Dans les circuits alternatifs, le courant passe par zéro deux fois par cycle ; l'arc s'éteint naturellement au point de passage à zéro, ce qui rend la suppression de l'arc relativement simple. En revanche, les relais CC haute tension, qui utilisent l'estampage de feuilles de cuivre pour les relais EV, véhiculent une direction de courant constante sans point de passage à zéro naturel. Une fois qu'un arc se forme, il persiste entre les contacts ; des structures externes sont nécessaires pour refroidir, allonger et diviser l’arc pour parvenir à l’extinction. Cette absence de point de passage à zéro représente un défi technique majeur qui distingue les relais CC haute tension des relais CA conventionnels, imposant des exigences rigoureuses en matière de conception, de matériaux et de précision de fabrication des pièces internes estampées en cuivre.
Un arc continu continu peut atteindre des températures de plusieurs milliers de degrés Celsius, érodant continuellement les surfaces de contact et provoquant la fonte, l'évaporation et les éclaboussures du matériau de contact. La dégradation des contacts entraîne une augmentation des écarts de contact et une augmentation de la résistance de contact, ce qui à son tour intensifie la génération de chaleur pendant la fermeture, créant ainsi un cercle vicieux. Si l’énergie de l’arc n’est pas rapidement dissipée, l’intégrité de l’isolation de la chambre scellée peut être compromise ; à des tensions de bus CC allant de plusieurs centaines à plus de mille volts, cela crée un risque élevé de courts-circuits et d'incendies provoqués par des arcs électriques. La borne de contact interne en cuivre pour contacteur de relais EV HVDC sert à la fois d'éléments conducteurs et de supports élastiques, supportant une exposition prolongée aux augmentations de température, au rayonnement thermique de l'arc et aux chocs mécaniques cycliques ; tout non-respect des tolérances dimensionnelles ou des normes de qualité de surface aggrave encore les conditions de contact.
Pour relever le défi de l'extinction de l'arc CC, les relais CC haute tension emploient diverses stratégies de suppression : des chambres en céramique scellées remplies de gaz inerte ou d'hydrogène (exploitant la conductivité thermique élevée de l'hydrogène pour accélérer le refroidissement de l'arc) ; des structures d'éruption magnétique intégrées qui utilisent la force de Lorentz pour faire glisser, allonger et diviser l'arc, augmentant ainsi la résistance de la colonne d'arc pour obtenir l'extinction ; et des ampoules à vide dans certaines conceptions, qui reposent sur la rigidité diélectrique élevée du vide pour éteindre rapidement l'arc. Le fonctionnement stable de l'ensemble de l'ensemble d'extinction d'arc repose sur une borne d'estampage en cuivre de précision pour le relais de charge EV qui sert de chemins conducteurs, de supports à ressort et de supports de connexion de borne ; des facteurs tels que la planéité, le contrôle des bavures et la gestion du retour élastique de ces composants en cuivre ont un impact direct sur la précision de l'assemblage interne et la stabilité de la conductivité électrique.
Le choix du matériau des contacts doit également être adapté aux conditions de coupure DC. Les matériaux de contact composites, tels que l'oxyde d'argent-étain et l'oxyde d'argent-zinc, forment une structure de particules d'oxyde à des températures d'arc élevées ; cette structure inhibe l'écoulement de la matrice d'argent, réduisant ainsi le risque de soudage par contact. Les relais CC haute tension nécessitent des espaces de contact plus grands que les relais CA de même courant nominal pour prolonger le chemin de refroidissement de l'arc, tout en nécessitant simultanément une pression de contact suffisante pour maintenir une résistance de contact faible et stable. Cette pression est fournie par l'estampage en cuivre personnalisé associé pour le relais EV ; le matériau de base et le processus d'estampage déterminent la stabilité à long terme de la force du ressort, empêchant ainsi la dégradation des contacts provoquée par une rupture par fatigue.
Lors de la sélection de relais CC haute tension, les ingénieurs système doivent évaluer non seulement les paramètres de tension et de courant nominaux, mais également les courbes de pouvoir de coupure, le courant de coupure maximal et les constantes de temps de charge. Dans les circuits CC à inductance plus élevée, une plus grande énergie de champ magnétique est stockée au moment de la coupure, ce qui rend l'extinction de l'arc plus difficile. Si la constante de temps du circuit dépasse les limites testées du produit, un déclassement ou la sélection d'un dispositif avec des spécifications de coupure plus élevées devient nécessaire.
Le fonctionnement de relais CC haute tension dans des conditions de charge CC constitue essentiellement un défi de gestion de l’énergie de l’arc à l’échelle de la milliseconde. Cela nécessite une dissipation sûre de l'énergie de l'arc pour protéger les contacts et le boîtier scellé, tout en exigeant également que les bornes fixes internes en cuivre pour les relais haute tension de nouvelle énergie, telles que celles utilisées dans les relais EV, possèdent des dimensions précises, des propriétés mécaniques stables et une excellente conductivité pour garantir une fiabilité à long terme au sein du système haute tension du véhicule. Cela représente à la fois un défi majeur dans la conception de relais haute tension et un objectif technique clé pour le développement de composants estampés en cuivre.
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