Tecnologia del connettore ad alta tensione del nuovo veicolo energetico

Negli ultimi anni, Le aziende di connettori di fama mondiale hanno trasferito le loro basi di produzione in Cina. La Cina è diventata la più grande base di produzione di connettori al mondo. Dopo anni di accumulo di tecnologia, i connettori del mio paese hanno soddisfatto il livello tecnico richiesto per i connettori ad alta tensione per i veicoli a nuova energia in termini di capacità di progettazione e capacità di produzione automatizzata. Sulla premessa che i produttori a valle siano localizzati e dispongano di sufficienti capacità tecniche, i produttori nazionali hanno occupato il punto più alto nei connettori ad alta tensione per i veicoli a nuova energia, come il Sichuan Yonggui, Optoelettronica AVIC, Basba e altre aziende rinomate.

Il sistema armonizzato è costituito da connettori Rosenberger HV per carichi di corrente fino a 50 A e 450 A per diametri di cavo da 2 X 4 mm² a 120 mm² e unità di distribuzione dell'energia per assemblaggi specifici del cliente. Su richiesta sarà disponibile una generazione di connettori da 48 V.

Il sistema di connettori HVR300 è attualmente in fase di sviluppo ed è disponibile su richiesta. Ha una capacità di carico di corrente massima di 320 A combinata con requisiti di spazio minimi. Il portafoglio prodotti comprende un accoppiatore angolato a 2 poli per cavi schermati e una sezione del cavo di 70 mm² insieme all'intestazione corrispondente. Una sezione trasversale di 50 mm² è disponibile su richiesta. Il meccanismo di bloccaggio della leva è fissato con un cursore aggiuntivo (CPA – Garanzia della posizione del connettore) per evitare disaccoppiamenti accidentali.

I connettori HVR420 hanno la capacità di carico di corrente più elevata, pari a 420 A, anche nel 95 variante mm². Con la sezione trasversale del cavo più grande di 120 mm², ad una temperatura di 85°C è possibile raggiungere intensità di corrente fino a 450 A. Il meccanismo di bloccaggio a scorrimento aggiuntivo impedisce che il collegamento si sganci accidentalmente in applicazioni come la sovralimentazione delle batterie dei veicoli elettrici fino a 450 kWh.

Veicolo elettrico New Energy EV 110-750V 2300A Corrente ad alta tensione Hv Linea impermeabile Accumulo di energia Cavo in silicone da 6 mm 2-5 Connettore a spina

Fabbrica della Cina Cablaggio per veicoli elettrici New Energy Cavo di alimentazione ad alta tensione Cavo della batteria AC1000V DC1500V Produzione di cavi EV ad alta tensione

Connettore ad alta tensione e cavo ad alta tensione per veicoli a nuova energia

1-Analisi tecnica dei connettori ad alta tensione:
1.1 Applicazione di connettori ad alta tensione nei sistemi di veicoli
Rispetto ai tradizionali connettori ad alta tensione e alta corrente, le condizioni di utilizzo dei connettori per i veicoli a nuova energia sono più complesse e mutevoli, che richiedono una maggiore affidabilità del connettore;
Rispetto ai tradizionali connettori automobilistici a bassa tensione, a causa dell'aumento del livello di tensione (attualmente le tensioni principali sono superiori a 300 V CC), è aumentato il rischio di lesioni al corpo umano dovute a scosse elettriche, e i requisiti di sicurezza per i connettori sono più elevati. Perciò, i requisiti di isolamento e protezione del prodotto sono superiori a quelli delle tradizionali prese a bassa tensione.
La funzione principale dei connettori per veicoli a nuova energia è garantire il sistema di interconnessione ad alta tensione dell'intero veicolo. Questo è, costruendo un ponte in cui il circuito interno è bloccato o isolato per consentire il flusso di corrente.
La composizione dei connettori per veicoli a nuova energia può generalmente essere divisa in tre parti: strutture ausiliarie come gusci e guarnizioni, parti isolanti, e coppie di contatti conduttivi. Attraverso l'inserimento e la mutua cooperazione tra la guaina della spina e la guaina della presa, è possibile ottenere le funzioni di connessione e conduzione.
I connettori ad alta tensione vengono utilizzati principalmente nei circuiti ad alta tensione e alta corrente dei veicoli a nuova energia, e lavorano simultaneamente con cavi conduttivi per trasportare l'energia del pacco batteria a vari componenti del sistema del veicolo attraverso diversi circuiti elettrici. Come i pacchi batteria, controllori del motore, Convertitori DCDC, caricabatterie e altre unità di alimentazione del corpo.
Figura: Schema di layout dei connettori ad alta tensione utilizzati nei sistemi del veicolo.

1.2 Analisi degli elementi chiave nella progettazione dei connettori ad alta tensione
1.2.1 Valori della curva di aumento della temperatura e declassamento
L'aumento della temperatura è uno degli elementi critici più importanti nella progettazione dei connettori. Un aumento anomalo della temperatura causerà l'ablazione del connettore a causa dell'eccessivo aumento della temperatura.
L'aumento di temperatura del connettore è influenzato dai seguenti fattori:
1. Resistenza di contatto: utilizzato per il collegamento conduttivo, resistenza tra due portacontatti. Come la resistenza di contatto da foro stenopeico a perno, resistenza alla crimpatura tra la coda del foro stenopeico e il filo, e resistenza di contatto tra piastre di rame con connessione filettata.
2. Riscaldamento ambientale materiale: Quando il connettore rimane a lungo in un ambiente ad alta temperatura, i materiali utilizzati nel connettore sono tecnopolimeri, metallo, gomma, ecc. In particolare, i tecnopolimeri richiedono una temperatura massima di esercizio di 140°C. Tuttavia, quando la temperatura ambiente del prodotto è troppo elevata, il connettore genera calore grazie alla propria resistenza interna di contatto e raggiunge l'equilibrio termico. Inoltre, la temperatura ambiente è superiore alla temperatura operativa massima consentita del materiale. In questo momento, se il connettore rimane in questo ambiente per un lungo periodo e la parte interna del foro stenopeico del connettore si riscalda e la temperatura interna non può essere scaricata, la temperatura interna continuerà a salire e il connettore genererà molto calore. Ciò può portare all'ablazione del connettore e all'incendio del veicolo, il che è un problema molto serio. Sia i materiali in gomma che i materiali metallici hanno limiti massimi di temperatura operativa, che devono essere considerati durante la progettazione.

3. Collegamento delle estremità della piastra: Se sono necessari bulloni durante la progettazione, devono essere adottate misure preventive per evitare l'allentamento durante la consegna; allo stesso tempo, quando si collegano i bulloni, il test di coppia deve essere eseguito secondo le specifiche operative. In caso di collegamenti a vite di parti conduttrici, una delle principali modalità di guasto è che la coppia di serraggio non è controllata in base ai requisiti di coppia, con conseguente aumento anomalo della temperatura e ablazione delle parti di collegamento.
4. Curva di declassamento: Ora parliamo della curva di declassamento. Nella mia comprensione, la curva di declassamento è come scegliere un prodotto che dovrebbe essere utilizzato in un ambiente specifico. In questo momento, quando si seleziona un prodotto, è necessario determinare quale gamma di prodotti scegliere in base al valore di un attributo del prodotto. La curva di declassamento dei connettori ad alta tensione serve a fornire ai clienti un menu, e i clienti possono scegliere i piatti appropriati in base ai propri gusti in base a questo menu.
La curva di declassamento è costituita dai diversi valori corrispondenti a diverse correnti a diverse temperature ambiente di lavoro. Questi valori si ottengono tracciando un grafico della curva. Con questo grafico della curva di declassamento, le condizioni di utilizzo di questo connettore possono essere visualizzate in modo più intuitivo.

20Connettori automobilistici ad alta tensione per veicoli elettrici

Personalizzazione di fabbrica per connettori EV di carica ad alta tensione – Connettore automobilistico, Connettore del veicolo

I connettori ad alta tensione gestiscono fino a 450 A nei veicoli elettrici

Figura: Illustrazione dell'aumento della temperatura e della curva di declassamento – grafico della curva di declassamento
1.2.2 Interblocco ad alta tensione (RIPOSO)
Per l'intero sistema di interconnessione ad alta tensione, al fine di garantire la sicurezza del sistema ad alta tensione durante l'accensione e lo spegnimento, nella progettazione della connessione viene introdotto il concetto di interblocco ad alta tensione.
Una semplice descrizione è quella quando il connettore è inserito e collegato, il circuito ad alta tensione entra per primo in contatto e conduce, e quindi il circuito del segnale di interblocco ad alta tensione conduce. Quando si rompe, il segnale di interblocco ad alta tensione viene interrotto per primo, e quindi il circuito ad alta tensione è rotto.
La maggior parte dei produttori di connettori inserirà il design dell'interblocco ad alta tensione all'interno del connettore, e alcuni produttori posizioneranno l'interblocco ad alta tensione all'esterno della cavità di accoppiamento attraverso una progettazione strutturale ausiliaria. È molto importante garantire la stabilità del circuito di interblocco ad alta tensione.
Se l'interblocco ad alta tensione è discontinuo, le possibili conseguenze saranno gravi. Per esempio, mentre il veicolo è in movimento, il segnale del circuito di interblocco ad alta tensione diventa improvvisamente anomalo, causando la perdita improvvisa di potenza del veicolo e il mancato funzionamento normale, che potrebbe causare un incidente stradale.
1.2.3 Struttura di bloccaggio
Comprendi che il vero blocco secondario non ha una funzione di protezione secondaria, ma deve proteggerlo efficacemente. Il vero significato di ciò è che dopo il blocco primario, se il blocco primario fallisce o non vi è alcuna verifica del funzionamento, la serratura secondaria serve a garantire che la serratura primaria sia chiusa e che la prima serratura sia protetta. Questo è un ruolo molto importante.
La struttura di bloccaggio secondaria più comunemente utilizzata combinata con il bloccaggio primario è il meccanismo del braccio di forza. Perché il bloccaggio una tantum è correlato alla forza di inserimento ed estrazione, secondo il concetto di progettazione meccanica è richiesta una forma simile a un meccanismo a braccio di forza, in modo da risparmiare manodopera e inserire facilmente il connettore in posizione.
Per quanto riguarda i requisiti per il braccio del momento, USCAR parla molto dell'operatività ergonomica del braccio di momento. USCAR stabilisce inoltre i requisiti di forza per le relative serrature primarie e secondarie nelle situazioni inserite e non inserite. Infatti, pensiamo tutti che USCAR sia lo standard per i connettori, ma penso che lo standard USCAR non sia solo uno standard tecnico, ma guida anche i progettisti a rendere la struttura affidabile durante il processo di progettazione. Come fornire ai clienti un'esperienza di prodotto migliore sulla premessa di struttura e prestazioni affidabili.
Immagine: Immagini di prodotti con strutture di chiusura relativamente comuni

1.2.4 Livello di protezione
La protezione dei connettori si divide principalmente in tre modalità:
Il primo è la guarnizione dell'estremità della scheda: l'estremità della scheda è l'estremità della presa del connettore che viene installata meccanicamente con quattro viti. Questa è una struttura più comunemente usata, ma ci sono anche alcune strutture più speciali.

La seconda è la guarnizione ad innesto testa-base: il plug-in testa-base significa che l'estremità maschio include l'estremità femmina, oppure l'estremità femmina include l'estremità maschio, e le parti in gomma sono utilizzate al centro per la protezione radiale e assiale.

Il terzo è il sigillo di fine linea, la guarnizione protettiva tra il connettore di fine linea e il cavo.

Per connettori ad alta tensione per veicoli elettrici, con lo sviluppo del mercato, anche i requisiti prestazionali degli OEM per la protezione dei prodotti sono in costante miglioramento. Nelle prime fasi di sviluppo del settore, i requisiti di protezione dell'IPI67 possono già soddisfare la stragrande maggioranza dei clienti. Tuttavia, poiché la protezione dei prodotti connettori è apparsa sul mercato più tardi, si registravano sempre più casi di perdite d'acqua, guasto dell'isolamento, e perfino l'ablazione.
Il progressivo miglioramento dei requisiti di protezione è diventato la tendenza di sviluppo dei veicoli elettrici. Gli attuali requisiti IP67 non possono soddisfare i normali requisiti di utilizzo. Ovviamente, questo non è assoluto, e dipende anche dalla posizione del connettore sull'auto.
Secondo il layout dell'intero veicolo, il circuito ad alta tensione sarà sospeso sotto il telaio del veicolo. È un principio secondo il quale l'alta pressione non può entrare nella cabina. Perciò, la maggior parte dei connettori ad alta tensione si trovano sul telaio vicino a terra, o vicino al mozzo della ruota.
Quando c'è maltempo, come il maltempo, forti temporali o qualche forte freddo, l'acqua sollevata dai pneumatici avrà effettivamente un impatto su questi connettori. Se hai familiarità con i test, non esiste IP6K9K negli standard nazionali. Lo scoprirai se è IP67, la pressione d'impatto della pistola ad acqua ad alta pressione in realtà non è pari a 6k9k.

1.2.5 Schermatura elettromagnetica dei connettori ad alta tensione
I veicoli elettrici hanno molti dispositivi elettronici, e la corrente genererà campi magnetici. Le parti del veicolo devono avere capacità anti-interferenza. In particolare, i veicoli elettrici sono ora utilizzati come trasportatori, e su questa base verrà sviluppata maggiormente la guida autonoma, quindi questo problema tecnico è molto importante. Per sistemi ad alta tensione, connettori e cavi schermati sono molto importanti, ma dobbiamo dare priorità al layout a livello di sistema, che è un prerequisito. Se il tuo OBC, la posizione che organizzi, incluso il DCDC nel sistema, potrebbe avere alcuni problemi intrinseci. Non importa quanto sia ben fatto il connettore, ci saranno ancora vari problemi di interferenza del segnale.
Perciò, dobbiamo prima considerare il livello di sistema, e in secondo luogo considerare il livello dei componenti. Per l'efficacia della schermatura del connettore, generalmente vengono utilizzati due metodi.
Il primo modo è avere uno schermo metallico su alcuni connettori di plastica, e la schermatura del cavo sarà collegata alla schermatura del guscio metallico per formare un'efficace schermatura a 360°.
Nel secondo metodo, la maggior parte delle connessioni ad alta tensione e bassa corrente non avranno connessioni secondarie e saranno collegate allo strato schermante del cavo. Questo metodo è comunemente utilizzato anche dai produttori esistenti, compresi alcuni noti OEM nazionali, che stanno considerando anche questo metodo. Lo chiamiamo contatto primaverile (Inglese), che in realtà è una connessione a molla. Ci sono anche molti vantaggi in questa struttura, perché le dimensioni e lo spazio saranno più piccoli, e avrà più punti di contatto;
Ci sono molti produttori di questa struttura, rappresentato principalmente da aziende come BMW Spring in Svizzera e Basilea negli Stati Uniti. Hanno molti casi di applicazione pratici e maturi in quest'area. Nella maggior parte dei casi, utilizzeremo anelli interni ed esterni metallici per crimpare la connessione tra i fili e lo strato schermante. Lo strato schermante è posto tra i due anelli metallici, e lo strato schermante e gli anelli metallici sono fissati saldamente mediante pressatura e deformazione a freddo. Inoltre, abbiamo anche un metodo di schermatura che utilizza una struttura simile alla molla di un cinturino per orologio per sostituire il collegamento a molla. Questa struttura è spesso utilizzata nei prodotti militari e la tecnologia è matura; abbiamo effettuato test pertinenti e tutti possono soddisfare i requisiti di progettazione. Questa struttura viene utilizzata nella schermatura dei veicoli elettrici a nuova energia, che non solo può soddisfare i requisiti di prestazione, ma è anche una parte stampata, adatto per la produzione di massa, e ha prestazioni ad alto costo.
1.2.6 Materiale del connettore

Il materiale isolante del connettore è generalmente realizzato in PA66, PBT, ABS, computer, ecc. I materiali dei contatti sono generalmente in ottone, bronzo fosforoso, rame berillio, ecc., ma ora il materiale più utilizzato all'estero è il rame-nichel-silicio.
I materiali dell'involucro del connettore sono generalmente divisi in due tipi: plastica e metallo. Per quanto riguarda la scelta dei materiali plastici o metallici, generalmente ci sono i seguenti punti di riferimento:
1. Leggero
A causa della domanda di veicoli leggeri, soprattutto i produttori di autovetture, sulla premessa di soddisfare le prestazioni del prodotto, faranno del loro meglio per scegliere connettori in plastica per controllare il peso del veicolo.
2. Ambiente di utilizzo del prodotto
Perché la resistenza meccanica dei materiali metallici è migliore di quella della plastica. Perciò, in alcuni ambienti difficili, i connettori metallici saranno più adatti. Per esempio, veicoli speciali, autocarri con cassone ribaltabile, e parti di collegamento elettrico che non vengono protette durante la sistemazione dell'intero veicolo. In questo momento, i connettori in metallo sono leggermente migliori dei connettori in plastica in termini di impatto ambientale e resistenza meccanica.
3. Metodo di implementazione della schermatura
Per connettori schermati, il guscio del connettore metallico stesso viene utilizzato per condurre la schermatura e formare un supporto per la protezione della schermatura. In generale, i connettori metallici sono più facili da ottenere prestazioni di schermatura migliori rispetto ai connettori in plastica, e il loro aspetto e struttura sono più compatti.

1.2.7 Selezione del connettore
1.2.7.1 Processo di selezione del connettore (vedere la figura qui sotto)

1.2.7.2 Interpretazione dei parametri tecnici comuni dei connettori
(1) Luogo di utilizzo: Come suggerisce il nome, il connettore è selezionato per la sua posizione di applicazione su diversi apparecchi elettrici ad alta tensione nel veicolo.

(2) Tensione nominale: la tensione massima alla quale le apparecchiature elettriche (compresa l'elettricità e le apparecchiature di alimentazione) può funzionare stabilmente per lungo tempo.
La tensione nominale è proporzionale alla distanza superficiale & sdoganamento. In altre parole, maggiore è la tensione nominale richiesta, più grande o lungo è il connettore. Distanza di dispersione & gli standard di progettazione dell'autorizzazione sono conformi a GBT 16935.1 (CEI 60664-1),
(3) Corrente nominale: La corrente nominale delle apparecchiature elettriche si riferisce alla corrente massima consentita per un lungo periodo quando la generazione di calore non supera la temperatura di riscaldamento a lungo termine consentita alla temperatura ambiente di riferimento e alle condizioni di funzionamento della tensione nominale.
Per veicoli elettrici, P=UI, la corrente nominale è determinata in base alla potenza P dell'apparecchiatura elettrica e alla tensione di uscita U.
Corrente di picco: Il valore massimo di corrente generato da un veicolo elettrico al momento di una rapida accelerazione, arrampicata, o sovraccarico.
L'area della sezione trasversale trasportata da corrente è proporzionale alla corrente nominale del connettore. In altre parole, maggiore è la sezione trasversale del perno/foro/filo, maggiore è la corrente che può passare, e più grande è il connettore.

(4) RIPOSO (interblocco ad alta tensione)
(4.1) Progettare lo scopo funzionale di HVIL
Confermare l'integrità dell'intero sistema ad alta tensione. Quando il circuito del sistema ad alta tensione è scollegato o la sua integrità è danneggiata, vengono attivate le misure di sicurezza dell'intero veicolo.
(4.2) Implementazione della funzione HVIL
UN. L'intero sistema è necessario e deve essere progettato nel sistema durante lo sviluppo del sistema;
B. Principalmente fatto tramite connettori;
c.Il circuito HVIL è un circuito a bassa tensione ed è indipendente dal circuito di alimentazione.
(4.3) Principio di implementazione della funzione HVIL del connettore
I terminali di alimentazione e di segnale devono incontrarsi:
——Durante la connessione, il terminale di alimentazione viene collegato per primo, seguito dal terminale del segnale.
——Durante la disconnessione, il terminale del segnale viene scollegato per primo, seguito dal terminale di alimentazione.
Nota speciale: Il collegamento dei terminali di potenza indica un buon contatto, e il contatto virtuale è inaccettabile.
(5) Schermatura
Schermatura del campo elettrico alternato: Per ridurre la tensione di disturbo di accoppiamento del campo elettrico alternato ai circuiti sensibili, tra la sorgente di disturbo e il circuito sensibile è possibile interporre uno schermo metallico con buona conduttività, e lo schermo metallico può essere messo a terra.
La differenza principale tra connettori schermati e non schermati è se è presente uno schermo metallico con buona conduttività.

(6) Livello di protezione
Il livello di protezione IP è composto da due numeri. Il primo numero marcato indica il livello di tenuta alla polvere e di protezione contro l'intrusione di corpi estranei da parte dell'apparecchio. Il secondo numero contrassegnato indica il grado di tenuta dell'apparecchio contro l'umidità e le infiltrazioni d'acqua. Più alto è il numero, maggiore è il livello di protezione.

(7) Metodo in uscita
Si riferisce principalmente all'angolo tra l'angolo di uscita del cavo all'estremità della spina del connettore elettrico e la direzione normale della superficie di installazione della presa. Secondo questa classificazione, quelli comuni sono 90° (angolato) e 180° (Dritto) connettori elettrici di uscita.
(8) Metodo di installazione della presa
Per soddisfare le esigenze dei progettisti OEM per diversi layout di connettori, le modalità di installazione delle prese dei connettori elettrici sono suddivise nelle seguenti quattro tipologie:

1.6.2.3 Note sulle opzioni
(1) La selezione della tensione deve corrispondere: la tensione nominale del veicolo dopo il calcolo del carico deve essere inferiore o uguale alla tensione nominale del connettore. Se la tensione di funzionamento del veicolo supera per lungo tempo la tensione nominale del connettore, il connettore elettrico è a rischio di creep e ablazione.
(2) La selezione attuale deve corrispondere: la corrente nominale del veicolo dopo il calcolo del carico deve essere inferiore o uguale alla corrente nominale del connettore. Se la corrente operativa del veicolo supera la corrente nominale del connettore per un lungo periodo di tempo, il connettore elettrico è a rischio di ablazione da sovraccarico.
(3) La selezione del cavo deve corrispondere: La selezione e l'abbinamento dei cavi dell'intero veicolo si suddividono in abbinamento del trasporto di corrente del cavo e abbinamento della sigillatura di cavi e connettori. Per quanto riguarda la capacità di carico corrente dei cavi, ogni OEM dispone di ingegneri elettrici dedicati per realizzare la progettazione corrispondente, che non verrà qui spiegato.
Abbinamento della sigillatura: Il connettore e la guarnizione del cavo si affidano alla compressione elastica della guarnizione in gomma per fornire pressione di contatto tra di loro, ottenendo così prestazioni di protezione affidabili, come IP67. Secondo i calcoli, il raggiungimento di una pressione di contatto specifica dipende da una quantità specifica di compressione della guarnizione. Sulla base di questo, se è necessaria una protezione affidabile, la protezione sigillante del connettore ha requisiti dimensionali specifici per il cavo all'inizio della progettazione;
Cavi con le stesse specifiche di sezione trasversale del percorso di corrente possono avere diametri esterni diversi, come cavi schermati e cavi non schermati, cavi standard nazionali e cavi standard LV216. I cavi specifici corrispondenti e le specifiche di selezione dei connettori sono chiaramente indicati. Perciò, quando si selezionano i connettori, è necessario prestare particolare attenzione ai requisiti delle specifiche del cavo per evitare guasti alla sigillatura del connettore.
(4) L'intero veicolo richiede un cablaggio flessibile: Per il cablaggio del veicolo, ogni OEM ora ha requisiti di raggio di curvatura e allentamento; in base al connettore nel veicolo
Per casi d'uso, si consiglia di farlo dopo aver completato l'assemblaggio del cablaggio, i terminali del connettore stesso non sono sollecitati. Solo quando l'intero cablaggio è soggetto a vibrazioni, impatto e spostamento relativo della carrozzeria del veicolo dovuti al funzionamento della vettura, lo scopo del pressacavo può essere raggiunto attraverso la flessibilità del cablaggio. Anche se viene trasmessa una piccola quantità di tensione al terminale del connettore, la sollecitazione risultante non supera la forza di ritenzione di progetto del terminale nel connettore.