New Energy Vehicle High Voltage Connector Technology

Poslednjih godina, svjetski poznate kompanije za konektore preselile su svoje proizvodne baze u Kinu. Kina je postala najveća svjetska baza za proizvodnju konektora. Nakon godina akumulacije tehnologije, konektori moje zemlje su ispunili tehnički nivo potreban za visokonaponske konektore za vozila nove energije u smislu mogućnosti dizajna i mogućnosti automatizirane proizvodnje. Pod pretpostavkom da su daljnji proizvođači lokalizirani i imaju dovoljno tehničkih mogućnosti, domaći proizvođači su zauzeli najvišu tačku u visokonaponskim konektorima za vozila nove energije, kao što je Sichuan Yonggui, AVIC Optoelectronics, Basba i druge poznate kompanije.

Harmonizirani sistem se sastoji od Rosenberger HV konektora za strujna opterećenja do 50 A i 450 A za prečnike kablova od 2 x 4 mm² do 120 mm² kao i jedinice za distribuciju energije za sklopove specifične za kupca. Generacija 48V konektora će biti dostupna na zahtjev.

Sistem konektora HVR300 je trenutno u fazi razvoja i dostupan je na zahtjev. Ima maksimalnu nosivost struje od 320A u kombinaciji s minimalnim zahtjevima za prostorom. Portfolio proizvoda uključuje 2-polnu kutnu spojnicu za oklopljene kablove i poprečni presjek kabla 70 mm² zajedno sa odgovarajućim zaglavljem. Poprečni presjek od 50 mm² je dostupno na zahtjev. Mehanizam za zaključavanje poluge je osiguran dodatnim klizačem (CPA – Osiguranje položaja konektora) kako bi se spriječilo slučajno rasparivanje.

Konektori HVR420 imaju najveću strujnu nosivost od 420A čak iu 95 mm² varijanta. Sa najvećim poprečnim presjekom kabla od 120 mm², jačine struje do 450A mogu se postići na temperaturi od 85°C. Dodatni mehanizam za zaključavanje klizača sprečava slučajno prekidanje veze u aplikacijama kao što je punjenje baterija električnih vozila do 450 kWh.

Novo energetsko električno vozilo EV 110-750V 2300A struja visokog napona HV vodootporna linija za pohranu energije 6mm silikonski kabel 2-5 Pin Plug konektor

Kina Fabrika kablova za kablove za električna vozila sa visokim naponom Kabel za bateriju AC1000V DC1500V Visokonaponski EV kabl Proizvodnja

Visokonaponski konektor i visokonaponska žica za nova energetska vozila

1-Tehnička analiza visokonaponskih konektora:
1.1 Primena visokonaponskih konektora u sistemima vozila
U poređenju sa tradicionalnim visokonaponskim i visokostrujnim konektorima, uslovi upotrebe konektora za vozila nove energije su složeniji i promenljiviji, zahtijevaju veću pouzdanost konektora;
U poređenju sa tradicionalnim niskonaponskim automobilskim konektorima, zbog povećanja nivoa napona (trenutno su glavni naponi veći od 300V DC), povećan je rizik od ozljeda ljudskog tijela strujnim udarom, a sigurnosni zahtjevi za konektore su viši. Stoga, zahtjevi za izolacijom i zaštitom proizvoda su veći od onih kod tradicionalnih niskonaponskih priključaka.
Osnovna funkcija konektora za vozila nove energije je da obezbede visokonaponski sistem interkonekcije celog vozila. To je, izgradnju mosta gdje je unutrašnje kolo blokirano ili izolirano kako bi se omogućilo protok struje.
Sastav konektora za vozila za novu energiju generalno se može podijeliti na tri dijela: pomoćne strukture kao što su školjke i pečati, izolacijski dijelovi, i provodne kontaktne parove. Kroz umetanje i međusobnu saradnju između omotača utikača i omotača utičnice, mogu se postići funkcije veze i provodljivosti.
Visokonaponski konektori se uglavnom koriste u visokonaponskim i visokostrujnim krugovima novih energetskih vozila, i rade istovremeno sa provodljivim kablovima za prenos energije baterije do različitih komponenti u sistemu vozila kroz različite električne krugove. Kao što su baterije, kontroleri motora, DCDC pretvarači, punjače i druge jedinice za napajanje karoserije.
Figura: Shema rasporeda visokonaponskih konektora koji se koriste u sistemima vozila.

1.2 Analiza ključnih stavki u dizajnu visokonaponskih konektora
1.2.1 Vrijednosti krive porasta temperature i smanjenja snage
Porast temperature je jedan od najvažnijih kritičnih stavki u dizajnu konektora. Nenormalan porast temperature će uzrokovati ablaciju konektora zbog prevelikog porasta temperature.
Na porast temperature konektora utiču sljedeći faktori:
1. Otpor kontakta: koristi se za provodnu vezu, otpor između dva kontaktna nosača. Kao što je pinhole-to-pin kontakt otpor, otpornost na savijanje između repa i žice, i kontaktni otpor između bakarnih ploča s navojem.
2. Materijalno grijanje okoline: Kada je konektor dugo vremena u okruženju visoke temperature, materijali koji se koriste u konektoru su inženjerske plastike, metal, guma, itd. Posebno, inženjerske plastike zahtijevaju maksimalnu radnu temperaturu od 140°C. Međutim, kada je temperatura okoline proizvoda previsoka, konektor generiše toplotu zbog sopstvenog unutrašnjeg otpora kontakta i postiže termičku ravnotežu. Pored toga, temperatura okoline je viša od maksimalno dozvoljene radne temperature materijala. U ovom trenutku, ako je konektor u ovom okruženju duže vrijeme i unutrašnji dio konektora se zagrije i unutrašnja temperatura se ne može isprazniti, unutrašnja temperatura će nastaviti da raste i konektor će stvarati mnogo toplote. To može dovesti do ablacije konektora i paljenja vozila, što je veoma ozbiljan problem. I gumeni i metalni materijali imaju ograničenja maksimalne radne temperature, koje treba uzeti u obzir prilikom projektovanja.

3. Spajanje krajeva ploča: Ako su pri projektovanju potrebni vijci, moraju se poduzeti preventivne mjere kako bi se spriječilo labavljenje tokom porođaja; u isto vreme, prilikom spajanja vijaka, Ispitivanje momenta mora se izvršiti u skladu sa radnim specifikacijama. U slučaju vijčanih spojeva provodnih dijelova, jedan od glavnih načina kvara je da se moment zatezanja ne kontrolira prema zahtjevima zakretnog momenta, što rezultira abnormalnim porastom temperature i ablacijom spojnih dijelova.
4. Kriva smanjenja snage: Sada razgovarajmo o krivulji smanjenja vrijednosti. Po mom shvatanju, krivulja smanjenja performansi je poput odabira proizvoda koji treba koristiti u određenom okruženju. U ovom trenutku, prilikom odabira proizvoda, morate odrediti koji asortiman proizvoda birate na osnovu vrijednosti atributa proizvoda. Kriva smanjenja snage visokonaponskih konektora je da kupcima pruži meni, a kupci na osnovu ovog menija mogu izabrati svoja odgovarajuća jela po sopstvenom ukusu.
Kriva smanjenja snage su različite vrijednosti koje odgovaraju različitim strujama pri različitim radnim temperaturama okoline. Ove vrijednosti se dobijaju iscrtavanjem grafika krive. Sa ovim grafikom krive smanjenja vrijednosti, uslovi korišćenja ovog konektora mogu se videti intuitivnije.

20Visokonaponski automobilski konektori za električna vozila

Tvornički prilagođeni za punjenje visokonaponskih EV konektora – Automotive Connector, Vehicle Connector

Visokonaponski konektori izdržavaju do 450A u električnim vozilima

Figura: Ilustracija porasta temperature i krive smanjenja snage – grafik krive smanjenja snage
1.2.2 Visokonaponska blokada (REST)
Za kompletan visokonaponski sistem interkonekcije, kako bi se osigurala sigurnost visokonaponskog sistema prilikom uključivanja i isključivanja, koncept visokonaponske blokade uvodi se u dizajn priključka.
Jednostavan opis je kada je konektor priključen i povezan, visokonaponsko kolo prvo kontaktira i provodi, a zatim se provodi visokonaponski signalni krug blokade. Prilikom lomljenja, prvo se prekida visokonaponski signal blokade, i tada je visokonaponsko kolo prekinuto.
Većina proizvođača konektora će postaviti visokonaponski dizajn blokade unutar konektora, a neki proizvođači će postaviti visokonaponsku blokadu izvan šupljine za spajanje kroz pomoćni strukturalni dizajn. Vrlo je važno osigurati stabilnost visokonaponske petlje blokade.
Ako je visokonaponsko blokiranje diskontinuirano, moguće posledice će biti teške. Na primjer, dok vozilo vozi, signal visokonaponskog sklopa za blokadu iznenada postaje nenormalan, uzrokujući da vozilo iznenada izgubi snagu i ne radi normalno, što može izazvati saobraćajnu nesreću.
1.2.3 Struktura zaključavanja
Shvatite da prava sekundarna brava nema funkciju sekundarne zaštite, ali ga mora efikasno zaštititi. Pravo značenje ovoga je da nakon primarnog zaključavanja, ako primarno zaključavanje ne uspije ili nema provjere rada, sekundarna brava osigurava da je primarna brava zaključana i da je prva brava zaštićena. Ovo je veoma važna uloga.
Najčešće korištena sekundarna struktura zaključavanja u kombinaciji s primarnom bravom je mehanizam za prinudno zaključavanje. Zato što je jednokratno zaključavanje povezano sa silom umetanja i izvlačenja, prema mehaničkom konceptu dizajna potreban je oblik sličan mehanizmu sile sile, kako bi se uštedio rad i lako umetnuo konektor na svoje mjesto.
Što se tiče zahtjeva za trenutnu ruku, USCAR mnogo govori o ergonomskoj operabilnosti moment ruke. USCAR također propisuje zahtjeve sile za relevantne primarne i sekundarne brave u umetnutim i neumetnutim situacijama. U stvari, svi mislimo da je USCAR standard za konektore, ali mislim da USCAR standard nije samo tehnički standard, ali i vodi dizajnere da učine strukturu pouzdanom tokom procesa projektovanja. Kako kupcima pružiti bolje iskustvo proizvoda na osnovu pouzdane strukture i performansi.
Slika: Slike relativno uobičajenih proizvoda za zaključavanje

1.2.4 Nivo zaštite
Zaštita konektora je uglavnom podijeljena na tri načina:
Prva je brtva na kraju ploče: kraj ploče je kraj konektora koji se ugrađuje mehanički sa četiri vijka. Ovo je struktura koja se češće koristi, ali postoje i neke posebne strukture.

Druga je utična brtva na bazi glave: utikač na bazi glave znači da muški kraj uključuje i ženski kraj, ili ženski kraj uključuje muški kraj, a gumeni dijelovi se koriste u sredini za radijalnu i aksijalnu zaštitu.

Treća je zaptivka na kraju linije, zaštitnu brtvu između krajnjeg konektora linije i kabla.

Za visokonaponske konektore za električna vozila, sa razvojem tržišta, Zahtjevi za performanse OEM-a za zaštitu proizvoda također se stalno poboljšavaju. U ranim fazama razvoja industrije, zahtjevi zaštite IPI67 već mogu zadovoljiti veliku većinu kupaca. Međutim, pošto se kasnije na tržištu pojavila zaštita konektorskih proizvoda, sve je više slučajeva curenja vode, kvar izolacije, pa čak i ablacija.
Postepeno poboljšanje zahtjeva zaštite postalo je trend razvoja električnih vozila. Trenutni zahtjevi IP67 ne mogu zadovoljiti zahtjeve normalne upotrebe. Naravno, ovo nije apsolutno, a zavisi i od lokacije konektora na autu.
Po izgledu cijelog vozila, visokonaponsko kolo će biti okačeno ispod šasije vozila. Princip je da visoki pritisak ne smije ući u kabinu. Stoga, većina visokonaponskih konektora nalazi se na šasiji blizu zemlje, ili blizu glavčine točka.
Kada je loše vrijeme, kao što su loše vremenske prilike, jake kiše ili jako hladno vrijeme, voda koju donose vaše gume će zapravo uticati na ove konektore. Ako ste upoznati sa testiranjem, ne postoji takva stvar kao što je IP6K9K u domaćim standardima. Naći ćete to ako je IP67, udarni pritisak vodenog pištolja visokog pritiska zapravo nije toliko visok kao 6k9k.

1.2.5 Elektromagnetna zaštita visokonaponskih konektora
Električna vozila imaju mnogo elektronskih uređaja, a struja će stvoriti magnetna polja. Dijelovi vozila moraju imati sposobnost zaštite od smetnji. Posebno, električna vozila se sada koriste kao nosači, i autonomna vožnja će se više razvijati na ovoj osnovi, tako da je ovo tehničko pitanje veoma važno. Za visokonaponske sisteme, oklopljeni konektori i kablovi su veoma važni, ali moramo dati prioritet rasporedu na nivou sistema, što je preduslov. Ako je vaš OBC, lokaciju koju dogovorite, uključujući DCDC u sistem, može imati neke inherentne probleme. Bez obzira koliko je konektor dobro napravljen, i dalje će biti raznih problema s smetnjama signala.
Stoga, prvo moramo razmotriti sistemski nivo, i drugo, razmotrite nivo komponente. Za efikasnost zaštite konektora, uglavnom se koriste dvije metode.
Prvi način je da imamo metalni štit na nekim plastičnim konektorima, a štit kabla će biti povezan sa štitom metalne školjke kako bi se formirao efektivni štit od 360°.
U drugoj metodi, većina visokonaponskih i niskostrujnih priključaka neće imati sekundarne veze i bit će spojene na zaštitni sloj kabela. Ovu metodu često koriste i postojeći proizvođači, uključujući neke dobro poznate domaće OEM proizvođače, koji takođe razmatraju ovu metodu. Mi to zovemo prolećni kontakt (engleski), što je zapravo opružna veza. Postoje i mnoge prednosti ove strukture, jer će veličina i prostor biti manji, i imaće više kontaktnih tačaka;
Postoji mnogo proizvođača ove strukture, uglavnom predstavljaju kompanije kao što su BMW Spring u Švicarskoj i Basel u Sjedinjenim Državama. Imaju mnogo praktičnih i zrelih slučajeva primjene u ovoj oblasti. U većini slučajeva, koristićemo metalne unutrašnje i spoljašnje prstenove za presovanje veze između žica i zaštitnog sloja. Zaštitni sloj se postavlja između dva metalna prstena, a zaštitni sloj i metalni prstenovi su čvrsto pričvršćeni hladnim presovanjem i deformacijom. Pored toga, imamo i metodu zaštite koja koristi strukturu sličnu oprugi remena sata za zamjenu opruge. Ova struktura se često koristi u vojnim proizvodima i tehnologija je zrela; uradili smo relevantna ispitivanja i svi mogu ispuniti zahtjeve dizajna. Ova struktura se koristi u zaštiti električnih vozila nove energije, koji ne samo da mogu zadovoljiti zahtjeve performansi, ali je takođe i pečatirani dio, pogodan za masovnu proizvodnju, i ima visoke performanse troškova.
1.2.6 Materijal konektora

Izolacijski materijal konektora je uglavnom napravljen od PA66, PBT, ABS, PC, itd. Kontaktni materijali su uglavnom napravljeni od mesinga, fosforna bronza, berilijum bakra, itd., ali sada je materijal koji se više koristi u inostranstvu bakar-nikl-silicijum materijal.
Materijali omotača konektora općenito se dijele na dvije vrste: plastike i metala. Što se tiče odabira plastičnih ili metalnih materijala, općenito postoje sljedeće referentne tačke:
1. Lagana
Zbog potražnje za lakim vozilima, posebno proizvođača putničkih automobila, na pretpostavci zadovoljavanja performansi proizvoda, oni će se potruditi da izaberu plastične konektore za kontrolu težine vozila.
2. Okruženje upotrebe proizvoda
Zato što je mehanička čvrstoća metalnih materijala bolja od plastike. Stoga, u nekim teškim okruženjima, metalni konektori će biti prikladniji. Na primjer, specijalna vozila, kiper kamioni, i električni priključni dijelovi koji nisu zaštićeni pri rasporedu cijelog vozila. U ovom trenutku, metalni konektori su nešto bolji od plastičnih u pogledu uticaja na okolinu i mehaničke čvrstoće.
3. Metoda implementacije zaštite
Za oklopljene konektore, školjka samog metalnog konektora služi za provođenje zaklona i formiranje nosača za zaštitnu zaštitu. Uopšteno govoreći, metalnim konektorima je lakše postići bolju zaštitu od plastičnih konektora, a njihov izgled i struktura su kompaktniji.

1.2.7 Izbor konektora
1.2.7.1 Proces odabira konektora (pogledajte sliku ispod)

1.2.7.2 Tumačenje uobičajenih tehničkih parametara konektora
(1) Lokacija upotrebe: Kao što ime kaže, konektor je odabran za svoju lokaciju primjene na različitim visokonaponskim električnim uređajima u vozilu.

(2) Nazivni napon: maksimalni napon na kojem električna oprema (uključujući električnu i strujnu opremu) može raditi stabilno dugo vremena.
Nazivni napon je proporcionalan puznoj stazi & klirens. Drugim riječima, što je potreban veći napon, što je konektor veći ili duži. Puzna udaljenost & Standardi dizajna klirensa su u skladu sa GBT 16935.1 (IEC 60664-1),
(3) Nazivna struja: Nazivna struja električne opreme odnosi se na maksimalnu struju koja je dozvoljena da prođe duže vrijeme kada proizvodnja topline ne prelazi dozvoljenu dugotrajnu temperaturu grijanja pod referentnom temperaturom okoline i radnim uvjetima nazivnog napona.
Za električna vozila, P=UI, nazivna struja se određuje na osnovu snage P električne opreme i izlaznog napona U.
Vršna struja: Maksimalna vrijednost struje koju generira električno vozilo u trenutku naglog ubrzanja, penjanje, ili preopterećenja.
Površina poprečnog presjeka koja nosi struju je proporcionalna nazivnoj struji konektora. Drugim riječima, što je veći poprečni presjek igle/rupe/žice, to je veća struja koju može proći, i što je veći konektor.

(4) REST (visokonaponska blokada)
(4.1) Dizajn HVIL funkcionalne namjene
Potvrdite integritet cijelog sistema visokog napona. Kada je strujni krug visokog napona isključen ili je integritet oštećen, aktiviraju se sigurnosne mjere cijelog vozila.
(4.2) Implementacija HVIL funkcije
a. Cijeli sistem je neophodan i mora biti dizajniran u sistemu tokom razvoja sistema;
b. Uglavnom se radi preko konektora;
c.HVIL kolo je niskonaponsko kolo i nezavisno je od strujnog kola.
(4.3) Princip implementacije funkcije konektora HVIL
Priključci za napajanje i signal bi se trebali sastati:
——Prilikom povezivanja, terminal za napajanje se prvi povezuje, slijedi signalni terminal.
——Prilikom prekida veze, signalni terminal se prvo odspoji, slijedi terminal za napajanje.
Posebna napomena: Povezivanje terminala za napajanje ukazuje na dobar kontakt, a virtuelni kontakt je neprihvatljiv.
(5) Zaštita
Zaštita naizmjeničnog električnog polja: Kako bi se smanjio napon interferencije spajanja naizmjeničnog električnog polja na osjetljiva kola, metalni štit sa dobrom provodljivošću može se postaviti između izvora smetnji i osjetljivog kola, a metalni štit može biti uzemljen.
Glavna razlika između zaštićenih i neoklopljenih konektora je da li postoji metalni štit sa dobrom vodljivošću.

(6) Nivo zaštite
Stepen IP zaštite se sastoji od dva broja. Prvi označeni broj označava nivo zaštite od prašine i zaštite od prodora stranih predmeta od strane uređaja. Drugi označeni broj označava stepen zaptivanja uređaja od prodora vlage i vode. Što je broj veći, što je viši nivo zaštite.

(7) Odlazni metod
Uglavnom se odnosi na ugao između ugla izlaza kabla na kraju utikača električnog konektora i normalnog smera površine za ugradnju utičnice. Prema ovoj klasifikaciji, uobičajeni su 90° (pod uglom) i 180° (ravno) utičnice električni konektori.
(8) Način instalacije utičnice
Kako bi se zadovoljile potrebe OEM dizajnera za različite rasporede konektora, metode ugradnje električnih utičnica su podijeljene u sljedeća četiri tipa:

1.6.2.3 Option Notes
(1) Odabir napona mora odgovarati: nazivni napon vozila nakon proračuna opterećenja trebao bi biti manji ili jednak nazivnom naponu konektora. Ako radni napon vozila duže vrijeme prelazi nazivni napon konektora, električni konektor je u opasnosti od puzanja i ablacije.
(2) Trenutni odabir mora odgovarati: nazivna struja vozila nakon izračuna opterećenja treba da bude manja ili jednaka nazivnoj struji konektora. Ako radna struja vozila prelazi nazivnu struju konektora u dužem vremenskom periodu, električni konektor je u opasnosti od ablacije preopterećenja.
(3) Odabir kabela mora odgovarati: Odabir i usklađivanje kabela za cijelo vozilo podijeljeno je na usklađivanje kablova koji provode struju i usklađivanje zaptivki kablova i konektora. Što se tiče trenutne nosivosti kablova, svaki OEM ima posvećene elektroinženjere za izradu odgovarajućeg dizajna, što ovdje neće biti objašnjeno.
Poklapanje zaptivanja: Konektor i zaptivka kabla oslanjaju se na elastičnu kompresiju gumene zaptivke kako bi se obezbedio kontaktni pritisak između njih, čime se postiže pouzdana zaštita, poput IP67. Prema proračunima, postizanje specifičnog kontaktnog pritiska oslanja se na određenu količinu kompresije brtve. Na osnovu ovoga, ako je potrebna pouzdana zaštita, Zaštita od brtvljenja konektora ima specifične zahtjeve za veličinu kabela na početku dizajna;
Kablovi sa istim specifikacijama strujnog poprečnog presjeka mogu imati različite vanjske prečnike, kao što su oklopljeni kablovi i neoklopljeni kablovi, nacionalni standardni kablovi i LV216 standardni kablovi. Specifične specifikacije odgovarajućih kablova i konektora su jasno navedene. Stoga, prilikom odabira konektora, posebna pažnja se mora obratiti na zahtjeve specifikacije kabela kako bi se spriječilo kvar zaptivanja konektora.
(4) Cijelo vozilo zahtijeva fleksibilno ožičenje: Za ožičenje vozila, svaki OEM sada ima zahtjeve za radijusom savijanja i labavosti; prema konektoru u vozilu
Za slučajeve upotrebe, preporuča se da nakon što je montaža uprtača završena, sami terminali konektora nisu opterećeni. Samo kada je cijeli kabelski svežanj podložan vibracijama, udar i relativno pomeranje karoserije vozila usled rada automobila, svrha rasterećenja naprezanja može se postići fleksibilnošću kabelskog svežnja. Čak i ako se mala količina naprezanja prenese na terminal konektora, rezultirajući napon ne prelazi projektiranu silu zadržavanja terminala u konektoru.