Ny högspänningsanslutningsteknik för energifordon

På senare år, världskända kopplingsföretag har flyttat sina produktionsbaser till Kina. Kina har blivit världens största produktionsbas för kopplingar. Efter år av teknikackumulering, mitt lands kontakter har uppfyllt den tekniska nivån som krävs för högspänningsanslutningar för nya energifordon när det gäller designkapacitet och automatiserad produktionskapacitet. På förutsättningen att efterföljande tillverkare är lokaliserade och har tillräcklig teknisk kapacitet, inhemska tillverkare har ockuperat den högsta punkten i högspänningskontakter för nya energifordon, som Sichuan Yonggui, AVIC Optoelektronik, Basba och andra välkända företag.

Det harmoniserade systemet består av Rosenberger HV-kontakter för strömbelastningar upp till 50 A och 450 A för kabeldiametrar från 2 x 4 mm² till 120 mm² samt kraftfördelningsenheter för kundspecifika sammansättningar. En generation av 48V-kontakter kommer att finnas tillgängliga på begäran.

HVR300-kontaktsystemet är för närvarande i utvecklingsfas och finns tillgängligt på begäran. Den har en maximal strömkapacitet på 320A kombinerat med minimalt utrymmesbehov. Produktportföljen inkluderar en 2-polig vinklad koppling för skärmade kablar och ett kabeltvärsnitt av 70 mm² tillsammans med motsvarande rubrik. Ett tvärsnitt av 50 mm² finns tillgänglig på begäran. Spakens låsmekanism är säkrad med ett extra skjutreglage (CPA – Connector Position Assurance) för att förhindra oavsiktlig avparning.

HVR420-kontakterna har den högsta strömkapaciteten på 420A även i 95 mm² variant. Med det största kabeltvärsnittet av 120 mm², strömstyrkor på upp till 450A kan uppnås vid en temperatur på 85°C. Den extra skjutlåsmekanismen förhindrar att anslutningen lossnar oavsiktligt i applikationer som överladdning av elfordonsbatterier med upp till 450 kWh.

Nytt energi elfordon EV 110-750V 2300A Ström högspänning Hv Vattentät linje Energilagring 6 mm silikonkabel 2-5 Stiftkontakt

Kina New Energy Elektriska fordonsledningsnät Fabrik Högspänningsströmkabel Batterikabel AC1000V DC1500V Högspänning EV-kabel Tillverkning

Högspänningskontakt och högspänningsledning för nya energifordon

1-Teknisk analys av högspänningskontakter:
1.1 Användning av högspänningskontakter i fordonssystem
Jämfört med traditionella högspännings- och högströmskontakter, användningsvillkoren för kopplingar för nya energifordon är mer komplexa och föränderliga, kräver högre tillförlitlighet hos kontakten;
Jämfört med traditionella lågspänningskontakter för bilar, på grund av ökningen av spänningsnivån (för närvarande är vanliga spänningar högre än 300V DC), risken för att människokroppen skadas av elektriska stötar har ökat, och säkerhetskraven för kontakter är högre. Därför, isolerings- och skyddskraven för produkten är högre än för traditionella lågspänningsanslutningar.
Huvudfunktionen för kopplingar för nya energifordon är att säkerställa hela fordonets högspänningssammankopplingssystem. Som är, bygga en bro där den interna kretsen är blockerad eller isolerad för att tillåta ström att flyta.
Sammansättningen av nya energifordonskontakter kan generellt delas in i tre delar: hjälpstrukturer som skal och tätningar, isolerande delar, och ledande kontaktpar. Genom införandet och ömsesidigt samarbete mellan stickproppsmanteln och uttagshylsan, funktionerna anslutning och ledning kan uppnås.
Högspänningskontakter används främst i högspännings- och högströmskretsar i nya energifordon, och arbeta samtidigt med ledande kablar för att transportera energin från batteripaketet till olika komponenter i fordonssystemet genom olika elektriska kretsar. Såsom batteripaket, motorstyrenheter, DCDC-omvandlare, laddare och andra kroppskraftenheter.
Figur: Layoutdiagram över högspänningskontakter som används i fordonssystem.

1.2 Analys av nyckelpunkter i design av högspänningskontakter
1.2.1 Värden för temperaturstegring och nedstämplingskurva
Temperaturhöjning är en av de viktigaste designkritiska punkterna i kontaktdesign. Onormal temperaturhöjning kommer att få kontakten att ablate på grund av överdriven temperaturökning.
Temperaturökningen på kontaktdonet påverkas av följande faktorer:
1. Kontaktmotstånd: används för ledande anslutning, motstånd mellan två kontaktbärare. Såsom pinhole-to-pin kontaktmotstånd, krympmotstånd mellan pinhole tail och tråd, och kontaktmotstånd mellan gängade kopparplåtar.
2. Material miljö uppvärmning: När kontakten är i en miljö med hög temperatur under lång tid, Materialet som används i kontakten är teknisk plast, metall, gummi, etc. Särskilt, teknisk plast kräver en maximal arbetstemperatur på 140°C. Dock, när produktens omgivningstemperatur är för hög, kontakten genererar värme på grund av sitt eget inre kontaktmotstånd och når termisk jämvikt. Dessutom, omgivningstemperaturen är högre än den högsta tillåtna driftstemperaturen för materialet. Just nu, om kontakten är i denna miljö under en längre tid och den interna pinhole delen av kontakten värms upp och den inre temperaturen inte kan laddas ur, den interna temperaturen kommer att fortsätta att stiga och kontakten kommer att generera mycket värme. Detta kan leda till ablation av kopplingar och fordonsbränning, vilket är ett mycket allvarligt problem. Både gummimaterial och metallmaterial har maximala driftstemperaturgränser, som måste beaktas vid design.

3. Anslutning av plåtändar: Om bultar krävs under design, förebyggande åtgärder måste vidtas för att förhindra lossning under leverans; samtidigt, vid anslutning av bultar, vridmomentprovning måste utföras enligt driftsspecifikationer. Vid skruvförband av ledande delar, ett av de viktigaste fellägena är att åtdragningsmomentet inte styrs enligt vridmomentkraven, vilket resulterar i onormal temperaturhöjning och ablation av anslutningsdelarna.
4. Nedstämplingskurva: Låt oss nu diskutera reduktionskurvan. Enligt min uppfattning, reduktionskurvan är som att välja en produkt som ska användas i en specifik miljö. Just nu, när du väljer en produkt, du måste bestämma vilket produktsortiment du väljer baserat på ett attributvärde för produkten. Nedstämplingskurvan för högspänningskontakter är till för att ge kunderna en meny, och kunderna kan välja sina egna rätter efter sin egen smak baserat på denna meny.
Nedstämplingskurvan är de olika värden som motsvarar olika strömmar vid olika arbetstemperaturer. Dessa värden erhålls genom att rita ett kurvdiagram. Med denna nedstötningskurva graf, användningsförhållandena för denna kontakt kan ses mer intuitivt.

20Högspänningsdon för fordon för elfordon

Fabriksanpassad för Charge High Voltage EV-kontakter – Automotive Connector, Fordonskontakt

Högspänningskontakter klarar upp till 450A i elfordon

Figur: Illustration av temperaturstegring och nedstämplingskurva – graf för nedstötningskurva
1.2.2 Högspänningsförregling (VILA)
För hela högspänningsanslutningssystemet, för att säkerställa högspänningssystemets säkerhet vid på- och avstängning, begreppet högspänningsförregling introduceras i anslutningsdesignen.
En enkel beskrivning är att när kontakten är inkopplad och ansluten, högspänningskretsen kontaktar och leder först, och sedan leder högspänningsspärrsignalkretsen. När den går sönder, högspänningsförreglingssignalen bryts först, och då är högspänningskretsen bruten.
De flesta kontakttillverkare kommer att placera högspänningsspärrdesignen inuti kontakten, och vissa tillverkare kommer att placera högspänningsspärren utanför den passande håligheten genom extra strukturell design. Det är mycket viktigt att säkerställa högspänningsförreglingsslingans stabilitet.
Om högspänningsförreglingen är diskontinuerlig, de möjliga konsekvenserna kommer att bli allvarliga. Till exempel, medan fordonet körs, signalen för högspänningsspärrkretsen blir plötsligt onormal, vilket gör att fordonet plötsligt tappar ström och inte fungerar normalt, som kan orsaka en trafikolycka.
1.2.3 Låskonstruktion
Förstå att det riktiga sekundära låset inte har en sekundär skyddsfunktion, men det måste skydda det effektivt. Den verkliga innebörden av detta är att efter det primära låset, om det primära låset misslyckas eller det inte finns någon funktionsverifiering, det sekundära låset är för att säkerställa att det primära låset är låst och det första låset är skyddat. Detta är en mycket viktig roll.
Den vanligaste sekundära låskonstruktionen i kombination med det primära låset är kraftarmsmekanismen. Eftersom engångslåsning är relaterad till insättnings- och utdragningskraften, en form som liknar en kraftarmsmekanism krävs enligt det mekaniska designkonceptet, för att spara arbete och enkelt sätta in kontakten på plats.
Angående kraven för momentarm, USCAR pratar mycket om den ergonomiska manövreringen av momentarmen. USCAR anger också kraftkraven för relevanta primärlås och sekundära lås i insatta och icke-insatta situationer. I själva verket, vi tror alla att USCAR är standarden för kontakter, men jag tror att USCAR-standarden inte bara är en teknisk standard, men vägleder också konstruktörer att göra strukturen pålitlig under designprocessen. Hur man ger kunderna en bättre produktupplevelse på premissen av pålitlig struktur och prestanda.
Bild: Bilder på relativt vanliga låskonstruktionsprodukter

1.2.4 Skyddsnivå
Skyddet av kontakter är huvudsakligen uppdelat i tre arrangemang:
Den första är brädets ändtätning: the board end is the connector socket end which is installed mechanically with four screws. This is a more commonly used structure, but there are also some more special structures.

The second is the head-base plug-in seal: the head-base plug-in means that the male end includes the female end, or the female end includes the male end, and rubber parts are used in the middle for radial and axial protection.

The third is the line end seal, the protective seal between the line end connector and the cable.

For high-voltage connectors for electric vehicles, with the development of the market, the performance requirements of OEMs for product protection are also constantly improving. In the early stages of industry development, the protection requirements of IPI67 can already meet the vast majority of customers. Dock, eftersom skyddet av kontaktprodukter dök upp på marknaden senare, det förekom fler och fler fall av vattenläckage, isoleringsfel, och till och med ablation.
Den gradvisa förbättringen av skyddskraven har blivit utvecklingstrenden för elfordon. De nuvarande IP67-kraven kan inte uppfylla de normala användningskraven. Naturligtvis, detta är inte absolut, och det beror också på platsen för kontakten på bilen.
Enligt layouten på hela fordonet, högspänningskretsen kommer att vara upphängd under fordonets chassi. Det är en princip att högtryck inte får komma in i kabinen. Därför, de flesta högspänningskontakter är placerade på chassit nära marken, eller nära hjulnavet.
När det är hårt väder, som hårt väder, kraftiga regnstormar eller något kraftigt kallt väder, vattnet som kommer upp av dina däck kommer faktiskt att påverka dessa kontakter. Om du är bekant med att testa, det finns inget som heter IP6K9K i inhemska standarder. Du kommer att upptäcka det om det är IP67, slagtrycket för högtrycksvattenpistolen är faktiskt inte så högt som 6k9k.

1.2.5 Elektromagnetisk skärmning av högspänningskontakter
Elfordon har många elektroniska enheter, och ström kommer att generera magnetiska fält. Fordonsdelarna måste ha anti-interferensfunktioner. Särskilt, Elfordon används nu som transportör, och autonom körning kommer att utvecklas mer på denna grund, så denna tekniska fråga är mycket viktig. För högspänningssystem, skärmade kontakter och kablar är mycket viktiga, men vi måste prioritera layout på systemnivå, vilket är en förutsättning. Om din OBC, platsen du ordnar, inklusive DCDC i systemet, kan ha några inneboende problem. Oavsett hur välgjord kontakten är, det kommer fortfarande att finnas olika signalstörningsproblem.
Därför, vi måste först överväga systemnivån, och för det andra överväga komponentnivån. För effektiv kontaktavskärmning, två metoder används vanligtvis.
Det första sättet är att vi har en metallskärm på några plastkontakter, och kabelskärmen kommer att anslutas till metallskalets skärm för att bilda en effektiv 360° skärm.
I den andra metoden, de flesta högspännings- och lågströmsanslutningar kommer inte att ha sekundära anslutningar och kommer att anslutas till kabelns skärmskikt. Denna metod används också ofta av befintliga tillverkare, inklusive några välkända inhemska OEM-tillverkare, som också överväger denna metod. Vi kallar det vårkontakt (engelska), som egentligen är en fjäderkoppling. Det finns också många fördelar med denna struktur, eftersom storleken och utrymmet blir mindre, och det kommer att ha fler kontaktpunkter;
Det finns många tillverkare av denna struktur, främst representerade av företag som BMW Spring i Schweiz och Basel i USA. De har många praktiska och mogna tillämpningsfall inom detta område. I de flesta fall, vi kommer att använda metall inre och yttre ringar för att krympa anslutningen mellan ledningarna och skärmskiktet. Det skärmande lagret placeras mellan de två metallringarna, och skärmskiktet och metallringarna är tätt fixerade genom kallpressning och deformation. Dessutom, vi har också en skärmningsmetod som använder en struktur som liknar en klockarmsfjäder för att ersätta fjäderanslutningen. Denna struktur används ofta i militära produkter och tekniken är mogen; vi har gjort relevanta tester och alla kan uppfylla designkraven. Denna struktur används för att skärma av nya energielfordon, som inte bara kan uppfylla prestationskraven, men är också en stämplad del, lämplig för massproduktion, och har hög kostnadsprestanda.
1.2.6 Anslutningsmaterial

Kontaktens isoleringsmaterial är vanligtvis tillverkat av PA66, PBT, ABS, PC, etc. Kontaktmaterialen är vanligtvis gjorda av mässing, fosforbrons, beryllium koppar, etc., men nu är det material som används mer utomlands koppar-nickel-kiselmaterial.
Anslutningsskalmaterial är generellt uppdelade i två typer: plast och metall. Angående hur man väljer plast- eller metallmaterial, det finns i allmänhet följande referenspunkter:
1. Lättvikt
På grund av efterfrågan på lätta fordon, särskilt personbilstillverkare, på premissen att möta produktens prestanda, de kommer att göra sitt bästa för att välja plastkontakter för att kontrollera fordonets vikt.
2. Produktanvändningsmiljö
Eftersom den mekaniska hållfastheten hos metallmaterial är bättre än hos plast. Därför, i vissa tuffa miljöer, metallkontakter kommer att vara mer lämpliga. Till exempel, specialfordon, dumprar, och elektriska anslutningsdelar som inte är skyddade under utformningen av hela fordonet. Just nu, metallkontakter är något bättre än plastkontakter när det gäller miljöpåverkan och mekanisk hållfasthet.
3. Implementeringsmetod för skärmning
För skärmade kontakter, skalet på själva metallkontakten används för att leda skärmning och bilda en bärare för skärmningsskydd. I stort sett, metallkontakter är lättare att uppnå bättre skärmningsprestanda än plastkontakter, och deras utseende och struktur är mer kompakt.

1.2.7 Anslutningsval
1.2.7.1 Anslutningsvalsprocess (se figuren nedan)

1.2.7.2 Tolkning av vanliga tekniska parametrar för kontakter
(1) Plats för användning: Som namnet antyder, kontakten är vald för sin applikationsplats på olika högspänningsapparater i fordonet.

(2) Betygsspänning: den maximala spänningen vid vilken elektrisk utrustning (inklusive el- och strömförsörjningsutrustning) kan arbeta stabilt under lång tid.
Märkspänningen är proportionell mot krypavståndet & spel. Med andra ord, ju högre spänning krävs, ju större eller längre kontakten. Krypavstånd & utrymmesdesignstandarder är i enlighet med GBT 16935.1 (IEC 60664-1),
(3) Nominell ström: Märkströmmen för elektrisk utrustning hänvisar till den maximala ström som tillåts passera under lång tid när värmegenereringen inte överstiger den tillåtna långtidsuppvärmningstemperaturen under referenstemperaturen och märkspänningens arbetsförhållanden.
För elfordon, P=UI, märkströmmen bestäms baserat på effekten P för den elektriska utrustningen och utspänningen U.
Toppström: Det maximala strömvärdet som genereras av ett elfordon i ögonblicket av snabb acceleration, klättrande, eller överbelastning.
Den strömförande tvärsnittsarean är proportionell mot kontaktdonets märkström. Med andra ord, desto större tvärsnitt av stift/hål/tråd, desto större ström kan den passera, och ju större kontakten.

(4) VILA (högspänningsspärr)
(4.1) Design HVIL functional purpose
Confirm the integrity of the entire high voltage system. When the high-voltage system circuit is disconnected or the integrity is damaged, the safety measures of the entire vehicle are triggered.
(4.2) Implementation of HVIL function
en. The entire system is required and must be designed into the system during system development;
b. Mainly done through connectors;
c.HVIL circuit is a low-voltage circuit and is independent from the power circuit.
(4.3) Principle of connector HVIL function implementation
Power and signal terminals should meet:
——When connecting, the power terminal is connected first, followed by the signal terminal.
——When disconnecting, the signal terminal is disconnected first, followed by the power terminal.
Special note: Anslutningen av strömterminalerna indikerar god kontakt, och virtuell kontakt är oacceptabelt.
(5) Avskärmning
Alternerande elektrisk fältskärmning: För att minska kopplingsstörspänningen för det växelströmsfält till känsliga kretsar, en metallskärm med god ledningsförmåga kan sättas upp mellan störkällan och den känsliga kretsen, och metallskärmen kan jordas.
Den största skillnaden mellan skärmade och oskärmade kontakter är om det finns en metallskärm med god ledningsförmåga.

(6) Skyddsnivå
IP-skyddsnivån består av två siffror. Den första markerade siffran anger graden av dammtäthet och skydd mot intrång av främmande föremål från apparaten. Den andra markerade siffran anger graden av tätning av apparaten mot fukt och vatteninträngning. Ju högre siffra, ju högre skyddsnivå.

(7) Utgående metod
Avser huvudsakligen vinkeln mellan kabeluttagets vinkel vid änden av den elektriska kontakten och den normala riktningen för uttagets installationsyta. Enligt denna klassificering, de vanliga är 90° (vinklad) och 180° (rakt) uttag elektriska kontakter.
(8) Installationsmetod för uttag
För att möta behoven hos OEM-designers för olika layouter av kontakter, installationsmetoderna för elektriska anslutningsuttag är indelade i följande fyra typer:

1.6.2.3 Alternativ Notes
(1) Spänningsvalet måste matcha: fordonets märkspänning efter belastningsberäkning bör vara mindre än eller lika med kontaktens märkspänning. Om fordonets arbetsspänning överstiger kontaktens märkspänning under lång tid, den elektriska kontakten riskerar krypning och ablation.
(2) Nuvarande urval måste matcha: fordonets märkström efter belastningsberäkning bör vara mindre än eller lika med kontaktens märkström. Om fordonets driftsström överstiger kontaktens märkström under en längre tid, det elektriska kontaktdonet riskerar överbelastningsablation.
(3) Kabelvalet måste matcha: Kabelvalet och matchningen av hela fordonet är uppdelad i kabelströmförande matchning och kabel- och kontakttätningsmatchning. Angående kablars nuvarande bärförmåga, varje OEM har dedikerade elektriker för att utföra matchande design, som inte kommer att förklaras här.
Tätningsmatchning: Kontakten och kabeltätningen förlitar sig på den elastiska kompressionen av gummitätningen för att ge kontakttryck mellan dem, därigenom uppnå pålitlig skyddsprestanda, som IP67. Enligt beräkningar, att uppnå ett specifikt kontakttryck är beroende av en specifik mängd kompression av tätningen. Baserat på detta, om tillförlitligt skydd krävs, tätningsskyddet för kontakten har specifika storlekskrav för kabeln i början av designen;
Kablar med samma specifikationer för strömförande tvärsnitt kan ha olika ytterdiametrar, som skärmade kablar och oskärmade kablar, nationella standardkablar och LV216 standardkablar. Specifika matchande kablar och specifikationer för val av kontakt är tydligt angivna. Därför, vid val av kontakter, Särskild uppmärksamhet måste ägnas åt kabelspecifikationskraven för att förhindra fel på kontaktens tätning.
(4) Hela fordonet kräver flexibel kabeldragning: För fordonsledningar, varje OEM har nu krav på böjradie och slack; enligt kontakten i fordonet
För användningsfall, det rekommenderas att efter att selen är klar, själva kontaktdonen är inte belastade. Endast när hela ledningsnätet är utsatt för vibrationer, slag och relativ förskjutning av fordonskarossen på grund av bilens funktion, syftet med dragavlastning kan uppnås genom flexibilitet i kablage. Även om en liten belastning överförs till anslutningsterminalen, den resulterande spänningen överstiger inte terminalens designmässiga kvarhållningskraft i kontakten.