解釋場致發(fā)射理論，認為當動靜觸頭之間的外加電壓足夠高時，陰極就具備了發(fā)射電子的能力。當動靜觸頭即將分開的瞬間，相互之間一般會存在最后接觸位置，且這個面積極小。場致發(fā)射的電子流通過這個極小的面積流向陽極，巨大的電流密度在陰極和陽極上都產(chǎn)生了劇烈的熱效應，使得融化從那一個點開始逐漸擴散至整個觸頭，觸頭表面融化，產(chǎn)生金屬蒸汽。更好的電離環(huán)境致使電子流的規(guī)模擴大，形成真空電弧。

3. 真空度：一般情形，真空度越高，越不容易被擊穿，越難以形成電弧。在理想的狀態(tài)下，介電強度能夠達到每0.1毫米10000V水平。但當真空度達到一定水平以后，進一步的提高將對降低擊穿電壓沒有幫助，如上面曲線所示，體現(xiàn)了真空度與擊穿電壓的關系。擊穿電壓越低，電弧越容易形成，并且越容易維持，也就是燃弧時間越長。真空度用氣壓直接衡量，氣壓越低真空度越高。

4. 真空密封滅弧室：獲得真空滅弧室，需要良好的材質和密封技術去實現(xiàn)。陶瓷密封和樹脂密封滅弧室，兩種密封滅弧室技術路線正在同時使用，誰也沒有取得明顯的優(yōu)勢。

陶瓷密封滅弧室，利用陶瓷的耐高溫特性，電弧溫度極高（中心可以達到5000℃），一般材料承受不了這樣的溫度，而陶瓷恰好可以滿足這個要求。但陶瓷實現(xiàn)密封，技術難度比較高。

樹脂材質的滅弧室，密封工藝性遠好于陶瓷，但其耐高溫特性不足。

三、機械參數(shù)對觸頭電壽命的影響

與觸頭電壽命相關的結構參數(shù)包括：觸點面積，分斷機構，觸頭接觸壓力等。

觸點面積，動靜觸頭較大的接觸面積，可以給電流提供更大的通路，減少接觸電阻，降低溫升。當繼電器閉合或者分斷時，小型燃弧帶來的熱量，觸點越大越容易散發(fā)出去，從而降低觸點融化的風險。

分斷機構，是繼電器設計之中的另一個技術要點。機構自身有穩(wěn)定的動作周期，從出發(fā)到最終運動到開距最大位置需要的時間，直接影響燃弧時間。

動靜觸頭的接觸壓力，動靜觸頭之間始終存在著接觸電阻，接觸壓力越大，電阻越小。較大的接觸壓力，能夠降低繼電器正常工作狀態(tài)下的電損耗和溫升；觸頭表面比較小的破損或者凸起的毛刺，在較大的壓力下，不會產(chǎn)生明顯的不良影響，并且在多次合分后，觸頭之間的沖擊力會抹平這些小瑕疵。

四、滅弧室的密封性

真空滅弧室不可能達到絕對的密封，殼體焊縫等都存在著漏氣的可能。在其設計指標里已經(jīng)包含了一個允許的漏氣系數(shù)，慢性漏氣是不可避免的。加之，繼電器在電動汽車上使用，隨時隨地的劇烈震動環(huán)境，也嚴重考驗著密封質量。

隨著進入密封腔的空氣越來越多，以及殼體密封性越來越差，滅弧室內的真空度逐漸降低，滅弧能力也會逐漸變差，這是影響繼電器壽命的一個重要因素。