Nová technológia vysokonapäťového konektora pre energetické vozidlá

V posledných rokoch, svetovo uznávané konektorové spoločnosti presunuli svoje výrobné základne do Číny. Čína sa stala najväčšou výrobnou základňou konektorov na svete. Po rokoch akumulácie technológií, konektory mojej krajiny spĺňajú technickú úroveň požadovanú pre vysokonapäťové konektory pre nové energetické vozidlá, pokiaľ ide o konštrukčné možnosti a automatizované výrobné možnosti. Za predpokladu, že nadväzujúci výrobcovia sú lokalizovaní a majú dostatočné technické možnosti, domáci výrobcovia obsadili najvyšší bod vo vysokonapäťových konektoroch pre nové energetické vozidlá, ako napríklad Sichuan Yonggui, Optoelektronika AVIC, Basba a ďalšie známe spoločnosti.

Harmonizovaný systém tvoria VN konektory Rosenberger pre prúdové zaťaženie až 50 A a 450 A pre priemery káblov od 2 x 4 mm² až 120 mm², ako aj jednotky na rozvod energie pre zostavy špecifické pre zákazníka. Na želanie bude k dispozícii generácia 48V konektorov.

Konektorový systém HVR300 je momentálne vo fáze vývoja a je dostupný na požiadanie. Má maximálnu prúdovú zaťažiteľnosť 320A v kombinácii s minimálnymi nárokmi na priestor. Portfólio produktov obsahuje 2-pólovú uhlovú spojku pre tienené káble a prierez káblov 70 mm² spolu s príslušnou hlavičkou. Prierez 50 mm² je k dispozícii na požiadanie. Pákový uzamykací mechanizmus je zaistený prídavným posúvačom (CPA – Zabezpečenie polohy konektora) aby sa zabránilo náhodnému rozpáreniu.

Konektory HVR420 majú najvyššiu prúdovú zaťažiteľnosť pri 420A aj v 95 variant mm². S najväčším prierezom kábla 120 mm², intenzity prúdu až 450A je možné dosiahnuť pri teplote 85°C. Dodatočný posuvný uzamykací mechanizmus zabraňuje náhodnému rozpojeniu spojenia v aplikáciách, ako je prebíjanie batérií elektrických vozidiel až do 450 kWh.

Nové energetické elektrické vozidlo EV 110-750V 2300A prúd vysokonapäťové vysokonapäťové vodotesné vedenie skladovanie energie 6mm silikónový kábel 2-5 Kolíkový konektor

Čínska nová továreň na káblový zväzok elektrických vozidiel na výrobu vysokonapäťového napájacieho kábla Kábel batérie AC1000V DC1500V Výroba vysokonapäťového kábla EV

Vysokonapäťový konektor a vysokonapäťový vodič pre nové energetické vozidlá

1-Technická analýza vysokonapäťových konektorov:
1.1 Aplikácia vysokonapäťových konektorov v systémoch vozidiel
V porovnaní s tradičnými vysokonapäťovými a vysokoprúdovými konektormi, podmienky používania konektorov pre nové energetické vozidlá sú zložitejšie a premenlivé, vyžadujúce vyššiu spoľahlivosť konektora;
V porovnaní s tradičnými nízkonapäťovými automobilovými konektormi, v dôsledku zvýšenia úrovne napätia (v súčasnosti sú hlavné napätia vyššie ako 300 V DC), zvýšilo sa riziko poranenia ľudského tela elektrickým prúdom, a bezpečnostné požiadavky na konektory sú vyššie. Preto, požiadavky na izoláciu a ochranu produktu sú vyššie ako požiadavky tradičných nízkonapäťových zásuvných modulov.
Hlavnou funkciou konektorov pre nové energetické vozidlá je zabezpečenie vysokonapäťového prepojovacieho systému celého vozidla. Teda, vybudovanie mosta, kde je vnútorný obvod zablokovaný alebo izolovaný, aby mohol prúdiť prúd.
Zloženie konektorov nových energetických vozidiel možno vo všeobecnosti rozdeliť na tri časti: pomocné konštrukcie, ako sú plášte a tesnenia, izolačné časti, a vodivé kontaktné páry. Prostredníctvom vloženia a vzájomnej spolupráce medzi plášťom zástrčky a plášťom zásuvky, možno dosiahnuť funkcie spojenia a vedenia.
Vysokonapäťové konektory sa používajú hlavne vo vysokonapäťových a silnoprúdových obvodoch nových energetických vozidiel, a súčasne pracovať s vodivými káblami na prenos energie batérie do rôznych komponentov v systéme vozidla cez rôzne elektrické obvody. Ako napríklad batérie, ovládače motora, DCDC meniče, nabíjačky a iné pohonné jednotky tela.
Značka: Schéma usporiadania vysokonapäťových konektorov používaných v systémoch vozidiel.

1.2 Analýza kľúčových prvkov v dizajne vysokonapäťových konektorov
1.2.1 Nárast teploty a hodnoty krivky zníženia výkonu
Nárast teploty je jednou z najdôležitejších konštrukčných kritických položiek v dizajne konektorov. Abnormálne zvýšenie teploty spôsobí odpojenie konektora v dôsledku nadmerného nárastu teploty.
Nárast teploty konektora ovplyvňujú nasledujúce faktory:
1. Odpor: používa sa na vodivé spojenie, odpor medzi dvoma kontaktnými nosičmi. Ako napríklad kontaktný odpor medzi dierkou a kolíkom, krimpovací odpor medzi dierkovou koncovkou a drôtom, a prechodový odpor medzi medenými doskami so závitovým spojom.
2. Ohrev prostredia materiálu: Keď je konektor dlhší čas v prostredí s vysokou teplotou, materiály použité v konektore sú technické plasty, kov, guma, tam. Najmä, technické plasty vyžadujú maximálnu pracovnú teplotu 140 °C. Však, keď je okolitá teplota produktu príliš vysoká, konektor vytvára teplo vďaka vlastnému vnútornému odporu kontaktu a dosahuje tepelnú rovnováhu. Navyše, the ambient temperature is higher than the maximum allowable operating temperature of the material. V tejto dobe, if the connector is in this environment for a long time and the internal pinhole part of the connector heats up and the internal temperature cannot be discharged, the internal temperature will continue to rise and the connector will generate a lot of heat. This can lead to connector ablation and vehicle burning, which is a very serious problem. Both rubber materials and metal materials have maximum operating temperature limits, which need to be considered during design.

3. Connection of plate ends: If bolts are required during design, preventive measures must be taken to prevent loosening during delivery; at the same time, when connecting bolts, torque testing must be performed according to operating specifications. In the case of screw connections of conductive parts, one of the main failure modes is that the tightening torque is not controlled according to the torque requirements, resulting in abnormal temperature rise and ablation of the connection parts.
4. Derating curve: Now let’s discuss the derating curve. In my understanding, the derating curve is like choosing a product that should be used in a specific environment. V tejto dobe, when selecting a product, you must determine which range of products you choose based on an attribute value of the product. The derating curve of high-voltage connectors is to provide customers with a menu, and customers can choose their own appropriate dishes according to their own tastes based on this menu.
Krivka zníženia výkonu sú rôzne hodnoty zodpovedajúce rôznym prúdom pri rôznych teplotách okolia. Tieto hodnoty sa získajú vynesením krivkového grafu. S týmto grafom znižovacej krivky, podmienky používania tohto konektora je možné vidieť intuitívnejšie.

20Vysokonapäťové automobilové konektory pre elektrické vozidlá

Továrenské nastavenie pre vysokonapäťové nabíjacie konektory EV – Automobilový konektor, Konektor vozidla

Vysokonapäťové konektory zvládajú až 450 A v elektrických vozidlách

Značka: Znázornenie nárastu teploty a krivky zníženia výkonu – graf krivky zníženia výkonu
1.2.2 Blokovanie vysokého napätia (ODPOČINOK)
Pre celý systém vysokonapäťového prepojenia, aby bola zaistená bezpečnosť vysokonapäťového systému pri zapínaní a vypínaní, koncepcia vysokonapäťového blokovania je zavedená v návrhu spojenia.
Jednoduchý popis je, že keď je konektor zasunutý a pripojený, vysokonapäťový obvod najskôr kontaktuje a vedie, a potom vedie signálny obvod vysokého napätia. Pri lámaní, ako prvý sa preruší vysokonapäťový blokovací signál, a potom sa preruší vysokonapäťový obvod.
Väčšina výrobcov konektorov umiestni dizajn vysokonapäťového blokovania dovnútra konektora, a niektorí výrobcovia umiestnia vysokonapäťové blokovanie mimo spojovacej dutiny prostredníctvom pomocného konštrukčného návrhu. Je veľmi dôležité zabezpečiť stabilitu vysokonapäťovej blokovacej slučky.
Ak je vysokonapäťové blokovanie prerušované, možné následky budú vážne. Napríklad, počas jazdy vozidla, signál vysokonapäťového blokovacieho obvodu sa náhle stane abnormálnym, 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, aby ste ušetrili prácu a ľahko zasúvali konektor na miesto.
Pokiaľ ide o požiadavky na moment arm, USCAR veľa hovorí o ergonomickej ovládateľnosti momentového ramena. USCAR tiež stanovuje požiadavky na silu pre príslušné primárne zámky a sekundárne zámky vo vložených a nevložených situáciách. V skutočnosti, všetci si myslíme, že USCAR je štandard pre konektory, ale myslím si, že štandard USCAR nie je len technický štandard, ale tiež vedie dizajnérov k tomu, aby bola konštrukcia spoľahlivá počas procesu navrhovania. Ako poskytnúť zákazníkom lepšiu skúsenosť s produktom na základe spoľahlivej štruktúry a výkonu.
Obrázok: Obrázky pomerne bežných produktov zámkovej konštrukcie

1.2.4 Úroveň ochrany
Ochrana konektorov je rozdelená hlavne do troch usporiadaní:
Prvým je tesnenie konca dosky: koniec dosky je koniec konektorovej zásuvky, ktorý je inštalovaný mechanicky pomocou štyroch skrutiek. Toto je častejšie používaná štruktúra, ale existujú aj niektoré špeciálnejšie štruktúry.

Druhým je zásuvné tesnenie medzi hlavou a základňou: zásuvný modul hlavovej základne znamená, že samčí koniec obsahuje samičí koniec, alebo samičí koniec zahŕňa samčí koniec, a v strede sú použité gumené časti pre radiálnu a axiálnu ochranu.

Tretím je tesnenie konca linky, ochranné tesnenie medzi koncovým konektorom vedenia a káblom.

Pre vysokonapäťové konektory pre elektrické vozidlá, s vývojom trhu, neustále sa zlepšujú aj výkonnostné požiadavky výrobcov OEM na ochranu produktov. V počiatočných fázach rozvoja priemyslu, požiadavky na ochranu podľa IPI67 už dokážu splniť prevažnú väčšinu zákazníkov. Však, ako sa ochrana konektorových produktov objavila na trhu neskôr, pribúdalo prípadov úniku vody, porucha izolácie, a dokonca ablácia.
Trendom vývoja elektrických vozidiel sa stalo postupné zlepšovanie požiadaviek na ochranu. Súčasné požiadavky IP67 nemôžu spĺňať požiadavky bežného používania. Samozrejme, toto nie je absolútne, a zalezi aj na umiestneni konektora na aute.
Podľa dispozície celého vozidla, vysokonapäťový obvod bude zavesený pod podvozkom vozidla. Platí zásada, že do kabíny sa nesmie dostať vysoký tlak. Preto, väčšina vysokonapäťových konektorov je umiestnená na šasi blízko zeme, alebo v blízkosti náboja kolesa.
Keď je drsné počasie, ako napríklad nepriaznivé počasie, silné búrky alebo silné chladné počasie, voda nanesená vašimi pneumatikami skutočne ovplyvní tieto konektory. Ak ste oboznámení s testovaním, v domácich normách neexistuje nič také ako IP6K9K. Zistíte, že ak je IP67, nárazový tlak vysokotlakovej vodnej pištole v skutočnosti nie je taký vysoký ako 6k9k.

1.2.5 Elektromagnetické tienenie vysokonapäťových konektorov
Elektrické vozidlá majú veľa elektronických zariadení, a prúd vytvorí magnetické polia. Časti vozidla musia mať schopnosť proti rušeniu. Najmä, elektrické vozidlá sa teraz používajú ako nosiče, a autonómne riadenie sa bude vyvíjať viac na tomto základe, takže tento technický problém je veľmi dôležitý. Pre vysokonapäťové systémy, tienené konektory a káble sú veľmi dôležité, ale musíme uprednostniť rozloženie na úrovni systému, čo je predpoklad. Ak váš OBC, miesto, ktoré si dohodnete, vrátane DCDC v systéme, môže mať nejaké inherentné problémy. Bez ohľadu na to, ako dobre je konektor vyrobený, stále budú rôzne problémy s rušením signálu.
Preto, najprv musíme zvážiť úroveň systému, a po druhé zvážte úroveň komponentov. Pre účinnosť tienenia konektorov, vo všeobecnosti sa používajú dva spôsoby.
Prvý spôsob je, že na niektorých plastových konektoroch máme kovový štít, a tienenie kábla bude spojené s tienením kovového plášťa, aby vytvorilo účinné 360° tienenie.
V druhom spôsobe, väčšina vysokonapäťových a nízkoprúdových pripojení nebude mať sekundárne pripojenia a bude pripojená k tieniacej vrstve kábla. Túto metódu bežne používajú aj existujúci výrobcovia, vrátane niektorých známych domácich výrobcov OEM, ktoré tiež uvažujú o tejto metóde. Hovoríme tomu pružinový kontakt (angličtina), čo je vlastne pružinové spojenie. Táto štruktúra má tiež veľa výhod, pretože veľkosť a priestor budú menšie, a bude mať viac kontaktných bodov;
Existuje veľa výrobcov tejto konštrukcie, zastúpené najmä spoločnosťami ako BMW Spring vo Švajčiarsku a Basel v Spojených štátoch. V tejto oblasti majú veľa praktických a vyspelých aplikačných prípadov. Vo väčšine prípadov, na zalisovanie spoja medzi vodičmi a tieniacou vrstvou použijeme kovové vnútorné a vonkajšie krúžky. Tieniaca vrstva je umiestnená medzi dvoma kovovými krúžkami, a tieniaca vrstva a kovové krúžky sú pevne pripevnené lisovaním za studena a deformáciou. Navyše, máme tiež metódu tienenia, ktorá využíva štruktúru podobnú pružine remienka hodiniek na nahradenie pružinového spojenia. Táto štruktúra sa často používa vo vojenských výrobkoch a technológia je vyspelá; urobili sme príslušné testy a všetky môžu spĺňať konštrukčné požiadavky. Táto štruktúra sa používa pri tienení nových energetických elektrických vozidiel, ktoré môžu nielen spĺňať požiadavky na výkon, ale je to aj vyrazený diel, vhodné pre sériovú výrobu, a má vysoký nákladový výkon.
1.2.6 Materiál konektora

Izolačný materiál konektora je zvyčajne vyrobený z PA66, PBT, ABS, PC, tam. Kontaktné materiály sú zvyčajne vyrobené z mosadze, fosforový bronz, berýliová meď, atď., ale teraz je v zahraničí viac používaný materiál meď-nikel-kremík.
Materiály plášťa konektorov sa vo všeobecnosti delia na dva typy: plast a kov. Pokiaľ ide o výber plastových alebo kovových materiálov, vo všeobecnosti existujú nasledujúce referenčné body:
1. Ľahká
Kvôli dopytu po ľahkých vozidlách, najmä výrobcov osobných automobilov, za predpokladu splnenia výkonnosti produktu, budú sa snažiť čo najlepšie vybrať plastové konektory na kontrolu hmotnosti vozidla.
2. Prostredie používania produktu
Pretože mechanická pevnosť kovových materiálov je lepšia ako u plastov. Preto, v niektorých drsných prostrediach, kovové konektory budú vhodnejšie. Napríklad, špeciálne vozidlá, sklápače, a elektrické spojovacie časti, ktoré nie sú chránené pri usporiadaní celého vozidla. V tejto dobe, kovové konektory sú o niečo lepšie ako plastové konektory z hľadiska vplyvu na životné prostredie a mechanickej pevnosti.
3. Spôsob implementácie tienenia
Pre tienené konektory, samotný plášť kovového konektora slúži na vedenie tienenia a tvorí nosič pre ochranu tienenia. Všeobecne, s kovovými konektormi je jednoduchšie dosiahnuť lepší výkon tienenia ako s plastovými konektormi, a ich vzhľad a štruktúra sú kompaktnejšie.

1.2.7 Výber konektora
1.2.7.1 Proces výberu konektora (pozri obrázok nižšie)

1.2.7.2 Výklad bežných technických parametrov konektorov
(1) Miesto použitia: Ako už názov napovedá, konektor je vybraný podľa miesta jeho použitia na rôznych vysokonapäťových elektrických spotrebičoch vo vozidle.

(2) Menovité napätie: maximálne napätie, pri ktorom elektrické zariadenie (vrátane elektrických a napájacích zariadení) môže pracovať stabilne po dlhú dobu.
Menovité napätie je úmerné plazivej dráhe & odbavenie. Inými slovami, tým vyššie je požadované napätie, čím väčší alebo dlhší je konektor. Plazivá vzdialenosť & štandardy návrhu vôle sú v súlade s VOP 16935.1 (IEC 60664-1),
(3) Menovitý prúd: Menovitý prúd elektrického zariadenia sa vzťahuje na maximálny povolený prúd po dlhú dobu, keď generovanie tepla neprekročí prípustnú dlhodobú teplotu ohrevu pri referenčnej teplote okolia a pracovných podmienkach menovitého napätia..
Pre elektrické vozidlá, P=UI, menovitý prúd sa určuje na základe výkonu P elektrického zariadenia a výstupného napätia U.
Špičkový prúd: Maximálna hodnota prúdu generovaná elektrickým vozidlom v momente prudkého zrýchlenia, lezenie, alebo preťaženie.
Prierezová plocha s prúdom je úmerná menovitému prúdu konektora. Inými slovami, čím väčší je prierez kolíka/diery/drôtu, tým väčší prúd môže prejsť, a čím väčší je konektor.

(4) ODPOČINOK (blokovanie vysokého napätia)
(4.1) Dizajn HVIL funkčný účel
Potvrďte integritu celého vysokonapäťového systému. Keď je obvod vysokonapäťového systému odpojený alebo je poškodená integrita, spustia sa bezpečnostné opatrenia celého vozidla.
(4.2) Implementácia funkcie HVIL
a. Vyžaduje sa celý systém a musí byť navrhnutý do systému počas vývoja systému;
b. Hlavne cez konektory;
c.HVIL obvod je nízkonapäťový obvod a je nezávislý od napájacieho obvodu.
(4.3) Princíp implementácie HVIL funkcie konektora
Napájacie a signálne svorky by sa mali stretnúť:
——Pri pripájaní, najskôr sa pripojí napájacia svorka, nasleduje signálny terminál.
——Pri odpájaní, najskôr sa odpojí signálna svorka, nasleduje napájací terminál.
Špeciálna poznámka: Zapojenie napájacích svoriek indikuje dobrý kontakt, a virtuálny kontakt je neprijateľný.
(5) Chránenie
Tienenie striedavého elektrického poľa: Aby sa znížilo väzbové rušivé napätie striedavého elektrického poľa na citlivé obvody, medzi zdrojom rušenia a citlivým obvodom je možné umiestniť kovové tienenie s dobrou vodivosťou, a kovové tienenie môže byť uzemnené.
Hlavný rozdiel medzi tienenými a netienenými konektormi je v tom, či existuje kovové tienenie s dobrou vodivosťou.

(6) Úroveň ochrany
Úroveň ochrany IP sa skladá z dvoch čísel. Prvé označené číslo označuje úroveň prachotesnosti a ochrany pred vniknutím cudzích predmetov do spotrebiča. Druhé označené číslo označuje stupeň utesnenia spotrebiča proti vlhkosti a vniknutiu vody. Čím vyššie číslo, tým vyššia je úroveň ochrany.

(7) Odchádzajúca metóda
Vzťahuje sa hlavne na uhol medzi uhlom výstupu kábla na konci zástrčky elektrického konektora a normálnym smerom povrchu inštalácie zásuvky. Podľa tejto klasifikácie, bežné sú 90° (uhlové) a 180° (rovno) výstupné elektrické konektory.
(8) Spôsob inštalácie zásuvky
S cieľom uspokojiť potreby OEM dizajnérov pre rôzne rozloženia konektorov, Spôsoby inštalácie zásuviek elektrických konektorov sú rozdelené do nasledujúcich štyroch typov:

1.6.2.3 Poznámky k možnosti
(1) Výber napätia sa musí zhodovať: menovité napätie vozidla po výpočte zaťaženia by malo byť menšie alebo rovné menovitému napätiu konektora. Ak pracovné napätie vozidla dlhodobo prekračuje menovité napätie konektora, elektrický konektor je vystavený riziku tečenia a ablácie.
(2) Aktuálny výber sa musí zhodovať: menovitý prúd vozidla po výpočte zaťaženia by mal byť menší alebo rovný menovitému prúdu konektora. Ak prevádzkový prúd vozidla dlhší čas prekračuje menovitý prúd konektora, elektrický konektor je vystavený riziku ablácie preťaženia.
(3) Výber káblov sa musí zhodovať: Výber a prispôsobenie káblov celého vozidla je rozdelené na prispôsobenie káblového prúdu a tesnenie káblov a konektorov. Čo sa týka prúdovej únosnosti káblov, každý OEM má špecializovaných elektrotechnikov na vykonanie zodpovedajúceho dizajnu, čo tu nebude vysvetlené.
Zhoda tesnenia: Konektor a tesnenie kábla sa spoliehajú na elastické stlačenie gumového tesnenia, aby sa medzi nimi vytvoril kontaktný tlak, čím sa dosiahne spoľahlivý ochranný výkon, ako napríklad IP67. Podľa výpočtov, dosiahnutie špecifického kontaktného tlaku závisí od špecifického množstva stlačenia tesnenia. Na základe toho, ak je potrebná spoľahlivá ochrana, tesniaca ochrana konektora má na začiatku návrhu špecifické požiadavky na veľkosť kábla;
Káble s rovnakými špecifikáciami prierezu pod prúdom môžu mať rôzne vonkajšie priemery, ako sú tienené káble a netienené káble, národné štandardné káble a štandardné káble LV216. Konkrétne zodpovedajúce káble a špecifikácie výberu konektorov sú jasne uvedené. Preto, pri výbere konektorov, špeciálna pozornosť sa musí venovať požiadavkám na špecifikáciu kábla, aby sa zabránilo zlyhaniu tesnenia konektora.
(4) Celé vozidlo vyžaduje flexibilnú kabeláž: Pre elektroinštaláciu vozidla, každý OEM má teraz požiadavky na polomer ohybu a vôľu; podľa konektora vo vozidle
Pre prípady použitia, odporúča sa to po dokončení montáže postroja, samotné vývody konektora nie sú namáhané. Iba vtedy, keď je celý káblový zväzok vystavený vibráciám, náraz a relatívne posunutie karosérie vozidla v dôsledku prevádzky automobilu, účel odľahčenia ťahu možno dosiahnuť flexibilitou káblového zväzku. Aj keď sa na konektor konektora prenáša malé napätie, výsledné napätie nepresiahne konštrukčnú prídržnú silu koncovky v konektore.