Преглед на конекторите за високо напрежение
Високоволтовите конектори, известни още като конектори за високо напрежение, са вид автомобилни конектори. Те обикновено се отнасят до конектори с работно напрежение над 60V и са отговорни главно за предаване на големи токове.
Високоволтовите конектори се използват главно във високоволтови и високотокови вериги на електрически превозни средства. Те работят с проводници, за да пренасят енергията на батерийния пакет през различни електрически вериги до различни компоненти в системата на превозното средство, като например батерийни пакети, контролери на двигатели и DCDC конвертори. Високоволтовите компоненти, като например конвертори и зарядни устройства, се използват с помощта на проводници.
В момента съществуват три основни стандартни системи за високоволтови конектори, а именно LV стандартен щепсел, USCAR стандартен щепсел и японски стандартен щепсел. Сред тези три щепсела, LV в момента има най-голямо разпространение на вътрешния пазар и най-пълните технологични стандарти.
Диаграма на процеса на сглобяване на високоволтов конектор
Основна структура на високоволтовия конектор
Високоволтовите конектори са съставени главно от четири основни структури, а именно контактори, изолатори, пластмасови обвивки и аксесоари.
(1) Контакти: основни части, които осъществяват електрическите връзки, а именно мъжки и женски клеми, тръбни контакти и др.;
(2) Изолатор: поддържа контактите и осигурява изолацията между контактите, т.е. вътрешната пластмасова обвивка;
(3) Пластмасова обвивка: Обвивката на конектора осигурява подравняването на конектора и защитава целия конектор, т.е. външната пластмасова обвивка;
(4) Аксесоари: включително структурни аксесоари и монтажни аксесоари, а именно позициониращи щифтове, водещи щифтове, свързващи пръстени, уплътнителни пръстени, въртящи се лостове, заключващи конструкции и др.
Разглобен изглед на високоволтовия конектор
Класификация на високоволтови конектори
Високоволтовите конектори могат да бъдат разграничени по няколко начина. Дали конекторът има екранираща функция, броят на пиновете на конектора и т.н. - всичко това може да се използва за определяне на класификацията на конекторите.
1.Дали има екраниране или не
Високоволтовите конектори се разделят на неекранирани и екранирани според това дали имат екраниращи функции.
Неекранираните конектори имат сравнително проста структура, нямат екранираща функция и са сравнително ниски по цена. Използват се на места, които не изискват екраниране, като например електрически уреди, покрити с метални корпуси, като например зарядни вериги, вътрешни части за батерии и вътрешни части за управление.
Примери за конектори без екраниращ слой и без конструкция за блокиране при високо напрежение
Екранираните конектори имат сложна структура, изисквания за екраниране и относително висока цена. Подходящи са за места, където се изисква екранираща функция, например когато външната страна на електрическите уреди е свързана към високоволтови кабелни снопове.
Пример за конектор с екран и HVIL дизайн
2. Брой щепсели
Високоволтовите конектори се разделят според броя на портовете за свързване (PIN). В момента най-често използваните са 1P конектор, 2P конектор и 3P конектор.
1P конекторът има сравнително проста структура и ниска цена. Той отговаря на изискванията за екраниране и водоустойчивост на високоволтови системи, но процесът на сглобяване е малко сложен и възможността за повторна обработка е лоша. Обикновено се използва в батерии и двигатели.
2P и 3P конекторите имат сложна структура и относително висока цена. Те отговарят на изискванията за екраниране и хидроизолация на високоволтови системи и имат добра поддръжка. Обикновено се използват за DC вход и изход, като например на високоволтови батерии, клеми на контролери, DC изходни клеми на зарядни устройства и др.
Пример за 1P/2P/3P високоволтов конектор
Общи изисквания за високоволтови конектори
Високоволтовите конектори трябва да отговарят на изискванията, посочени в SAE J1742, и да имат следните технически изисквания:
Технически изисквания, посочени в SAE J1742
Елементи на дизайна на конекторите за високо напрежение
Изискванията към високоволтовите конектори във високоволтови системи включват, но не се ограничават до: високоволтови и токови характеристики; необходимостта от постигане на по-високи нива на защита при различни работни условия (като висока температура, вибрации, удар, прахо- и водоустойчивост и др.); възможност за инсталиране; добри електромагнитни екраниращи характеристики; цената трябва да бъде възможно най-ниска и издръжлива.
Съгласно горепосочените характеристики и изисквания, които високоволтовите конектори трябва да имат, в началото на проектирането на високоволтови конектори е необходимо да се вземат предвид следните конструктивни елементи и да се извърши целенасочена проверка на дизайна и тестовете.
Сравнителен списък на конструктивни елементи, съответстващи експлоатационни характеристики и проверъчни тестове на високоволтови конектори
Анализ на повреди и съответните мерки за високоволтови конектори
За да се подобри надеждността на дизайна на конектора, първо трябва да се анализира неговият режим на повреда, за да може да се извърши съответната превантивна проектна работа.
Конекторите обикновено имат три основни режима на повреда: лош контакт, лоша изолация и хлабаво закрепване.
(1) За лош контакт могат да се използват показатели като статично контактно съпротивление, динамично контактно съпротивление, сила на разделяне на един отвор, точки на свързване и устойчивост на вибрации на компонентите;
(2) При лоша изолация могат да се преценят съпротивлението на изолатора, скоростта на износване на изолатора, индикаторите за размер на изолатора, контактите и други части;
(3) За да се прецени надеждността на фиксирания и разглобяемия тип, могат да се тестват монтажните толеранси, моментът на издръжливост, силата на задържане на свързващия щифт, силата на вмъкване на свързващия щифт, силата на задържане при условия на натоварване на околната среда и други показатели на клемата и конектора.
След анализ на основните режими на повреда и форми на повреда на конектора, могат да се предприемат следните мерки за подобряване на надеждността на конструкцията на конектора:
(1) Изберете подходящия конектор.
Изборът на конектори трябва не само да отчита вида и броя на свързаните вериги, но и да улеснява състава на оборудването. Например, кръглите конектори са по-малко засегнати от климатични и механични фактори от правоъгълните, имат по-малко механично износване и са надеждно свързани с краищата на проводниците, така че кръглите конектори трябва да се избират колкото е възможно повече.
(2) Колкото по-голям е броят на контактите в един конектор, толкова по-ниска е надеждността на системата. Затова, ако пространството и теглото позволяват, опитайте се да изберете конектор с по-малък брой контакти.
(3) При избора на конектор трябва да се вземат предвид работните условия на оборудването.
Това е така, защото общият ток на натоварване и максималният работен ток на конектора често се определят въз основа на допустимата топлина при работа при най-високите температурни условия на околната среда. За да се намали работната температура на конектора, трябва да се вземат предвид условията за разсейване на топлината. Например, за свързване на захранването могат да се използват контакти, разположени по-далеч от центъра на конектора, което е по-благоприятно за разсейване на топлината.
(4) Водоустойчив и антикорозионен.
Когато конекторът работи в среда с корозивни газове и течности, за да се предотврати корозия, трябва да се обърне внимание на възможността за хоризонтален монтаж отстрани по време на монтажа. Когато условията изискват вертикален монтаж, трябва да се предотврати навлизането на течност в конектора по проводниците. Обикновено използвайте водоустойчиви конектори.
Ключови моменти при проектирането на контакти на високоволтови конектори
Технологията за контактно свързване изследва главно контактната площ и контактната сила, включително контактната връзка между клемите и проводниците, както и контактната връзка между клемите.
Надеждността на контактите е важен фактор за определяне на надеждността на системата и е също така важна част от целия монтаж на високоволтовия кабелен сноп.Поради суровата работна среда на някои клеми, проводници и конектори, връзката между клемите и проводниците, както и връзката между клемите и клемите, са склонни към различни повреди, като корозия, стареене и разхлабване поради вибрации.
Тъй като повреди в електрическите кабели, причинени от повреди, разхлабване, падане и повреда на контакти, представляват повече от 50% от повреди в цялата електрическа система, при проектирането на надеждността на високоволтовата електрическа система на превозното средство трябва да се обърне пълно внимание на проектирането на надеждността на контактите.
1. Контактна връзка между терминала и проводника
Връзката между клемите и проводниците се отнася до свързването между двете чрез процес на кримпване или ултразвуково заваряване. Понастоящем процесът на кримпване и ултразвуковото заваряване се използват често във високоволтови кабелни снопове, като всеки от тях има своите предимства и недостатъци.
(1) Процес на кримпване
Принципът на процеса на кримпване е чрез използване на външна сила просто физически да се притисне проводникът в кримпваната част на клемата. Височината, ширината, състоянието на напречното сечение и силата на опъване на клемата са основните показатели за качеството на кримпване на клемата, които определят качеството на кримпване.
Трябва да се отбележи обаче, че микроструктурата на всяка фино обработена твърда повърхност винаги е грапава и неравна. След кримпване на клемите и проводниците, контактът не е на цялата контактна повърхност, а на някои точки, разпръснати по контактната повърхност. Реалната контактна повърхност трябва да е по-малка от теоретичната контактна повърхност, което е и причината за високото контактно съпротивление при кримпване.
Механичното кримпване е силно повлияно от процеса на кримпване, като например налягане, височина на кримпване и др. Производственият контрол трябва да се осъществява чрез средства като анализ на височината на кримпване и профила/металографски анализ. Следователно, консистентността на кримпване при процеса на кримпване е средна, а износването на инструмента е голямо, а надеждността е средна.
Процесът на кримпване чрез механично кримпване е усъвършенстван и има широк спектър от практически приложения. Това е традиционен процес. Почти всички големи доставчици предлагат продукти за кабелни снопове, използващи този процес.
Профили за контакт на клеми и проводници, използващи процес на кримпване
(2) Процес на ултразвуково заваряване
Ултразвуковото заваряване използва високочестотни вибрационни вълни, които се предават към повърхностите на два обекта, които ще бъдат заварявани. Под налягане повърхностите на двата обекта се трият една в друга, за да се образува сливане между молекулярните слоеве.
Ултразвуковото заваряване използва ултразвуков генератор за преобразуване на ток с честота 50/60 Hz в електрическа енергия с честота 15, 20, 30 или 40 KHz. Преобразуваната високочестотна електрическа енергия се преобразува отново в механично движение със същата честота чрез преобразувателя, след което механичното движение се предава на заваръчната глава чрез набор от устройства с клаксони, които могат да променят амплитудата. Заваръчната глава предава получената вибрационна енергия към съединението на заварения детайл. В тази област вибрационната енергия се преобразува в топлинна енергия чрез триене, което води до разтопяване на метала.
По отношение на производителността, процесът на ултразвуково заваряване има малко контактно съпротивление и ниско прегряване от свръхток за дълго време; по отношение на безопасността е надежден и не се разхлабва лесно и не пада при дългосрочни вибрации; може да се използва за заваряване между различни материали; повлиява се от повърхностно окисление или покритие. След това качеството на заваряване може да се прецени чрез наблюдение на съответните форми на вълната на процеса на кримпване.
Въпреки че цената на оборудването за ултразвуковия заваръчен процес е сравнително висока и металните части, които ще се заваряват, не могат да бъдат твърде дебели (обикновено ≤5 мм), ултразвуковото заваряване е механичен процес и по време на целия процес на заваряване не протича ток, така че няма проблеми с топлопроводимостта и съпротивлението. Проблемите с топлопроводимостта и съпротивлението са бъдещите тенденции при заваряването на високоволтови кабелни снопове.
Клеми и проводници с ултразвуково заваряване и техните контактни напречни сечения
Независимо от процеса на кримпване или ултразвуково заваряване, след като клемата е свързана към проводника, силата на издърпване трябва да отговаря на стандартните изисквания. След като проводникът е свързан към конектора, силата на издърпване не трябва да бъде по-малка от минималната сила на издърпване.
Време на публикуване: 06 декември 2023 г.