Ny energikøretøjs højspændingskonnektorteknologi

I de senere år, verdenskendte konnektorvirksomheder har flyttet deres produktionsbaser til Kina. Kina er blevet verdens største konnektorproduktionsbase. Efter mange års teknologiakkumulering, mit lands stik har opfyldt det tekniske niveau, der kræves for højspændingsstik til nye energikøretøjer med hensyn til design og automatiserede produktionsmuligheder. Ud fra den forudsætning, at downstream-producenter er lokaliserede og har tilstrækkelige tekniske kapaciteter, indenlandske producenter har besat det højeste punkt i højspændingsstik til nye energikøretøjer, såsom Sichuan Yonggui, AVIC Optoelektronik, Basba og andre kendte virksomheder.

Det harmoniserede system består af Rosenberger HV-stik til strømbelastninger op til 50 A og 450 A for kabeldiametre fra 2 x 4 mm² til 120 mm² as well as power distribution units for customer-specific assemblies. A generation of 48V connectors will be available on request.

The HVR300 connector system is currently in the development phase and is available on request. It has a maximum current carrying capacity of 320A combined with minimal space requirements. The product portfolio includes a 2-pole angled coupler for shielded cables and a cable cross section of 70 mm² along with the corresponding header. A cross section of 50 mm² is available on request. The lever locking mechanism is secured with an additional slider (CPA – Connector Position Assurance) to prevent accidental unmating.

The HVR420 connectors have the highest current carrying capacity at 420A even in the 95 mm² variant. With the largest cable cross section of 120 mm², strømstyrker på op til 450A kan opnås ved en temperatur på 85°C. Den ekstra skydelåsemekanisme forhindrer forbindelsen i at blive løsnet ved et uheld i applikationer som f.eks. overladning af elbilbatterier med op til 450 kWh.

Nyt energi elektrisk køretøj EV 110-750V 2300A Strøm Højspænding Hv Vandtæt linje Energiopbevaring 6 mm silikonekabel 2-5 Stikstik

Kina Ny energi ledningsnet til elektriske køretøjer Fabrik Højspændingsstrømkabel Batterikabel AC1000V DC1500V Højspændings EV-kabel Fremstilling

Højspændingsstik og højspændingsledning til nye energikøretøjer

1-Teknisk analyse af højspændingsstik:
1.1 Anvendelse af højspændingsstik i køretøjssystemer
Sammenlignet med traditionelle højspændings- og højstrømsstik, brugsbetingelserne for stik til nye energikøretøjer er mere komplekse og foranderlige, kræver højere pålidelighed af stikket;
Sammenlignet med traditionelle lavspændingsstik til biler, på grund af stigningen i spændingsniveauet (i øjeblikket er almindelige spændinger højere end 300V DC), risikoen for, at menneskekroppen bliver skadet af elektrisk stød, er øget, og sikkerhedskravene til stik er højere. Derfor, isolerings- og beskyttelseskravene til produktet er højere end for traditionelle lavspændingsstik.
Hovedfunktionen af ​​stik til nye energikøretøjer er at sikre hele køretøjets højspændingsforbindelsessystem. Det vil sige, bygge en bro, hvor det interne kredsløb er blokeret eller isoleret for at tillade strøm at flyde.
Sammensætningen af ​​nye energikøretøjskonnektorer kan generelt opdeles i tre dele: hjælpestrukturer såsom skaller og sæler, isolerende dele, og ledende kontaktpar. Gennem indføring og gensidigt samarbejde mellem stikkappen og stikdåsen, funktionerne forbindelse og ledning kan opnås.
Højspændingsstik bruges hovedsageligt i højspændings- og højstrømskredsløb i nye energikøretøjer, og arbejde samtidigt med ledende kabler for at transportere energien fra batteripakken til forskellige komponenter i køretøjets system gennem forskellige elektriske kredsløb. Såsom batteripakker, motorstyringer, DCDC konvertere, opladere og andre kropskraftenheder.
Figur: Layoutdiagram over højspændingsstik, der bruges i køretøjssystemer.

1.2 Analyse af nøgleelementer i højspændingsstikdesign
1.2.1 Temperaturstigning og nedsættelseskurveværdier
Temperaturstigning er en af ​​de vigtigste designkritiske elementer i forbindelsesdesign. Unormal temperaturstigning vil få stikket til at able på grund af for kraftig temperaturstigning.
Temperaturstigningen af ​​stikket påvirkes af følgende faktorer:
1. Kontaktmodstand: bruges til ledende forbindelse, modstand mellem to kontaktbærere. Såsom pinhole-to-pin kontaktmodstand, krympemodstand mellem pinhole tail og wire, og kontaktmodstand mellem kobberplader med gevindforbindelse.
2. Materiale miljøopvarmning: Når stikket er i et miljø med høj temperatur i lang tid, materialerne, der bruges i stikket, er ingeniørplast, metal, gummi, etc. Især, ingeniørplast kræver en maksimal arbejdstemperatur på 140°C. Imidlertid, når produktets omgivende temperatur er for høj, stikket genererer varme på grund af sin egen indre kontaktmodstand og når termisk ligevægt. Desuden, den omgivende temperatur er højere end den maksimalt tilladte driftstemperatur for materialet. På dette tidspunkt, hvis stikket er i dette miljø i lang tid, og den interne pinhole-del af stikket opvarmes, og den interne temperatur ikke kan aflades, den interne temperatur vil fortsætte med at stige, og stikket vil generere meget varme. Dette kan føre til ablation af stikforbindelser og afbrænding af køretøjet, hvilket er et meget alvorligt problem. Både gummimaterialer og metalmaterialer har maksimale driftstemperaturgrænser, som skal overvejes under design.

3. Tilslutning af pladeender: Hvis der kræves bolte under design, der skal træffes forebyggende foranstaltninger for at forhindre, at den løsner sig under levering; på samme tid, ved tilslutning af bolte, momenttest skal udføres i henhold til driftsspecifikationerne. I tilfælde af skrueforbindelser af ledende dele, en af ​​de vigtigste fejltilstande er, at tilspændingsmomentet ikke styres i henhold til drejningsmomentkravene, resulterer i unormal temperaturstigning og ablation af forbindelsesdelene.
4. Derating kurve: Lad os nu diskutere derating-kurven. I min forståelse, reduktionskurven er som at vælge et produkt, der skal bruges i et specifikt miljø. På dette tidspunkt, når du vælger et produkt, du skal bestemme, hvilket produktsortiment du vælger ud fra en attributværdi for produktet. Reduktionskurven for højspændingsstik er for at give kunderne en menu, og kunderne kan vælge deres egne passende retter efter deres egen smag baseret på denne menu.
Reduktionskurven er de forskellige værdier, der svarer til forskellige strømme ved forskellige arbejdsomgivelsestemperaturer. Disse værdier opnås ved at plotte en kurvegraf. Med denne derating kurve graf, brugsforholdene for dette stik kan ses mere intuitivt.

20En højspændingsbilstik til elektriske køretøjer

Fabrikstilpasset til Charge High Voltage EV-stik – Automotive stik, Køretøjsstik

Højspændingsstik håndterer op til 450A i elektriske køretøjer

Figur: Illustration af temperaturstigning og derating-kurve – derating-kurvegraf
1.2.2 Højspændingslås (HVIL)
For hele højspændingsforbindelsessystemet, for at sikre højspændingssystemets sikkerhed, når der tændes og slukkes, begrebet højspændingslåsning introduceres i forbindelsesdesignet.
En simpel beskrivelse er, at når stikket er sat i og tilsluttet, højspændingskredsløbet kontakter og leder først, og så leder højspændingslåsesignalkredsløbet. Ved brud, højspændingslåsesignalet brydes først, og så er højspændingskredsløbet brudt.
De fleste stikproducenter vil placere højspændingslåsedesignet inde i stikket, og nogle producenter vil placere højspændingslåsen uden for sammenkoblingshulrummet gennem hjælpestrukturelt design. Det er meget vigtigt at sikre stabiliteten af ​​højspændingslåsesløjfen.
Hvis højspændingsaflåsningen er diskontinuerlig, de mulige konsekvenser vil være alvorlige. For eksempel, mens køretøjet kører, højspændingslåsekredsløbssignalet bliver pludselig unormalt, causing the vehicle to suddenly lose power and fail to operate normally, which may cause a traffic accident.
1.2.3 Locking structure
Understand that the real secondary lock does not have a secondary protection function, but it must protect it effectively. The real meaning of this is that after the primary lock, if the primary lock fails or there is no operation verification, the secondary lock is to ensure that the primary lock is locked and the first lock is protected. This is a very important role.
The most commonly used secondary locking structure combined with the primary lock is the force arm mechanism. Because one-time locking is related to the insertion and extraction force, a form similar to a force arm mechanism is required according to the mechanical design concept, so as to save labor and easily insert the connector into place.
Regarding the requirements for the moment arm, USCAR talks a lot about the ergonomic operability of the moment arm. USCAR also stipulates the force requirements for the relevant primary locks and secondary locks in the inserted and non-inserted situations. Faktisk, we all think that USCAR is the standard for connectors, but I think the USCAR standard is not only a technical standard, but also guides designers to make the structure reliable during the design process. How to provide customers with a better product experience on the premise of reliable structure and performance.
Picture: Pictures of relatively common locking structure products

1.2.4 Beskyttelsesniveau
The protection of connectors is mainly divided into three arrangements:
The first is the board end seal: brættets ende er stikdåsen, som monteres mekanisk med fire skruer. Dette er en mere almindeligt anvendt struktur, men der er også nogle mere specielle strukturer.

Den anden er hoved-base plug-in tætningen: hoved-base plug-in betyder, at han-enden inkluderer hun-enden, eller hun-enden omfatter han-enden, og gummidele bruges i midten til radial og aksial beskyttelse.

Den tredje er ledningens endeforsegling, den beskyttende forsegling mellem ledningsendestikket og kablet.

Til højspændingsstik til elbiler, med udviklingen af ​​markedet, OEM'ernes ydeevnekrav til produktbeskyttelse forbedres også konstant. I de tidlige stadier af industriudvikling, beskyttelseskravene i IPI67 kan allerede opfylde langt de fleste kunder. Imidlertid, da beskyttelsen af ​​stikprodukter dukkede op på markedet senere, der var flere og flere tilfælde af vandlækage, isolationsfejl, og endda ablation.
Den gradvise forbedring af beskyttelseskravene er blevet udviklingstendensen for elektriske køretøjer. De nuværende IP67-krav kan ikke opfylde de normale brugskrav. Selvfølgelig, dette er ikke absolut, og det afhænger også af placeringen af ​​stikket på bilen.
I henhold til hele køretøjets layout, højspændingskredsløbet vil blive suspenderet under køretøjets chassis. Det er et princip, at højtryk ikke må komme ind i kabinen. Derfor, de fleste højspændingsstik er placeret på chassiset tæt på jorden, eller tæt på hjulnavet.
Når der er hårdt vejr, såsom hårdt vejr, kraftige regnbyger eller noget hårdt koldt vejr, vandet, der kommer op af dine dæk, vil faktisk påvirke disse stik. Hvis du er fortrolig med test, der er ikke sådan noget som IP6K9K i indenlandske standarder. Det vil du opdage, hvis det er IP67, slagtrykket af højtryksvandpistolen er faktisk ikke så højt som 6k9k.

1.2.5 Elektromagnetisk afskærmning af højspændingsstik
Elbiler har mange elektroniske enheder, og strøm vil generere magnetiske felter. Køretøjets dele skal have anti-interferensegenskaber. Især, Elbiler bruges nu som transportør, og autonom kørsel vil blive udviklet mere på dette grundlag, så dette tekniske spørgsmål er meget vigtigt. Til højspændingssystemer, skærmede stik og kabler er meget vigtige, men vi skal prioritere layout på systemniveau, hvilket er en forudsætning. Hvis din OBC, det sted, du aftaler, inklusive DCDC i systemet, kan have nogle iboende problemer. Uanset hvor vellavet stikket er, der vil stadig være forskellige signalinterferensproblemer.
Derfor, vi skal først overveje systemniveauet, og for det andet overveje komponentniveauet. For stikafskærmningseffektivitet, to metoder anvendes generelt.
Den første måde er, at vi har et metalskjold på nogle plastikstik, og kabelskærmen vil blive forbundet til metalkappens skærm for at danne en effektiv 360° skærm.
I den anden metode, de fleste højspændings- og lavstrømsforbindelser vil ikke have sekundære forbindelser og vil være forbundet til kablets skærmlag. Denne metode er også almindeligt anvendt af eksisterende producenter, herunder nogle velkendte indenlandske OEM'er, som også overvejer denne metode. Vi kalder det forårskontakt (engelsk), som faktisk er en fjederforbindelse. Der er også mange fordele ved denne struktur, fordi størrelsen og pladsen bliver mindre, og det vil have flere kontaktpunkter;
Der er mange producenter af denne struktur, hovedsageligt repræsenteret af virksomheder som BMW Spring i Schweiz og Basel i USA. De har mange praktiske og modne ansøgningssager på dette område. I de fleste tilfælde, vi vil bruge metal indre og ydre ringe til at krympe forbindelsen mellem ledningerne og afskærmningslaget. Afskærmningslaget placeres mellem de to metalringe, og afskærmningslaget og metalringene er tæt fikseret gennem koldpresning og deformation. Desuden, vi har også en afskærmningsmetode, der bruger en struktur svarende til en urremsfjeder til at erstatte fjederforbindelsen. Denne struktur bruges ofte i militære produkter, og teknologien er moden; vi har lavet relevante test, og alle kan opfylde designkravene. Denne struktur bruges til afskærmning af nye energikøretøjer, som ikke kun kan opfylde præstationskravene, men er også en stemplet del, velegnet til masseproduktion, og har høj omkostningsydelse.
1.2.6 Forbindelsesmateriale

Tilslutningsisoleringsmaterialet er generelt lavet af PA66, PBT, ABS, PC, etc. Kontaktmaterialerne er generelt lavet af messing, fosforbronze, beryllium kobber, etc., men nu er det materiale, der bruges mere i udlandet, kobber-nikkel-silicium materiale.
Connector shell materialer er generelt opdelt i to typer: plastik og metal. Med hensyn til hvordan man vælger plast- eller metalmaterialer, der er generelt følgende referencepunkter:
1. Let
På grund af efterspørgslen efter lette køretøjer, især personbilsproducenter, på præmissen om at opfylde produktets ydeevne, de vil gøre deres bedste for at vælge plastikstik til at kontrollere køretøjets vægt.
2. Produktbrugsmiljø
Fordi den mekaniske styrke af metalmaterialer er bedre end plastik. Derfor, i nogle barske miljøer, metalstik vil være mere egnede. For eksempel, specielle køretøjer, dumpere, og elektriske tilslutningsdele, der ikke er beskyttet under indretningen af ​​hele køretøjet. På dette tidspunkt, metalstik er lidt bedre end plastikstik med hensyn til miljøpåvirkning og mekanisk styrke.
3. Afskærmningsimplementeringsmetode
Til skærmede stik, selve metalstikkets skal bruges til at udføre afskærmning og danne en bærer til afskærmningsbeskyttelse. Generelt set, metalstik er nemmere at opnå bedre afskærmningsydelse end plastikstik, og deres udseende og struktur er mere kompakt.

1.2.7 Valg af stik
1.2.7.1 Konnektorvalgsproces (se figuren nedenfor)

1.2.7.2 Fortolkning af almindelige tekniske parametre for stik
(1) Brugssted: Som navnet antyder, stikket er valgt for dets anvendelsesplacering på forskellige højspændings elektriske apparater i køretøjet.

(2) Bedømt spænding: den maksimale spænding ved hvilket elektrisk udstyr (herunder el- og strømforsyningsudstyr) kan arbejde stabilt i lang tid.
Den nominelle spænding er proportional med krybeafstanden & clearance. Med andre ord, jo højere spændingsmærke påkrævet, jo større eller længere stikket er. Krybeafstand & frihøjde designstandarder er i overensstemmelse med GBT 16935.1 (IEC 60664-1),
(3) Bedømt strøm: Den nominelle strøm af elektrisk udstyr refererer til den maksimale strøm, der tillades at passere i lang tid, når varmeproduktionen ikke overstiger den tilladte langtidsopvarmningstemperatur under referenceomgivelsestemperaturen og den nominelle spændingsarbejdsforhold.
Til elbiler, P=UI, mærkestrømmen bestemmes ud fra det elektriske udstyrs effekt P og udgangsspændingen U.
Spidsstrøm: Den maksimale strømværdi, der genereres af et elektrisk køretøj i øjeblikket med hurtig acceleration, klatring, eller overbelastning.
Det strømførende tværsnitsareal er proportionalt med stikkets mærkestrøm. Med andre ord, jo større stift/hul/trådtværsnit, jo større strøm kan den passere, og jo større stikket er.

(4) HVIL (højspændingslås)
(4.1) Design HVIL funktionelt formål
Bekræft integriteten af ​​hele højspændingssystemet. Når højspændingssystemets kredsløb er afbrudt, eller integriteten er beskadiget, sikkerhedsforanstaltningerne for hele køretøjet udløses.
(4.2) Implementering af HVIL funktion
-en. Hele systemet er påkrævet og skal designes ind i systemet under systemudviklingen;
b. Hovedsageligt udført gennem stik;
c.HVIL-kredsløb er et lavspændingskredsløb og er uafhængigt af strømkredsløbet.
(4.3) Princippet for implementering af konnektor HVIL funktion
Strøm- og signalterminaler skal mødes:
——Ved tilslutning, strømterminalen tilsluttes først, efterfulgt af signalterminalen.
——Når forbindelsen afbrydes, signalterminalen afbrydes først, efterfulgt af strømterminalen.
Særlig bemærkning: The connection of the power terminals indicates good contact, and virtual contact is unacceptable.
(5) Afskærmning
Alternating electric field shielding: In order to reduce the coupling interference voltage of the alternating electric field to sensitive circuits, a metal shield with good conductivity can be set up between the interference source and the sensitive circuit, and the metal shield can be grounded.
The main difference between shielded and unshielded connectors is whether there is a metal shield with good conductivity.

(6) Beskyttelsesniveau
The IP protection level is composed of two numbers. The first marked number indicates the level of dust-proofing and protection against intrusion of foreign objects by the appliance. The second marked number indicates the degree of sealing of the appliance against moisture and water intrusion. Jo højere tal, jo højere beskyttelsesniveau.

(7) Udgående metode
Refererer hovedsageligt til vinklen mellem kabeludgangsvinklen for enden af ​​det elektriske stik og den normale retning af stikkontaktens installationsoverflade. Ifølge denne klassifikation, de almindelige er 90° (vinklet) og 180° (lige) stikkontakt elektriske stik.
(8) Socket installationsmetode
For at imødekomme OEM-designernes behov for forskellige layouts af stik, installationsmetoderne for elektriske stikkontakter er opdelt i følgende fire typer:

1.6.2.3 Bemærkninger om valgmuligheder
(1) Spændingsvalget skal matche: køretøjets mærkespænding efter belastningsberegning skal være mindre end eller lig med stikkets mærkespænding. Hvis køretøjets arbejdsspænding overstiger stikkets nominelle spænding i lang tid, det elektriske stik er i fare for krybning og ablation.
(2) Det nuværende udvalg skal matche: køretøjets mærkestrøm efter belastningsberegning skal være mindre end eller lig med stikkets mærkestrøm. Hvis køretøjets driftsstrøm overstiger stikkets mærkestrøm i en længere periode, det elektriske stik er i fare for overbelastningsablation.
(3) Kabelvalg skal matche: Kabelvalg og tilpasning af hele køretøjet er opdelt i kabelstrømførende matchning og kabel- og stiktætningsmatching. Med hensyn til kablers nuværende bæreevne, hver OEM har dedikerede elektriske ingeniører til at udføre matchende design, som ikke vil blive forklaret her.
Tætningsmatch: Konnektoren og kabeltætningen er afhængig af den elastiske kompression af gummitætningen for at give kontakttryk mellem dem, derved opnås pålidelig beskyttelsesydelse, såsom IP67. Ifølge beregninger, opnåelse af et specifikt kontakttryk afhænger af en specifik mængde af kompression af tætningen. Baseret på dette, hvis pålidelig beskyttelse er påkrævet, tætningsbeskyttelsen af ​​stikket har specifikke størrelseskrav til kablet i begyndelsen af ​​designet;
Kabler med samme specifikationer for strømførende tværsnit kan have forskellige ydre diametre, såsom skærmede kabler og uskærmede kabler, nationale standardkabler og LV216 standardkabler. De specifikke matchende kabler og specifikationer for valg af stik er tydeligt angivet. Derfor, ved valg af stik, Der skal lægges særlig vægt på kabelspecifikationskravene for at forhindre konnektorforseglingsfejl.
(4) Hele køretøjet kræver fleksible ledninger: Til ledninger til køretøjer, hver OEM har nu krav til bøjningsradius og slæk; i henhold til stikket i køretøjet
Til brugstilfælde, det anbefales, at efter at selesamlingen er færdig, selve stikklemmerne er ikke belastede. Kun når hele ledningsnettet er udsat for vibrationer, sammenstød og relativ forskydning af køretøjets karrosseri på grund af bilens drift, formålet med trækaflastning kan opnås gennem ledningsnets fleksibilitet. Selv hvis en lille mængde belastning overføres til stikklemmen, den resulterende spænding overstiger ikke terminalens designfastholdelseskraft i stikket.