Prezentare generală a conectorului de înaltă tensiune
Conectorii de înaltă tensiune, cunoscuți și sub denumirea de conectori de înaltă tensiune, sunt un tip de conector auto. Aceștia se referă, în general, la conectori cu o tensiune de funcționare peste 60V și sunt responsabili în principal pentru transmiterea curenților mari.
Conectorii de înaltă tensiune sunt utilizați în principal în circuitele de înaltă tensiune și curent înalt ale vehiculelor electrice. Aceștia funcționează împreună cu fire pentru a transporta energia pachetului de baterii prin diferite circuite electrice către diverse componente din sistemul vehiculului, cum ar fi pachetele de baterii, controlerele motorului și convertoarele DCDC. Componente de înaltă tensiune, cum ar fi convertoarele și încărcătoarele.
În prezent, există trei sisteme standard principale pentru conectorii de înaltă tensiune, și anume conectorii standard LV, conectorii standard USCAR și conectorii standard japonezi. Dintre aceste trei conectori, LV are în prezent cea mai mare circulație pe piața internă și cele mai complete standarde de proces.
Diagrama procesului de asamblare a conectorilor de înaltă tensiune
Structura de bază a unui conector de înaltă tensiune
Conectorii de înaltă tensiune sunt compuși în principal din patru structuri de bază, și anume contactoare, izolatoare, carcase din plastic și accesorii.
(1) Contacte: piese centrale care completează conexiunile electrice, și anume terminale mascul și femelă, lamele reed etc.;
(2) Izolator: susține contactele și asigură izolația dintre contacte, adică învelișul interior din plastic;
(3) Carcasă din plastic: Carcasa conectorului asigură alinierea conectorului și protejează întregul conector, adică carcasa exterioară din plastic;
(4) Accesorii: inclusiv accesorii structurale și accesorii de instalare, și anume știfturi de poziționare, știfturi de ghidare, inele de conectare, inele de etanșare, pârghii rotative, structuri de blocare etc.
Vedere explodată a conectorului de înaltă tensiune
Clasificarea conectorilor de înaltă tensiune
Conectorii de înaltă tensiune pot fi distinși în mai multe moduri. Clasificarea conectorilor poate fi definită atât prin funcția de ecranare a conectorului, cât și prin numărul de pini ai acestuia.
1.Indiferent dacă există sau nu ecranare
Conectorii de înaltă tensiune sunt împărțiți în conectori neecranați și conectori ecranați în funcție de funcțiile lor de ecranare.
Conectorii neecranați au o structură relativ simplă, nu au funcție de ecranare și au un cost relativ scăzut. Sunt utilizați în locații care nu necesită ecranare, cum ar fi aparatele electrice acoperite cu carcase metalice, cum ar fi circuitele de încărcare, interiorul pachetelor de baterii și interiorul panourilor de control.
Exemple de conectori fără strat de ecranare și fără design de interblocare de înaltă tensiune
Conectorii ecranați au structuri complexe, cerințe de ecranare și costuri relativ ridicate. Sunt potriviți pentru locuri unde este necesară funcția de ecranare, cum ar fi acolo unde exteriorul aparatelor electrice este conectat la cablaje de înaltă tensiune.
Conector cu ecranare și exemplu de design HVIL
2. Numărul de prize
Conectorii de înaltă tensiune sunt împărțiți în funcție de numărul de porturi de conectare (PIN). În prezent, cei mai utilizați sunt conectorul 1P, conectorul 2P și conectorul 3P.
Conectorul monofilament are o structură relativ simplă și un cost redus. Îndeplinește cerințele de ecranare și impermeabilizare ale sistemelor de înaltă tensiune, dar procesul de asamblare este puțin complicat, iar operabilitatea la refabricare este slabă. Este utilizat în general în pachete de baterii și motoare.
Conectorii 2P și 3P au structuri complexe și costuri relativ ridicate. Aceștia îndeplinesc cerințele de ecranare și impermeabilizare ale sistemelor de înaltă tensiune și au o bună mentenanță. Sunt utilizați în general pentru intrare și ieșire de curent continuu, cum ar fi la pachetele de baterii de înaltă tensiune, terminalele controlerului, terminalele de ieșire de curent continuu ale încărcătorului etc.
Exemplu de conector de înaltă tensiune 1P/2P/3P
Cerințe generale pentru conectorii de înaltă tensiune
Conectorii de înaltă tensiune trebuie să respecte cerințele specificate de SAE J1742 și să aibă următoarele cerințe tehnice:
Cerințe tehnice specificate de SAE J1742
Elemente de design ale conectorilor de înaltă tensiune
Cerințele pentru conectorii de înaltă tensiune din sistemele de înaltă tensiune includ, dar nu se limitează la: performanță la tensiune înaltă și curent ridicat; necesitatea de a putea atinge niveluri mai ridicate de protecție în diverse condiții de lucru (cum ar fi temperatură ridicată, vibrații, impact, rezistență la praf și apă etc.); instalabilitate ușoară; ecranare electromagnetică bună; costul trebuie să fie cât mai mic posibil și durabil.
Conform caracteristicilor și cerințelor de mai sus pe care ar trebui să le aibă conectorii de înaltă tensiune, la începutul proiectării conectorilor de înaltă tensiune, trebuie luate în considerare următoarele elemente de proiectare și se efectuează o verificare specifică a proiectării și testelor.
Listă comparativă a elementelor de proiectare, a performanței corespunzătoare și a testelor de verificare a conectorilor de înaltă tensiune
Analiza defecțiunilor și măsurile corespunzătoare ale conectorilor de înaltă tensiune
Pentru a îmbunătăți fiabilitatea proiectării conectorilor, trebuie mai întâi analizat modul de defecțiune al acestora, astfel încât să se poată efectua lucrările de proiectare preventivă corespunzătoare.
Conectorii au de obicei trei moduri principale de defectare: contact slab, izolație slabă și fixare slăbită.
(1) Pentru un contact slab, se pot utiliza indicatori precum rezistența statică la contact, rezistența dinamică la contact, forța de separare a unei singure găuri, punctele de conectare și rezistența la vibrații a componentelor;
(2) Pentru o izolație slabă, se pot detecta rezistența izolației izolatorului, rata de degradare în timp a izolatorului, indicatorii de dimensiune ai izolatorului, contactele și alte componente pentru a evalua;
(3) Pentru fiabilitatea tipului fix și detașabil, se pot testa toleranța de asamblare, momentul de rezistență, forța de reținere a pinului de conectare, forța de inserție a pinului de conectare, forța de reținere în condiții de stres ambiental și alți indicatori ai terminalului și conectorului.
După analizarea principalelor moduri de defecțiune și forme de defecțiune ale conectorului, se pot lua următoarele măsuri pentru a îmbunătăți fiabilitatea designului conectorului:
(1) Selectați conectorul corespunzător.
Alegerea conectorilor nu ar trebui să ia în considerare doar tipul și numărul de circuite conectate, ci și să faciliteze compoziția echipamentului. De exemplu, conectorii circulari sunt mai puțin afectați de factorii climatici și mecanici decât conectorii dreptunghiulari, au o uzură mecanică mai mică și sunt conectați fiabil la capetele firelor, așadar conectorii circulari ar trebui selectați cât mai mult posibil.
(2) Cu cât numărul de contacte dintr-un conector este mai mare, cu atât fiabilitatea sistemului este mai mică. Prin urmare, dacă spațiul și greutatea permit, încercați să alegeți un conector cu un număr mai mic de contacte.
(3) La selectarea unui conector, trebuie luate în considerare condițiile de funcționare ale echipamentului.
Acest lucru se datorează faptului că curentul total de sarcină și curentul maxim de funcționare al conectorului sunt adesea determinate pe baza căldurii admise atunci când funcționează în condițiile de temperatură maximă ale mediului înconjurător. Pentru a reduce temperatura de funcționare a conectorului, trebuie luate în considerare pe deplin condițiile de disipare a căldurii ale conectorului. De exemplu, se pot utiliza contacte mai îndepărtate de centrul conectorului pentru a conecta sursa de alimentare, ceea ce este mai favorabil disipării căldurii.
(4) Impermeabil și anticoroziv.
Când conectorul funcționează într-un mediu cu gaze și lichide corozive, pentru a preveni coroziunea, trebuie acordată atenție posibilității de instalare orizontală din lateral în timpul instalării. Când condițiile necesită instalare verticală, trebuie împiedicată pătrunderea lichidului în conector de-a lungul cablurilor. În general, utilizați conectori impermeabili.
Puncte cheie în proiectarea contactelor conectorilor de înaltă tensiune
Tehnologia conexiunilor de contact examinează în principal aria de contact și forța de contact, inclusiv conexiunea de contact dintre terminale și fire și conexiunea de contact dintre terminale.
Fiabilitatea contactelor este un factor important în determinarea fiabilității sistemului și este, de asemenea, o parte importantă a întregului ansamblu de cablaje de înaltă tensiune.Din cauza mediului de lucru dificil al unor terminale, fire și conectori, conexiunea dintre terminale și fire, precum și conexiunea dintre terminale și terminale, este predispusă la diverse defecțiuni, cum ar fi coroziunea, îmbătrânirea și slăbirea din cauza vibrațiilor.
Întrucât defecțiunile cablajului electric cauzate de deteriorare, slăbire, cădere și defectare a contactelor reprezintă peste 50% din defecțiunile întregului sistem electric, trebuie acordată o atenție sporită proiectării fiabilității contactelor în cadrul proiectării fiabilității sistemului electric de înaltă tensiune al vehiculului.
1. Conexiune de contact între terminal și fir
Conexiunea dintre terminale și fire se referă la conexiunea dintre cele două printr-un proces de sertizare sau un proces de sudare cu ultrasunete. În prezent, procesul de sertizare și procesul de sudare cu ultrasunete sunt utilizate în mod obișnuit în cablajele de înaltă tensiune, fiecare având propriile avantaje și dezavantaje.
(1) Procesul de sertizare
Principiul procesului de sertizare este utilizarea forței externe pentru a strânge fizic firul conductor în partea sertizată a terminalului. Înălțimea, lățimea, starea secțiunii transversale și forța de tracțiune a sertizării terminalelor sunt elementele esențiale ale calității sertizării terminalelor, care determină calitatea sertizării.
Totuși, trebuie menționat că microstructura oricărei suprafețe solide prelucrate fin este întotdeauna rugoasă și neuniformă. După sertizarea terminalelor și a firelor, contactul nu se realizează pe întreaga suprafață de contact, ci pe unele puncte împrăștiate pe suprafața de contact. Suprafața de contact reală trebuie să fie mai mică decât suprafața de contact teoretică, acesta fiind și motivul pentru care rezistența de contact în procesul de sertizare este mare.
Sertizarea mecanică este influențată în mare măsură de procesul de sertizare, cum ar fi presiunea, înălțimea de sertizare etc. Controlul producției trebuie efectuat prin mijloace precum înălțimea de sertizare și analiza profilului/analiza metalografică. Prin urmare, consistența sertizării în procesul de sertizare este medie, iar uzura sculei este mare, iar fiabilitatea este medie.
Procesul de sertizare mecanică este matur și are o gamă largă de aplicații practice. Este un proces tradițional. Aproape toți furnizorii mari au produse de cablaj care utilizează acest proces.
Profile de contacte pentru terminale și fire prin sertizare
(2) Procesul de sudare cu ultrasunete
Sudarea cu ultrasunete utilizează unde de vibrații de înaltă frecvență pentru a se transmite la suprafețele a două obiecte care urmează să fie sudate. Sub presiune, suprafețele celor două obiecte se freacă una de cealaltă pentru a forma fuziune între straturile moleculare.
Sudarea cu ultrasunete utilizează un generator de ultrasunete pentru a converti curentul de 50/60 Hz în energie electrică de 15, 20, 30 sau 40 KHz. Energia electrică de înaltă frecvență convertită este convertită din nou în mișcare mecanică de aceeași frecvență prin intermediul traductorului, iar apoi mișcarea mecanică este transmisă capului de sudare printr-un set de dispozitive cu claxon care pot modifica amplitudinea. Capul de sudare transmite energia vibrațională primită la îmbinarea piesei de prelucrat care urmează să fie sudată. În această zonă, energia vibrațională este convertită în energie termică prin frecare, topind metalul.
În ceea ce privește performanța, procesul de sudare cu ultrasunete are o rezistență de contact mică și o supraîncălzire redusă pentru o perioadă lungă de timp; în ceea ce privește siguranța, este fiabil și nu se slăbește și nu se desprinde ușor sub vibrații pe termen lung; poate fi utilizat pentru sudarea între diferite materiale; este afectat de oxidarea suprafeței sau de acoperire. În continuare, calitatea sudării poate fi evaluată prin monitorizarea formelor de undă relevante ale procesului de sertizare.
Deși costul echipamentului pentru procesul de sudare cu ultrasunete este relativ ridicat, iar piesele metalice care urmează să fie sudate nu pot fi prea groase (în general ≤5 mm), sudarea cu ultrasunete este un proces mecanic și nu circulă curent pe parcursul întregului proces de sudare, deci nu există... Problemele legate de conductivitatea căldurii și rezistivitatea sunt tendințele viitoare ale sudării cablajelor de înaltă tensiune.
Terminale și conductori sudați cu ultrasunete și secțiunile lor transversale de contact
Indiferent de procesul de sertizare sau de sudură cu ultrasunete, după conectarea terminalului la fir, forța de tracțiune a acestuia trebuie să îndeplinească cerințele standard. După conectarea firului la conector, forța de tracțiune nu trebuie să fie mai mică decât forța minimă de tracțiune.
Data publicării: 06 dec. 2023