Přehled vysokonapěťových konektorů
Vysokonapěťové konektory, také známé jako vysokonapěťové konektory, jsou typem automobilových konektorů. Obecně se jedná o konektory s provozním napětím nad 60 V a jsou zodpovědné především za přenos velkých proudů.
Vysokonapěťové konektory se používají hlavně ve vysokonapěťových a vysokonapěťových obvodech elektrických vozidel. Fungují s vodiči k přenosu energie z bateriového bloku přes různé elektrické obvody k různým součástem v systému vozidla, jako jsou baterie, regulátory motorů a DCDC měniče. Vysokonapěťové součástky, jako jsou měniče a nabíječky.
V současné době existují tři hlavní standardní systémy pro vysokonapěťové konektory, a to standardní zásuvné konektory LV, standardní zásuvné konektory USCAR a japonské standardní zásuvné konektory. Z těchto tří zásuvných konektorů má LV v současné době největší distribuci na domácím trhu a nejkompletnější procesní normy.
Schéma procesu montáže vysokonapěťového konektoru
Základní struktura vysokonapěťového konektoru
Vysokonapěťové konektory se skládají hlavně ze čtyř základních struktur, a to stykačů, izolátorů, plastových pouzder a příslušenství.
(1) Kontakty: jádrové součásti, které dokončují elektrická spojení, konkrétně samčí a samičí svorky, jazýčkové kontakty atd.;
(2) Izolátor: podpírá kontakty a zajišťuje izolaci mezi kontakty, tj. vnitřní plastový plášť;
(3) Plastový kryt: Kryt konektoru zajišťuje jeho správné zarovnání a chrání celý konektor, tj. vnější plastový kryt;
(4) Příslušenství: včetně konstrukčního příslušenství a instalačního příslušenství, zejména polohovacích čepů, vodicích čepů, spojovacích kroužků, těsnicích kroužků, otočných pák, zajišťovacích konstrukcí atd.
Rozložený pohled na vysokonapěťový konektor
Klasifikace vysokonapěťových konektorů
Vysokonapěťové konektory lze rozlišit několika způsoby. Klasifikaci konektorů lze definovat podle toho, zda má konektor stínící funkci, počtu pinů konektoru atd.
1.Zda je k dispozici stínění nebo ne
Vysokonapěťové konektory se dělí na nestíněné a stíněné podle toho, zda mají stínící funkce.
Nestíněné konektory mají relativně jednoduchou strukturu, žádnou stínící funkci a relativně nízké náklady. Používají se v místech, která nevyžadují stínění, jako jsou elektrická zařízení zakrytá kovovými pouzdry, jako jsou nabíjecí obvody, vnitřky bateriových bloků a vnitřky ovládacích prvků.
Příklady konektorů bez stínící vrstvy a bez konstrukce pro vysokonapěťové blokování
Stíněné konektory mají složitou strukturu, požadavky na stínění a relativně vysoké náklady. Jsou vhodné pro místa, kde je vyžadována funkce stínění, například tam, kde je vnější strana elektrických spotřebičů připojena k vysokonapěťovým kabelovým svazkům.
Konektor se stíněním a provedením HVIL Příklad
2. Počet zástrček
Vysokonapěťové konektory se dělí podle počtu připojovacích portů (PIN). V současné době se nejčastěji používají 1P konektor, 2P konektor a 3P konektor.
1P konektor má relativně jednoduchou strukturu a nízké náklady. Splňuje požadavky na stínění a vodotěsnost vysokonapěťových systémů, ale proces montáže je poněkud složitý a opravná operace je špatná. Obecně se používá v bateriových článkech a motorech.
2P a 3P konektory mají složitou konstrukci a relativně vysoké náklady. Splňují požadavky na stínění a vodotěsnost vysokonapěťových systémů a vyznačují se dobrou údržbou. Obecně se používají pro stejnosměrný vstup a výstup, například na vysokonapěťových bateriích, svorkách regulátorů, výstupních svorkách stejnosměrného proudu nabíječek atd.
Příklad vysokonapěťového konektoru 1P/2P/3P
Obecné požadavky na vysokonapěťové konektory
Vysokonapěťové konektory by měly splňovat požadavky specifikované normou SAE J1742 a splňovat následující technické požadavky:
Technické požadavky specifikované normou SAE J1742
Konstrukční prvky vysokonapěťových konektorů
Požadavky na vysokonapěťové konektory ve vysokonapěťových systémech zahrnují mimo jiné: výkon při vysokém napětí a proudu; nutnost dosáhnout vyšší úrovně ochrany za různých provozních podmínek (jako je vysoká teplota, vibrace, náraz, prachotěsnost a vodotěsnost atd.); možnost instalace; dobré elektromagnetické stínění; co nejnižší náklady a co nejtrvanlivější materiály.
Vzhledem k výše uvedeným vlastnostem a požadavkům, které by měly mít vysokonapěťové konektory, je třeba na začátku návrhu vysokonapěťových konektorů vzít v úvahu následující konstrukční prvky a provést cílené ověření návrhu a testů.
Srovnávací seznam konstrukčních prvků, odpovídající výkonnostní a ověřovací testy vysokonapěťových konektorů
Analýza poruch a odpovídající opatření vysokonapěťových konektorů
Aby se zlepšila spolehlivost návrhu konektoru, měl by být nejprve analyzován jeho způsob selhání, aby bylo možné provést odpovídající preventivní návrhové práce.
Konektory mají obvykle tři hlavní režimy selhání: špatný kontakt, špatná izolace a uvolněné upevnění.
(1) Pro posouzení špatného kontaktu lze použít ukazatele, jako je statický kontaktní odpor, dynamický kontaktní odpor, síla oddělující jednotlivé otvory, spojovací body a odolnost součástí proti vibracím;
(2) V případě špatné izolace lze detekovat izolační odpor izolátoru, rychlost degradace izolátoru v čase, indikátory velikosti izolátoru, kontaktů a dalších součástí.
(3) Pro posouzení spolehlivosti pevného a samostatného typu lze otestovat montážní toleranci, moment pevnosti, sílu uchycení spojovacího kolíku, sílu zasunutí spojovacího kolíku, sílu uchycení za podmínek namáhání prostředí a další ukazatele svorky a konektoru.
Po analýze hlavních režimů a forem poruch konektoru lze přijmout následující opatření ke zlepšení spolehlivosti konstrukce konektoru:
(1) Vyberte vhodný konektor.
Výběr konektorů by měl zohledňovat nejen typ a počet připojených obvodů, ale také s ohledem na složení zařízení. Například kruhové konektory jsou méně ovlivněny klimatickými a mechanickými faktory než obdélníkové konektory, mají menší mechanické opotřebení a jsou spolehlivě spojeny s konci vodičů, proto by se měly co nejvíce volit kruhové konektory.
(2) Čím větší je počet kontaktů v konektoru, tím nižší je spolehlivost systému. Pokud to tedy prostor a hmotnost dovolí, zkuste zvolit konektor s menším počtem kontaktů.
(3) Při výběru konektoru je třeba zohlednit provozní podmínky zařízení.
Je to proto, že celkový zatěžovací proud a maximální provozní proud konektoru se často určují na základě tepla povoleného při provozu za nejvyšších teplot okolního prostředí. Aby se snížila provozní teplota konektoru, je třeba plně zohlednit podmínky odvodu tepla konektorem. Například kontakty dále od středu konektoru lze použít k připojení napájecího zdroje, což lépe odvádí teplo.
(4) Voděodolné a antikorozní.
Pokud konektor pracuje v prostředí s korozivními plyny a kapalinami, je třeba z důvodu prevence koroze dbát na možnost horizontální instalace z boku. Pokud podmínky vyžadují vertikální instalaci, je třeba zabránit vniknutí kapaliny do konektoru podél vodičů. Obecně používejte vodotěsné konektory.
Klíčové body při návrhu kontaktů vysokonapěťových konektorů
Technologie kontaktních spojů zkoumá především kontaktní plochu a kontaktní sílu, včetně kontaktního spojení mezi svorkami a vodiči a kontaktního spojení mezi svorkami.
Spolehlivost kontaktů je důležitým faktorem při určování spolehlivosti systému a je také důležitou součástí celé sestavy vysokonapěťového kabelového svazku.Vzhledem k drsnému pracovnímu prostředí některých svorek, vodičů a konektorů je spojení mezi svorkami a vodiči a spojení mezi svorkami náchylné k různým poruchám, jako je koroze, stárnutí a uvolnění v důsledku vibrací.
Vzhledem k tomu, že poruchy elektrické kabeláže způsobené poškozením, uvolněním, odpadnutím a selháním kontaktů představují více než 50 % poruch v celém elektrickém systému, měla by se při návrhu spolehlivosti vysokonapěťového elektrického systému vozidla věnovat plná pozornost návrhu spolehlivosti kontaktů.
1. Kontaktní spojení mezi svorkou a vodičem
Spojení mezi svorkami a vodiči označuje spojení mezi nimi pomocí krimpovacího procesu nebo ultrazvukového svařování. V současné době se krimpovací proces a ultrazvukové svařování běžně používají ve vysokonapěťových kabelových svazcích, přičemž každý z nich má své výhody a nevýhody.
(1) Krimpovací proces
Princip krimpovacího procesu spočívá ve fyzickém vtlačení vodiče do krimpované části svorky pomocí vnější síly. Výška, šířka, průřez a tažná síla krimpovacího spoje jsou základními parametry kvality krimpování svorky, které určují kvalitu krimpování.
Je však třeba poznamenat, že mikrostruktura jakéhokoli jemně opracovaného pevného povrchu je vždy drsná a nerovná. Po krimpování svorek a vodičů se nejedná o kontakt celé kontaktní plochy, ale o kontakt několika bodů roztroušených po kontaktní ploše. Skutečná kontaktní plocha musí být menší než teoretická kontaktní plocha, což je také důvod, proč je kontaktní odpor krimpovacího procesu vysoký.
Mechanické krimpování je výrazně ovlivněno procesem krimpování, jako je tlak, výška krimpování atd. Řízení výroby je nutné provádět pomocí prostředků, jako je analýza výšky krimpování a profilu/metalografická analýza. Proto je konzistence krimpování průměrná a opotřebení nástroje je velké. Vliv je velký a spolehlivost průměrná.
Krimpovací proces mechanického krimpování je vyspělý a má širokou škálu praktických aplikací. Je to tradiční proces. Téměř všichni velcí dodavatelé mají produkty kabelových svazků, které tento proces používají.
Profily kontaktů svorek a vodičů krimpovacím procesem
(2) Proces ultrazvukového svařování
Ultrazvukové svařování využívá vysokofrekvenční vibrační vlny, které se přenášejí na povrchy dvou svařovaných předmětů. Pod tlakem se povrchy obou předmětů o sebe třou a dochází k fúzi mezi molekulárními vrstvami.
Ultrazvukové svařování využívá ultrazvukový generátor k přeměně proudu 50/60 Hz na elektrickou energii 15, 20, 30 nebo 40 kHz. Převedená vysokofrekvenční elektrická energie se přes měnič opět převádí na mechanický pohyb stejné frekvence a poté se mechanický pohyb přenáší do svařovací hlavy pomocí sady trychtýřových zařízení, která mohou měnit amplitudu. Svařovací hlava přenáší přijatou vibrační energii do spoje svařovaného obrobku. V této oblasti se vibrační energie třením přeměňuje na tepelnou energii, čímž se kov taví.
Z hlediska výkonu má ultrazvukové svařování malý kontaktní odpor a nízké přehřívání při nadproudu po dlouhou dobu; z hlediska bezpečnosti je spolehlivé a při dlouhodobých vibracích se snadno neuvolňuje a nespadá; lze jej použít pro svařování mezi různými materiály; je ovlivněn oxidací povrchu nebo povlakem. Dále lze kvalitu svařování posoudit sledováním příslušných průběhů krimpování.
Přestože jsou náklady na zařízení pro ultrazvukové svařování relativně vysoké a svařované kovové díly nemohou být příliš silné (obvykle ≤ 5 mm), ultrazvukové svařování je mechanický proces a během celého svařovacího procesu neprotéká žádný proud, takže nedochází k problémům s vedením tepla a odporem. Problémy s tepelnou vodivostí a rezistivitou jsou budoucími trendy svařování vysokonapěťových kabelových svazků.
Svorky a vodiče svařované ultrazvukem a jejich kontaktní průřezy
Bez ohledu na krimpovací proces nebo ultrazvukové svařování musí po připojení svorky k vodiči její odtrhovací síla splňovat normované požadavky. Po připojení vodiče ke konektoru by odtrhovací síla neměla být menší než minimální odtrhovací síla.
Čas zveřejnění: 6. prosince 2023