Tehnologie de conector de înaltă tensiune pentru vehicule cu energie nouă

În ultimii ani, Companii de conectori de renume mondial și-au mutat bazele de producție în China. China a devenit cea mai mare bază de producție de conectori din lume. După ani de acumulare de tehnologie, conectorii din țara mea au îndeplinit nivelul tehnic necesar pentru conectorii de înaltă tensiune pentru vehicule cu energie nouă în ceea ce privește capabilitățile de proiectare și capacitățile de producție automată. Pe premisa că producătorii din aval sunt localizați și au capacități tehnice suficiente, producătorii autohtoni au ocupat cel mai înalt punct în conectorii de înaltă tensiune pentru vehicule cu energie nouă, precum Sichuan Yonggui, AVIC Optoelectronica, Basba și alte companii cunoscute.

Sistemul armonizat constă din conectori Rosenberger HV pentru sarcini curente de până la 50 A și 450 A pentru diametrele cablului de la 2 x 4 mm² la 120 mm², precum și unități de distribuție a energiei pentru ansambluri specifice clientului. La cerere va fi disponibilă o generație de conectori de 48 V.

Sistemul de conector HVR300 este în prezent în faza de dezvoltare și este disponibil la cerere. Are o capacitate maximă de transport de curent de 320 A combinată cu cerințe minime de spațiu. Portofoliul de produse include un cuplaj înclinat cu 2 poli pentru cabluri ecranate și o secțiune transversală a cablului de 70 mm² împreună cu antetul corespunzător. O secțiune transversală a 50 mm² este disponibil la cerere. Mecanismul de blocare a pârghiei este asigurat cu un glisor suplimentar (CPA – Asigurarea poziției conectorului) pentru a preveni dezbinarea accidentală.

Conectorii HVR420 au cea mai mare capacitate de transport de curent la 420A chiar și în 95 varianta mm². Cu cea mai mare secțiune transversală a cablului de 120 mm², intensități de curent de până la 450A pot fi atinse la o temperatură de 85°C. Mecanismul suplimentar de blocare al glisierei previne deconectarea accidentală a conexiunii în aplicații precum supraîncărcarea bateriilor vehiculelor electrice cu până la 450 kWh.

Vehicul electric New Energy EV 110-750V 2300A Curent de înaltă tensiune Hv Linie impermeabilă Stocare energie Cablu silicon de 6mm 2-5 Pin conector

Fabrica de cablaje pentru vehicule electrice New Energy Cablu de alimentare de înaltă tensiune Cablu baterie AC1000V DC1500V Fabricarea de cabluri EV de înaltă tensiune

Conector de înaltă tensiune și cablu de înaltă tensiune pentru vehicule cu energie noi

1-Analiza tehnică a conectorilor de înaltă tensiune:
1.1 Aplicarea conectorilor de înaltă tensiune în sistemele vehiculelor
În comparație cu conectorii tradiționali de înaltă tensiune și curent ridicat, condițiile de utilizare a conectorilor pentru vehiculele cu energie nouă sunt mai complexe și mai variabile, necesitând o fiabilitate mai mare a conectorului;
În comparație cu conectorii auto tradiționali de joasă tensiune, datorita cresterii nivelului de tensiune (în prezent, tensiunile principale sunt mai mari de 300 V DC), riscul ca corpul uman să fie rănit de electrocutare a crescut, iar cerințele de siguranță pentru conectori sunt mai mari. Prin urmare, cerințele de izolare și protecție ale produsului sunt mai mari decât cele ale plug-in-urilor tradiționale de joasă tensiune.
Funcția principală a conectorilor pentru vehiculele cu energie nouă este de a asigura sistemul de interconectare de înaltă tensiune al întregului vehicul. Adică, construirea unui pod unde circuitul intern este blocat sau izolat pentru a permite curentului să circule.
Compoziția conectorilor vehiculelor cu energie nouă poate fi, în general, împărțită în trei părți: structuri auxiliare, cum ar fi cochilii și sigilii, piese izolante, și perechi de contacte conductoare. Prin introducerea și cooperarea reciprocă între mantaua prizei și mantaua prizei, funcţiile de conectare şi conducere pot fi realizate.
Conectorii de înaltă tensiune sunt utilizați în principal în circuitele de înaltă tensiune și curent ridicat ale vehiculelor cu energie nouă, și lucrează simultan cu cabluri conductoare pentru a transporta energia acumulatorului către diferite componente din sistemul vehiculului prin diferite circuite electrice. Cum ar fi bateriile, controlere de motoare, convertoare DCDC, încărcătoare și alte unități de alimentare ale caroseriei.
Figura: Schema de amplasare a conectorilor de înaltă tensiune utilizați în sistemele vehiculelor.

1.2 Analiza elementelor cheie în proiectarea conectorilor de înaltă tensiune
1.2.1 Valorile curbei de creștere și derating ale temperaturii
Creșterea temperaturii este unul dintre cele mai importante elemente critice de proiectare în proiectarea conectorilor. Creșterea anormală a temperaturii va face ca conectorul să se abțină din cauza creșterii excesive a temperaturii.
Creșterea temperaturii conectorului este afectată de următorii factori:
1. Rezistență la contact: folosit pentru conexiunea conductivă, rezistența între doi purtători de contact. Cum ar fi rezistența de contact pinhole-to-pin, rezistența la sertizare între coada pinhole și sârmă, și rezistența de contact între plăcile de cupru de conectare filetate.
2. Material de încălzire a mediului: Când conectorul se află într-un mediu cu temperatură ridicată pentru o perioadă lungă de timp, materialele utilizate în conector sunt materiale plastice tehnice, metal, cauciuc, etc. În special, materialele plastice tehnice necesită o temperatură maximă de lucru de 140°C. Cu toate acestea, când temperatura ambiantă a produsului este prea ridicată, conectorul generează căldură datorită propriei rezistențe interne de contact și atinge echilibrul termic. În plus, temperatura ambiantă este mai mare decât temperatura maximă admisă de funcționare a materialului. În acest moment, dacă conectorul se află în acest mediu pentru o perioadă lungă de timp și partea internă a conectorului se încălzește și temperatura internă nu poate fi descărcată, temperatura internă va continua să crească, iar conectorul va genera multă căldură. Acest lucru poate duce la ablația conectorului și la arderea vehiculului, care este o problemă foarte serioasă. Atât materialele cauciucate, cât și cele metalice au limite maxime de temperatură de funcționare, care trebuie luate în considerare în timpul proiectării.

3. Conectarea capetelor plăcii: Dacă sunt necesare șuruburi în timpul proiectării, trebuie luate măsuri preventive pentru a preveni slăbirea în timpul nașterii; în același timp, la conectarea șuruburilor, testarea cuplului trebuie efectuată conform specificațiilor de exploatare. În cazul îmbinărilor cu șuruburi ale pieselor conductoare, unul dintre principalele moduri de defecțiune este că cuplul de strângere nu este controlat conform cerințelor de cuplu, rezultând o creștere anormală a temperaturii și ablația pieselor de conectare.
4. Curba de derating: Acum să discutăm despre curba de derating. După înțelegerea mea, curba de derating este ca și cum ai alege un produs care ar trebui utilizat într-un anumit mediu. În acest moment, la selectarea unui produs, trebuie să determinați ce gamă de produse alegeți în funcție de valoarea unui atribut al produsului. Curba de derating a conectorilor de înaltă tensiune este de a oferi clienților un meniu, iar clienții își pot alege propriile preparate potrivite în funcție de propriile gusturi pe baza acestui meniu.
Curba de derating reprezintă diferitele valori corespunzătoare curenților diferiți la diferite temperaturi ale mediului de lucru. Aceste valori sunt obținute prin trasarea unui grafic de curbă. Cu acest grafic al curbei de derating, conditiile de utilizare ale acestui conector pot fi vazute mai intuitiv.

20A Conectori auto de înaltă tensiune pentru vehicule electrice

Personalizat din fabrică pentru încărcare conectori EV de înaltă tensiune – Conector auto, Conector vehicul

Conectorii de înaltă tensiune gestionează până la 450 A în vehiculele electrice

Figura: Ilustrație a curbei de creștere a temperaturii și derating – graficul curbei de derating
1.2.2 Interblocare de înaltă tensiune (ODIHNĂ)
Pentru întregul sistem de interconectare de înaltă tensiune, pentru a asigura siguranța sistemului de înaltă tensiune la pornire și oprire, conceptul de interblocare de înaltă tensiune este introdus în proiectarea conexiunii.
O descriere simplă este aceea când conectorul este conectat și conectat, circuitul de înaltă tensiune contactează mai întâi și conduce, iar apoi circuitul de semnal de interblocare de înaltă tensiune conduce. La rupere, semnalul de interblocare de înaltă tensiune este întrerupt mai întâi, și atunci circuitul de înaltă tensiune este rupt.
Majoritatea producătorilor de conectori vor plasa designul de interblocare de înaltă tensiune în interiorul conectorului, iar unii producători vor plasa interblocarea de înaltă tensiune în afara cavității de împerechere prin proiectare structurală auxiliară. Este foarte important să se asigure stabilitatea buclei de interblocare de înaltă tensiune.
Dacă interblocarea de înaltă tensiune este discontinuă, consecințele posibile vor fi grave. De exemplu, în timp ce vehiculul conduce, semnalul circuitului de interblocare de înaltă tensiune devine brusc anormal, ceea ce face ca vehiculul să piardă brusc puterea și să nu funcționeze normal, care poate provoca un accident rutier.
1.2.3 Structura de blocare
Înțelegeți că încuietoarea secundară reală nu are o funcție de protecție secundară, dar trebuie să o protejeze eficient. Sensul real al acestui lucru este că după blocarea primară, dacă blocarea primară eșuează sau nu există nicio verificare a funcționării, încuietoarea secundară este pentru a se asigura că încuietoarea primară este blocată și că prima încuietoare este protejată. Acesta este un rol foarte important.
Structura de blocare secundară cea mai frecvent utilizată combinată cu blocarea primară este mecanismul brațului de forță. Deoarece blocarea unică este legată de forța de introducere și extracție, conform conceptului de proiectare mecanică este necesară o formă similară cu un mecanism de braț de forță, astfel încât să economisiți forță de muncă și să introduceți ușor conectorul în poziție.
În ceea ce privește cerințele pentru brațul de moment, USCAR vorbește mult despre operabilitatea ergonomică a brațului de moment. USCAR prevede, de asemenea, cerințele de forță pentru încuietorile primare și secundare relevante în situațiile introduse și neinserate.. De fapt, cu toții credem că USCAR este standardul pentru conectori, dar cred că standardul USCAR nu este doar un standard tehnic, dar, de asemenea, ghidează proiectanții pentru a face structura fiabilă în timpul procesului de proiectare. Cum să oferiți clienților o experiență mai bună a produsului pe baza unei structuri și performanțe fiabile.
Imagine: Imagini cu produse cu structură de blocare relativ comune

1.2.4 Nivel de protecție
Protecția conectorilor este împărțită în principal în trei aranjamente:
Primul este sigiliul de la capătul plăcii: capătul plăcii este capătul prizei conectorului care este instalat mecanic cu patru șuruburi. Aceasta este o structură folosită mai des, dar există și câteva structuri mai speciale.

Al doilea este sigiliul de conectare la baza capului: plug-in-ul bazei capului înseamnă că capătul tată include capătul mamă, sau capătul feminin include capătul masculin, iar piese din cauciuc sunt folosite la mijloc pentru protectia radiala si axiala.

Al treilea este sigiliul de la capătul liniei, etanșarea de protecție dintre conectorul de capăt de linie și cablu.

Pentru conectori de înaltă tensiune pentru vehicule electrice, odata cu dezvoltarea pietei, cerințele de performanță ale OEM-urilor pentru protecția produselor se îmbunătățesc în mod constant. În primele etape ale dezvoltării industriei, cerințele de protecție ale IPI67 pot satisface deja marea majoritate a clienților. Cu toate acestea, întrucât protecția produselor conector a apărut ulterior pe piață, au fost tot mai multe cazuri de scurgeri de apă, defectarea izolației, și chiar ablația.
Îmbunătățirea treptată a cerințelor de protecție a devenit tendința de dezvoltare a vehiculelor electrice. Cerințele actuale IP67 nu pot îndeplini cerințele normale de utilizare. Desigur, asta nu este absolut, și depinde și de locația conectorului pe mașină.
Conform aspectului întregului vehicul, circuitul de înaltă tensiune va fi suspendat sub șasiul vehiculului. Este un principiu că presiunea ridicată nu are voie să intre în cabină. Prin urmare, majoritatea conectorilor de înaltă tensiune sunt amplasați pe șasiu aproape de pământ, sau aproape de butucul roții.
Când este vreme severă, precum vremea severă, furtuni puternice sau vreo vreme rece puternică, apa adusă de anvelopele dvs. va afecta de fapt acești conectori. Dacă sunteți familiarizat cu testarea, nu există așa ceva ca IP6K9K în standardele interne. Veți descoperi că dacă este IP67, presiunea de impact a pistolului cu apă de înaltă presiune nu este de fapt la fel de mare ca 6k9k.

1.2.5 Ecranarea electromagnetică a conectorilor de înaltă tensiune
Vehiculele electrice au multe dispozitive electronice, iar curentul va genera câmpuri magnetice. Piesele vehiculului trebuie să aibă capacități anti-interferențe. În special, vehiculele electrice sunt acum folosite ca transportator, iar conducerea autonomă va fi dezvoltată mai mult pe această bază, deci această problemă tehnică este foarte importantă. Pentru sisteme de înaltă tensiune, conectorii și cablurile ecranate sunt foarte importante, dar trebuie să acordăm prioritate aspectului la nivel de sistem, care este o condiție prealabilă. Dacă dvs. OBC, locația pe care o aranjați, inclusiv DCDC în sistem, poate avea unele probleme inerente. Indiferent cât de bine făcut este conectorul, vor exista în continuare diverse probleme de interferență de semnal.
Prin urmare, trebuie mai întâi să luăm în considerare nivelul sistemului, și în al doilea rând luați în considerare nivelul componentelor. Pentru eficacitatea ecranării conectorului, sunt utilizate în general două metode.
Prima modalitate este că avem un scut metalic pe niște conectori din plastic, iar ecranul cablului va fi conectat la ecranul carcasei metalice pentru a forma un ecran eficient de 360°.
În a doua metodă, majoritatea conexiunilor de înaltă tensiune și curent scăzut nu vor avea conexiuni secundare și vor fi conectate la stratul de ecranare al cablului. Această metodă este folosită în mod obișnuit de producătorii existenți, inclusiv unii producători autohtoni cunoscuți, care au în vedere și această metodă. Îi spunem contact de primăvară (engleză), care este de fapt o legătură cu arc. Există, de asemenea, multe beneficii pentru această structură, deoarece dimensiunea și spațiul vor fi mai mici, și va avea mai multe puncte de contact;
Există mulți producători ai acestei structuri, reprezentată în principal de companii precum BMW Spring în Elveția și Basel în Statele Unite. Au multe cazuri de aplicare practice și mature în acest domeniu. În majoritatea cazurilor, vom folosi inele metalice interioare și exterioare pentru sertizarea conexiunii dintre fire și stratul de ecranare. Stratul de ecranare este plasat între cele două inele metalice, iar stratul de ecranare și inelele metalice sunt fixate strâns prin presare la rece și deformare. În plus, avem, de asemenea, o metodă de ecranare care folosește o structură similară cu un arc pentru curea de ceas pentru a înlocui conexiunea cu arc. Această structură este adesea folosită în produsele militare, iar tehnologia este matură; am făcut teste relevante și toți pot îndeplini cerințele de proiectare. Această structură este utilizată în ecranarea vehiculelor electrice de energie nouă, care nu numai că pot îndeplini cerințele de performanță, dar este și o parte ștanțată, potrivite pentru producția de masă, și are performanță la costuri ridicate.
1.2.6 Material conector

Materialul izolator al conectorului este în general realizat din PA66, PBT, ABS, PC, etc. Materialele de contact sunt în general realizate din alamă, bronz fosforic, cupru beriliu, etc., dar acum materialul folosit mai mult în străinătate este materialul cupru-nichel-siliciu.
Materialele carcasei conectorului sunt, în general, împărțite în două tipuri: plastic și metal. Referitor la modul de alegere a materialelor plastice sau metalice, există în general următoarele puncte de referință:
1. Ușoare
Datorită cererii de vehicule ușoare, în special producătorii de autoturisme, pe premisa îndeplinirii performanței produsului, vor face tot posibilul să aleagă conectori din plastic pentru a controla greutatea vehiculului.
2. Mediul de utilizare a produsului
Deoarece rezistența mecanică a materialelor metalice este mai bună decât cea a materialelor plastice. Prin urmare, în unele medii dure, conectorii metalici vor fi mai potriviti. De exemplu, vehicule speciale, autobasculante, și piesele de conectare electrică care nu sunt protejate în timpul amenajării întregului vehicul. În acest moment, conectorii metalici sunt puțin mai buni decât conectorii din plastic în ceea ce privește impactul asupra mediului și rezistența mecanică.
3. Metoda de implementare a ecranării
Pentru conectori ecranați, carcasa conectorului metalic în sine este utilizată pentru a efectua ecranarea și a forma un suport pentru protecția de ecranare. În general vorbind, conectorii metalici sunt mai ușor de obținut o performanță de ecranare mai bună decât conectorii din plastic, iar aspectul și structura lor sunt mai compacte.

1.2.7 Selectarea conectorului
1.2.7.1 Procesul de selectare a conectorului (vezi figura de mai jos)

1.2.7.2 Interpretarea parametrilor tehnici comuni ai conectorilor
(1) Locația de utilizare: După cum sugerează și numele, conectorul este selectat pentru locația sa de aplicare pe diferite aparate electrice de înaltă tensiune din vehicul.

(2) Tensiune nominală: tensiunea maximă la care echipamentele electrice (inclusiv electricitate și echipamente de alimentare cu energie electrică) poate funcționa stabil pentru o lungă perioadă de timp.
Tensiunea nominală este proporțională cu distanța de fuga & clearance-ul. Cu alte cuvinte, cu atât este mai mare tensiunea nominală necesară, cu atât conectorul este mai mare sau mai lung. Distanța de scurgere & standardele de proiectare de degajare sunt în conformitate cu GBT 16935.1 (IEC 60664-1),
(3) Curent nominal: Curentul nominal al echipamentelor electrice se referă la curentul maxim permis să treacă pentru o lungă perioadă de timp atunci când generarea de căldură nu depășește temperatura de încălzire pe termen lung admisă sub temperatura ambiantă de referință și condițiile de lucru de tensiune nominală.
Pentru vehicule electrice, P=UI, curentul nominal se determină pe baza puterii P a echipamentului electric și a tensiunii de ieșire U.
Curent de vârf: Valoarea maximă a curentului generată de un vehicul electric în momentul accelerației rapide, alpinism, sau supraîncărcare.
Aria secțiunii transversale purtătoare de curent este proporțională cu curentul nominal al conectorului. Cu alte cuvinte, cu atât secțiunea transversală a știftului/găurii/sârmei este mai mare, cu atât este mai mare curentul pe care îl poate trece, iar conectorul este mai mare.

(4) ODIHNĂ (interblocare de înaltă tensiune)
(4.1) Proiectați scopul funcțional HVIL
Confirmați integritatea întregului sistem de înaltă tensiune. Când circuitul sistemului de înaltă tensiune este deconectat sau integritatea este deteriorată, sunt declanșate măsurile de siguranță ale întregului vehicul.
(4.2) Implementarea funcției HVIL
o. Întregul sistem este necesar și trebuie proiectat în sistem în timpul dezvoltării sistemului;
b. Se realizează în principal prin conectori;
c. Circuitul HVIL este un circuit de joasă tensiune și este independent de circuitul de putere.
(4.3) Principiul implementării funcției conectorului HVIL
Bornele de alimentare și de semnal trebuie să se întâlnească:
——La conectare, terminalul de alimentare este conectat mai întâi, urmat de terminalul de semnal.
——La deconectare, terminalul de semnal este deconectat mai întâi, urmat de terminalul de alimentare.
Notă specială: Conexiunea bornelor de alimentare indică un contact bun, iar contactul virtual este inacceptabil.
(5) Ecranarea
Ecranarea câmpului electric alternativ: Pentru a reduce tensiunea de interferență de cuplare a câmpului electric alternativ la circuitele sensibile, între sursa de interferență și circuitul sensibil se poate instala un scut metalic cu conductivitate bună, iar scutul metalic poate fi împământat.
Principala diferență între conectorii ecranați și neecranați este dacă există un scut metalic cu o conductivitate bună.

(6) Nivel de protecție
Nivelul de protecție IP este compus din două numere. Primul număr marcat indică nivelul de protecție la praf și de protecție împotriva pătrunderii obiectelor străine de către aparat. Al doilea număr marcat indică gradul de etanșare a aparatului împotriva umidității și pătrunderii apei. Cu cât numărul este mai mare, cu cât nivelul de protecție este mai mare.

(7) Metoda de ieșire
Se referă în principal la unghiul dintre unghiul de ieșire a cablului de la capătul conectorului electric și direcția normală a suprafeței de instalare a prizei. Conform acestei clasificări, cele comune sunt de 90° (înclinat) și 180° (Drept) conectori electrici de priză.
(8) Metoda de instalare a prizei
Pentru a satisface nevoile designerilor OEM pentru diferite modele de conectori, metodele de instalare a prizelor de conectare electrică sunt împărțite în următoarele patru tipuri:

1.6.2.3 Note de opțiune
(1) Selectarea tensiunii trebuie să se potrivească: tensiunea nominală a vehiculului după calculul sarcinii ar trebui să fie mai mică sau egală cu tensiunea nominală a conectorului. Dacă tensiunea de lucru a vehiculului depășește tensiunea nominală a conectorului pentru o lungă perioadă de timp, conectorul electric este expus riscului de scurgere și ablație.
(2) Selecția actuală trebuie să se potrivească: curentul nominal al vehiculului după calculul sarcinii ar trebui să fie mai mic sau egal cu curentul nominal al conectorului. Dacă curentul de funcționare al vehiculului depășește curentul nominal al conectorului pentru o perioadă lungă de timp, conectorul electric este expus riscului de ablație la suprasarcină.
(3) Selectarea cablului trebuie să se potrivească: Selecția și potrivirea cablurilor pentru întregul vehicul este împărțită în potrivirea cablului care transportă curent și potrivirea cablului și a etanșării conectorilor. În ceea ce privește capacitatea de transport curent a cablurilor, fiecare OEM are ingineri electrici dedicați pentru a realiza proiectarea potrivită, care nu va fi explicat aici.
Potrivire de etanșare: Conectorul și etanșarea cablului se bazează pe compresia elastică a etanșării din cauciuc pentru a asigura presiunea de contact între ele, obținând astfel o performanță de protecție fiabilă, cum ar fi IP67. Conform calculelor, atingerea unei presiuni de contact specifice se bazează pe o anumită cantitate de compresie a etanșării. Pe baza acestui lucru, dacă este necesară o protecție fiabilă, protecția de etanșare a conectorului are cerințe specifice de dimensiune pentru cablu la începutul proiectării;
Cablurile cu aceleași specificații de secțiune transversală purtătoare de curent pot avea diametre exterioare diferite, precum cablurile ecranate și cablurile neecranate, cabluri standard naționale și cabluri standard LV216. Specificațiile specifice de selecție a cablurilor și conectorilor care se potrivesc sunt clar menționate. Prin urmare, la selectarea conectorilor, trebuie acordată o atenție deosebită cerințelor specificațiilor cablului pentru a preveni defecțiunea etanșării conectorului.
(4) Întregul vehicul necesită cablare flexibilă: Pentru cablarea vehiculului, fiecare OEM are acum cerințe privind raza de curbură și slăbiciune; conform conectorului din vehicul
Pentru cazuri de utilizare, se recomandă ca după finalizarea ansamblului hamului, bornele conectorului în sine nu sunt solicitate. Doar atunci când întregul cablaj este supus vibrațiilor, impactul și deplasarea relativă a caroseriei vehiculului din cauza funcționării mașinii, scopul detensionării poate fi atins prin flexibilitatea cablajului de sârmă. Chiar dacă o cantitate mică de tensiune este transmisă la terminalul conectorului, stresul rezultat nu depășește forța de reținere proiectată a terminalului în conector.