Prehľad vysokonapäťových konektorov
Vysokonapäťové konektory, tiež známe ako vysokonapäťové konektory, sú typom automobilových konektorov. Vo všeobecnosti sa vzťahujú na konektory s prevádzkovým napätím nad 60 V a sú zodpovedné najmä za prenos veľkých prúdov.
Vysokonapäťové konektory sa používajú hlavne vo vysokonapäťových a vysokoprúdových obvodoch elektrických vozidiel. Fungujú s vodičmi na prenos energie z batériového bloku cez rôzne elektrické obvody do rôznych komponentov v systéme vozidla, ako sú batériové bloky, ovládače motora a DCDC meniče. Vysokonapäťové komponenty, ako sú meniče a nabíjačky.
V súčasnosti existujú tri hlavné štandardné systémy pre vysokonapäťové konektory, a to štandardný zásuvný konektor LV, štandardný zásuvný konektor USCAR a japonský štandardný zásuvný konektor. Spomedzi týchto troch zásuvných konektorov má LV v súčasnosti najväčší obeh na domácom trhu a najkompletnejšie procesné normy.
Schéma procesu montáže vysokonapäťového konektora
Základná štruktúra vysokonapäťového konektora
Vysokonapäťové konektory sa skladajú hlavne zo štyroch základných štruktúr, a to stýkačov, izolátorov, plastových krytov a príslušenstva.
(1) Kontakty: základné časti, ktoré dokončujú elektrické pripojenia, a to samčie a samičie svorky, jazýčkové kontakty atď.;
(2) Izolátor: podopiera kontakty a zaisťuje izoláciu medzi kontaktmi, teda vnútorný plastový plášť;
(3) Plastový kryt: Kryt konektora zaisťuje zarovnanie konektora a chráni celý konektor, teda vonkajší plastový kryt;
(4) Príslušenstvo: vrátane konštrukčného príslušenstva a montážneho príslušenstva, a to polohovacích kolíkov, vodiacich kolíkov, spojovacích krúžkov, tesniacich krúžkov, otočných pák, blokovacích konštrukcií atď.
Rozložený pohľad na vysokonapäťový konektor
Klasifikácia vysokonapäťových konektorov
Vysokonapäťové konektory možno rozlíšiť niekoľkými spôsobmi. Na definovanie klasifikácie konektorov možno použiť, či má konektor tieniacu funkciu, počet pinov konektora atď.
1.Či je tam tienenie alebo nie
Vysokonapäťové konektory sa delia na netienené a tienené konektory podľa toho, či majú tieniace funkcie.
Netienené konektory majú relatívne jednoduchú štruktúru, žiadnu tieniacu funkciu a relatívne nízke náklady. Používajú sa na miestach, ktoré nevyžadujú tienenie, ako sú elektrické spotrebiče pokryté kovovými puzdrami, ako sú nabíjacie obvody, vnútorné časti batériových blokov a vnútorné časti riadiacich jednotiek.
Príklady konektorov bez tieniacej vrstvy a bez konštrukcie blokovania pre vysoké napätie
Tienené konektory majú zložitú štruktúru, požiadavky na tienenie a relatívne vysoké náklady. Sú vhodné na miesta, kde je vyžadovaná funkcia tienenia, napríklad tam, kde sú vonkajšie elektrické spotrebiče pripojené k vysokonapäťovým káblovým zväzkom.
Príklad konektora s tienením a prevedením HVIL
2. Počet zástrčiek
Vysokonapäťové konektory sa delia podľa počtu pripojovacích portov (PIN). V súčasnosti sa najčastejšie používajú 1P konektor, 2P konektor a 3P konektor.
1P konektor má relatívne jednoduchú štruktúru a nízke náklady. Spĺňa požiadavky na tienenie a vodotesnosť vysokonapäťových systémov, ale proces montáže je trochu komplikovaný a opätovná funkčnosť je nízka. Všeobecne sa používa v batériových zdrojoch a motoroch.
2P a 3P konektory majú zložitú štruktúru a relatívne vysoké náklady. Spĺňajú požiadavky na tienenie a vodotesnosť vysokonapäťových systémov a majú dobrú údržbu. Všeobecne sa používajú na jednosmerný vstup a výstup, napríklad na vysokonapäťových batériách, svorkách ovládačov, výstupných svorkách jednosmerného prúdu nabíjačiek atď.
Príklad vysokonapäťového konektora 1P/2P/3P
Všeobecné požiadavky na vysokonapäťové konektory
Vysokonapäťové konektory by mali spĺňať požiadavky stanovené normou SAE J1742 a mali by mať nasledujúce technické požiadavky:
Technické požiadavky špecifikované v SAE J1742
Konštrukčné prvky vysokonapäťových konektorov
Požiadavky na vysokonapäťové konektory vo vysokonapäťových systémoch zahŕňajú okrem iného: výkon pri vysokom napätí a vysokom prúde; potrebu dosiahnuť vyššiu úroveň ochrany za rôznych pracovných podmienok (ako sú vysoké teploty, vibrácie, nárazy, prachotesnosť a vodotesnosť atď.); inštalovateľnosť; dobrý elektromagnetický tieniaci výkon; čo najnižšie náklady a čo najtrvanlivejšie.
Podľa vyššie uvedených charakteristík a požiadaviek, ktoré by mali mať vysokonapäťové konektory, je potrebné na začiatku návrhu vysokonapäťových konektorov zohľadniť nasledujúce konštrukčné prvky a vykonať cielené overenie návrhu a testovania.
Porovnávací zoznam konštrukčných prvkov, zodpovedajúci výkon a overovacie skúšky vysokonapäťových konektorov
Analýza porúch a zodpovedajúce opatrenia pre vysokonapäťové konektory
Aby sa zlepšila spoľahlivosť návrhu konektora, mal by sa najprv analyzovať jeho spôsob poruchy, aby sa mohli vykonať zodpovedajúce preventívne konštrukčné práce.
Konektory majú zvyčajne tri hlavné režimy poruchy: slabý kontakt, slabá izolácia a uvoľnené upevnenie.
(1) Na posúdenie slabého kontaktu možno použiť ukazovatele, ako je statický kontaktný odpor, dynamický kontaktný odpor, sila oddelenia jedného otvoru, spojovacie body a odolnosť komponentov voči vibráciám;
(2) V prípade slabej izolácie je možné zistiť izolačný odpor izolátora, rýchlosť opotrebovania izolátora, indikátory veľkosti izolátora, kontaktov a iných častí.
(3) Na posúdenie spoľahlivosti pevného a samostatného typu je možné otestovať montážnu toleranciu, moment vytrvalosti, silu zadržania spojovacieho kolíka, silu zasunutia spojovacieho kolíka, silu zadržania v podmienkach environmentálneho namáhania a ďalšie ukazovatele svorky a konektora.
Po analýze hlavných režimov porúch a foriem porúch konektora je možné prijať nasledujúce opatrenia na zlepšenie spoľahlivosti konštrukcie konektora:
(1) Vyberte vhodný konektor.
Výber konektorov by mal zohľadňovať nielen typ a počet pripojených obvodov, ale aj zohľadniť zloženie zariadenia. Napríklad kruhové konektory sú menej ovplyvnené poveternostnými a mechanickými faktormi ako obdĺžnikové konektory, majú menšie mechanické opotrebenie a sú spoľahlivo spojené s koncami vodičov, preto by sa mali čo najviac vyberať kruhové konektory.
(2) Čím väčší je počet kontaktov v konektore, tým nižšia je spoľahlivosť systému. Preto, ak to priestor a hmotnosť dovoľujú, skúste zvoliť konektor s menším počtom kontaktov.
(3) Pri výbere konektora by sa mali zohľadniť prevádzkové podmienky zariadenia.
Je to preto, že celkový zaťažovací prúd a maximálny prevádzkový prúd konektora sa často určujú na základe tepla povoleného pri prevádzke za najvyšších teplotných podmienok okolitého prostredia. Aby sa znížila prevádzková teplota konektora, mali by sa plne zohľadniť podmienky odvodu tepla konektora. Napríklad na pripojenie napájacieho zdroja je možné použiť kontakty ďalej od stredu konektora, čo je priaznivejšie pre odvod tepla.
(4) Vodotesné a antikorózne.
Ak konektor pracuje v prostredí s korozívnymi plynmi a kvapalinami, aby sa predišlo korózii, je potrebné počas inštalácie venovať pozornosť možnosti horizontálnej inštalácie zboku. Ak podmienky vyžadujú vertikálnu inštaláciu, je potrebné zabrániť vniknutiu kvapaliny do konektora pozdĺž vodičov. Vo všeobecnosti používajte vodotesné konektory.
Kľúčové body pri návrhu kontaktov vysokonapäťových konektorov
Technológia kontaktného pripojenia skúma najmä kontaktnú plochu a kontaktnú silu vrátane kontaktného spojenia medzi svorkami a vodičmi a kontaktného spojenia medzi svorkami.
Spoľahlivosť kontaktov je dôležitým faktorom pri určovaní spoľahlivosti systému a je tiež dôležitou súčasťou celej zostavy vysokonapäťového káblového zväzku.Vzhľadom na drsné pracovné prostredie niektorých svoriek, vodičov a konektorov je spojenie medzi svorkami a vodičmi a spojenie medzi svorkami a svorkami náchylné na rôzne poruchy, ako je korózia, starnutie a uvoľnenie v dôsledku vibrácií.
Keďže poruchy elektrického káblového zväzku spôsobené poškodením, uvoľnením, odpadnutím a poruchou kontaktov predstavujú viac ako 50 % porúch v celom elektrickom systéme, pri návrhu spoľahlivosti vysokonapäťového elektrického systému vozidla by sa mala venovať plná pozornosť návrhu spoľahlivosti kontaktov.
1. Kontaktné spojenie medzi svorkou a vodičom
Spojenie medzi svorkami a vodičmi sa vzťahuje na spojenie medzi nimi pomocou krimpovacieho procesu alebo ultrazvukového zvárania. V súčasnosti sa krimpovací proces a ultrazvukové zváranie bežne používajú vo vysokonapäťových káblových zväzkoch, pričom každý z nich má svoje výhody a nevýhody.
(1) Krimpovací proces
Princíp krimpovacieho procesu spočíva vo fyzickom vtlačení vodiča do krimpovanej časti svorky vonkajšou silou. Výška, šírka, prierez a ťažná sila krimpovania svorky sú základnými prvkami kvality krimpovania svorky, ktoré určujú kvalitu krimpovania.
Treba však poznamenať, že mikroštruktúra akéhokoľvek jemne opracovaného pevného povrchu je vždy drsná a nerovná. Po krimpovaní svoriek a vodičov sa nejedná o kontakt celej kontaktnej plochy, ale o kontakt niekoľkých bodov roztrúsených po kontaktnej ploche. Skutočná kontaktná plocha musí byť menšia ako teoretická kontaktná plocha, čo je tiež dôvodom, prečo je kontaktný odpor pri krimpovaní vysoký.
Mechanické krimpovanie je výrazne ovplyvnené procesom krimpovania, ako je tlak, výška krimpovania atď. Kontrola výroby sa musí vykonávať pomocou prostriedkov, ako je analýza výšky krimpovania a profilu/metalografická analýza. Preto je konzistencia krimpovania priemerná a opotrebenie nástroja je veľké. Vplyv je veľký a spoľahlivosť priemerná.
Krimpovací proces mechanického krimpovania je zrelý a má široké spektrum praktických aplikácií. Je to tradičný proces. Takmer všetci veľkí dodávatelia majú produkty káblových zväzkov, ktoré používajú tento proces.
Profily kontaktov svoriek a vodičov krimpovacím procesom
(2) Proces ultrazvukového zvárania
Ultrazvukové zváranie využíva vysokofrekvenčné vibračné vlny, ktoré sa prenášajú na povrchy dvoch zváraných predmetov. Pod tlakom sa povrchy dvoch predmetov o seba trú, čím sa vytvára spojenie medzi molekulárnymi vrstvami.
Ultrazvukové zváranie využíva ultrazvukový generátor na premenu prúdu s frekvenciou 50/60 Hz na elektrickú energiu s frekvenciou 15, 20, 30 alebo 40 kHz. Premenená vysokofrekvenčná elektrická energia sa cez menič opäť premieňa na mechanický pohyb s rovnakou frekvenciou a potom sa mechanický pohyb prenáša do zváracej hlavy prostredníctvom sady trúbkových zariadení, ktoré dokážu meniť amplitúdu. Zváracia hlava prenáša prijatú vibračnú energiu do spoja zváraného obrobku. V tejto oblasti sa vibračná energia trením premieňa na tepelnú energiu, čím sa kov taví.
Z hľadiska výkonu má proces ultrazvukového zvárania malý kontaktný odpor a nízke prehrievanie pri nadmernom prúde po dlhú dobu; z hľadiska bezpečnosti je spoľahlivý a pri dlhodobých vibráciách sa ľahko neuvoľňuje a nespadá; môže sa použiť na zváranie medzi rôznymi materiálmi; je ovplyvnený oxidáciou alebo povlakom povrchu. Ďalej; kvalitu zvárania možno posúdiť monitorovaním príslušných priebehov krimpovacieho procesu.
Hoci sú náklady na zariadenie pre ultrazvukové zváranie relatívne vysoké a kovové časti, ktoré sa majú zvárať, nemôžu byť príliš hrubé (zvyčajne ≤ 5 mm), ultrazvukové zváranie je mechanický proces a počas celého procesu zvárania nepreteká žiadny prúd, takže nie je problém s vedením tepla a odporom. Problémy s vedením tepla a odporom sú budúcimi trendmi zvárania vysokonapäťových káblových zväzkov.
Svorky a vodiče s ultrazvukovým zváraním a ich kontaktné prierezy
Bez ohľadu na krimpovací proces alebo ultrazvukové zváranie, po pripojení svorky k vodiču musí jej odtrhovacia sila spĺňať normové požiadavky. Po pripojení vodiča ku konektoru by odtrhovacia sila nemala byť menšia ako minimálna odtrhovacia sila.
Čas uverejnenia: 6. decembra 2023