Công nghệ kết nối điện áp cao xe năng lượng mới

Trong những năm gần đây, các công ty kết nối nổi tiếng thế giới đã chuyển cơ sở sản xuất sang Trung Quốc. Trung Quốc trở thành cơ sở sản xuất đầu nối lớn nhất thế giới. Sau nhiều năm tích lũy công nghệ, Các đầu nối của nước tôi đã đáp ứng được trình độ kỹ thuật cần thiết cho đầu nối cao áp dành cho các phương tiện sử dụng năng lượng mới về khả năng thiết kế và khả năng sản xuất tự động. Trên cơ sở các nhà sản xuất hạ nguồn được nội địa hóa và có đủ năng lực kỹ thuật, Các nhà sản xuất trong nước chiếm vị trí cao nhất về đầu nối cao áp cho xe sử dụng năng lượng mới, chẳng hạn như Tứ Xuyên Yonggui, Quang điện tử AVIC, Basba và các công ty nổi tiếng khác.

Hệ thống hài hòa bao gồm các đầu nối Rosenberger HV cho tải dòng điện lên đến 50 A và 450 A cho đường kính cáp từ 2 x 4 mm² đến 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, current intensities of up to 450A can be achieved at a temperature of 85°C. The additional slide locking mechanism prevents the connection from unmating accidentally in applications such as the supercharging of electric vehicle batteries with up to 450 kWh.

New Energy Electric Vehicle EV 110-750V 2300A Current High-Voltage Hv Waterproof Line Energy Storage 6mm Silicone Cable 2-5 Pin Plug Connector

Trung Quốc Nhà máy sản xuất dây điện cho xe điện năng lượng mới Cáp điện cao áp Cáp ắc quy AC1000V DC1500V Sản xuất cáp EV điện áp cao

High-voltage Connector and High-voltage Wire for New Energy Vehicles

1-Technical analysis of high-voltage connectors:
1.1 Application of high-voltage connectors in vehicle systems
Compared with traditional high-voltage and high-current connectors, the usage conditions of connectors for new energy vehicles are more complex and changeable, requiring higher reliability of the connector;
Compared with traditional low-voltage automotive connectors, do tăng mức điện áp (điện áp chính hiện nay cao hơn 300V DC), nguy cơ cơ thể con người bị thương do điện giật đã tăng lên, và yêu cầu an toàn cho đầu nối cao hơn. Vì thế, Yêu cầu cách điện và bảo vệ của sản phẩm cao hơn so với các phích cắm điện áp thấp truyền thống.
Chức năng chính của đầu nối cho xe năng lượng mới là đảm bảo hệ thống kết nối điện áp cao của toàn bộ xe. Đó là, xây dựng một cây cầu nơi mạch bên trong bị chặn hoặc cách ly để cho dòng điện chạy qua.
Thành phần của các đầu nối xe năng lượng mới nói chung có thể được chia thành ba phần: các cấu trúc phụ trợ như vỏ và con dấu, bộ phận cách điện, và các cặp tiếp điểm dẫn điện. Thông qua việc chèn và hợp tác lẫn nhau giữa vỏ phích cắm và vỏ ổ cắm, các chức năng kết nối và dẫn truyền có thể đạt được.
Đầu nối điện áp cao chủ yếu được sử dụng trong các mạch điện áp cao và dòng điện cao của xe năng lượng mới, và làm việc đồng thời với các dây cáp dẫn điện để truyền năng lượng của bộ pin đến các bộ phận khác nhau trong hệ thống xe thông qua các mạch điện khác nhau. Chẳng hạn như bộ pin, bộ điều khiển động cơ, Bộ chuyển đổi DCDC, bộ sạc và các bộ nguồn cơ thể khác.
Nhân vật: Sơ đồ bố trí các đầu nối cao áp dùng trong hệ thống ô tô.

1.2 Phân tích các hạng mục chính trong thiết kế đầu nối cao áp
1.2.1 Giá trị đường cong tăng và giảm nhiệt độ
Tăng nhiệt độ là một trong những hạng mục thiết kế quan trọng nhất trong thiết kế đầu nối. Nhiệt độ tăng bất thường sẽ khiến đầu nối bị đứt do nhiệt độ tăng quá cao.
Sự tăng nhiệt độ của đầu nối bị ảnh hưởng bởi các yếu tố sau:
1. Điện trở tiếp xúc: dùng để kết nối dẫn điện, điện trở giữa hai sóng mang tiếp xúc. Chẳng hạn như điện trở tiếp xúc pinhole-to-pin, khả năng chống uốn giữa đuôi lỗ kim và dây, và điện trở tiếp xúc giữa các tấm đồng nối ren.
2. Sưởi ấm môi trường vật liệu: Khi đầu nối ở môi trường nhiệt độ cao trong thời gian dài, vật liệu được sử dụng trong đầu nối là nhựa kỹ thuật, kim loại, cao su, vân vân. Đặc biệt, nhựa kỹ thuật yêu cầu nhiệt độ làm việc tối đa 140°C. Tuy nhiên, khi nhiệt độ môi trường của sản phẩm quá cao, đầu nối tạo ra nhiệt do điện trở trong tiếp xúc của chính nó và đạt đến trạng thái cân bằng nhiệt. Ngoài ra, nhiệt độ môi trường cao hơn nhiệt độ hoạt động tối đa cho phép của vật liệu. Tại thời điểm này, nếu đầu nối ở trong môi trường này trong một thời gian dài và phần lỗ kim bên trong của đầu nối nóng lên và nhiệt độ bên trong không thể thoát ra, nhiệt độ bên trong sẽ tiếp tục tăng và đầu nối sẽ tạo ra nhiều nhiệt. Điều này có thể dẫn đến hiện tượng cắt bỏ đầu nối và cháy xe, đó là một vấn đề rất nghiêm trọng. Cả vật liệu cao su và vật liệu kim loại đều có giới hạn nhiệt độ hoạt động tối đa, cần cân nhắc khi thiết kế.

3. Kết nối các đầu tấm: Nếu cần có bu lông trong quá trình thiết kế, phải thực hiện các biện pháp phòng ngừa để tránh bị lỏng trong quá trình giao hàng; cùng lúc, khi nối bu lông, kiểm tra mô-men xoắn phải được thực hiện theo thông số kỹ thuật vận hành. Trong trường hợp kết nối vít của các bộ phận dẫn điện, một trong những nguyên nhân chính gây ra lỗi là mô-men xoắn siết chặt không được kiểm soát theo yêu cầu về mô-men xoắn, dẫn đến sự tăng nhiệt độ bất thường và sự hao mòn của các bộ phận kết nối.
4. Đường cong suy giảm: Bây giờ hãy thảo luận về đường cong giảm dần. Theo hiểu biết của tôi, đường cong giảm dần giống như việc chọn một sản phẩm nên sử dụng trong một môi trường cụ thể. Tại thời điểm này, khi lựa chọn sản phẩm, bạn phải xác định loại sản phẩm nào bạn chọn dựa trên giá trị thuộc tính của sản phẩm. Đường cong suy giảm của đầu nối điện áp cao là cung cấp cho khách hàng một menu, và thực khách có thể tự mình lựa chọn món ăn phù hợp theo sở thích của mình dựa trên thực đơn này.
The derating curve is the different values corresponding to different currents at different working ambient temperatures. These values are obtained by plotting a curve graph. With this derating curve graph, the usage conditions of this connector can be seen more intuitively.

20A High Voltage Automotive Connectors for Electric Vehicle

Factory Custom for Charge High Voltage EV Connectors – Automotive Connector, Vehicle Connector

High voltage connectors handle up to 450A in electric vehicles

Nhân vật: Illustration of temperature rise and derating curve – derating curve graph
1.2.2 Khóa liên động điện áp cao (NGHỈ NGƠI)
For the entire high-voltage interconnection system, in order to ensure the safety of the high-voltage system when powering on and off, the concept of high-voltage interlocking is introduced in the connection design.
A simple description is that when the connector is plugged in and connected, the high-voltage circuit first contacts and conducts, and then the high-voltage interlock signal circuit conducts. When breaking, the high-voltage interlock signal is broken first, and then the high-voltage circuit is broken.
Most connector manufacturers will place the high-voltage interlock design inside the connector, and some manufacturers will place the high-voltage interlock outside the mating cavity through auxiliary structural design. It is very important to ensure the stability of the high-voltage interlock loop.
If the high-voltage interlocking is discontinuous, the possible consequences will be severe. Ví dụ, while the vehicle is driving, the high-voltage interlock circuit signal suddenly becomes abnormal, khiến xe bị mất điện đột ngột và không thể hoạt động bình thường, có thể gây ra tai nạn giao thông.
1.2.3 Cấu trúc khóa
Hiểu rằng khóa phụ thực sự không có chức năng bảo vệ thứ cấp, nhưng nó phải bảo vệ nó một cách hiệu quả. Ý nghĩa thực sự của việc này là sau khóa chính, nếu khóa chính bị lỗi hoặc không có xác minh hoạt động, khóa phụ nhằm đảm bảo khóa chính được khóa và khóa thứ nhất được bảo vệ. Đây là vai trò rất quan trọng.
Cấu trúc khóa phụ được sử dụng phổ biến nhất kết hợp với khóa chính là cơ cấu tay đòn. Bởi vì khóa một lần có liên quan đến lực chèn và lực rút, theo ý tưởng thiết kế cơ khí, cần có một hình thức tương tự như cơ cấu cánh tay lực, 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. Trong thực tế, 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 Mức độ bảo vệ
The protection of connectors is mainly divided into three arrangements:
The first is the board end seal: đầu bo mạch là đầu ổ cắm đầu nối được lắp đặt cơ học bằng bốn ốc vít. Đây là cấu trúc được sử dụng phổ biến hơn, nhưng cũng có một số cấu trúc đặc biệt hơn.

Thứ hai là con dấu cắm đầu đế: trình cắm đế đầu có nghĩa là đầu đực bao gồm đầu cái, hoặc đầu cái bao gồm đầu nam, và các bộ phận cao su được sử dụng ở giữa để bảo vệ xuyên tâm và trục.

Thứ ba là con dấu cuối dòng, vòng đệm bảo vệ giữa đầu nối cuối đường dây và cáp.

Đối với đầu nối điện áp cao cho xe điện, với sự phát triển của thị trường, yêu cầu về hiệu suất của OEM để bảo vệ sản phẩm cũng không ngừng được cải thiện. Trong giai đoạn đầu phát triển của ngành, các yêu cầu bảo vệ của IPI67 đã có thể đáp ứng được đại đa số khách hàng. Tuy nhiên, as the protection of connector products appeared on the market later, there were more and more cases of water leakage, insulation failure, and even ablation.
The gradual improvement of protection requirements has become the development trend of electric vehicles. The current IP67 requirements cannot meet the normal use requirements. Tất nhiên rồi, this is not absolute, and it also depends on the location of the connector on the car.
According to the layout of the entire vehicle, the high-voltage circuit will be suspended under the chassis of the vehicle. It is a principle that high pressure is not allowed to enter the cabin. Vì thế, most high-voltage connectors are located on the chassis close to the ground, or close to the wheel hub.
When there is severe weather, such as severe weather, heavy rainstorms or some severe cold weather, the water brought up by your tires will actually impact these connectors. If you are familiar with testing, there is no such thing as IP6K9K in domestic standards. You will find that if it is IP67, the impact pressure of the high-pressure water gun is actually not as high as 6k9k.

1.2.5 Electromagnetic shielding of high-voltage connectors
Electric vehicles have many electronic devices, and current will generate magnetic fields. The vehicle parts must have anti-interference capabilities. Đặc biệt, electric vehicles are now used as a carrier, and autonomous driving will be developed more on this basis, so this technical issue is very important. For high-voltage systems, shielded connectors and cables are very important, but we must give priority to system-level layout, which is a prerequisite. Nếu OBC của bạn, địa điểm bạn sắp xếp, bao gồm cả DCDC trong hệ thống, có thể có một số vấn đề cố hữu. Cho dù đầu nối được chế tạo tốt đến đâu, vẫn sẽ có nhiều vấn đề nhiễu tín hiệu khác nhau.
Vì thế, trước tiên chúng ta phải xem xét cấp độ hệ thống, và thứ hai xem xét mức độ thành phần. Để có hiệu quả che chắn đầu nối, hai phương pháp thường được sử dụng.
Cách đầu tiên là chúng ta có một tấm chắn kim loại trên một số đầu nối bằng nhựa, và tấm chắn cáp sẽ được kết nối với tấm chắn của vỏ kim loại để tạo thành tấm chắn 360° hiệu quả.
Trong phương pháp thứ hai, hầu hết các kết nối điện áp cao và dòng điện thấp sẽ không có kết nối thứ cấp và sẽ được kết nối với lớp bảo vệ của cáp. Phương pháp này cũng được các nhà sản xuất hiện nay sử dụng phổ biến, trong đó có một số OEM nổi tiếng trong nước, which are also considering this method. We call it spring contact (English), which is actually a spring connection. There are also many benefits to this structure, because the size and space will be smaller, and it will have more contact points;
There are many manufacturers of this structure, mainly represented by companies such as BMW Spring in Switzerland and Basel in the United States. They have many practical and mature application cases in this area. In most cases, we will use metal inner and outer rings for crimping the connection between the wires and the shielding layer. The shielding layer is placed between the two metal rings, and the shielding layer and the metal rings are tightly fixed through cold pressing and deformation. Ngoài ra, we also have a shielding method that uses a structure similar to a watch strap spring to replace the spring connection. This structure is often used in military products and the technology is mature; we have done relevant tests and all can meet the design requirements. This structure is used in the shielding of new energy electric vehicles, which can not only meet the performance requirements, but is also a stamped part, thích hợp cho sản xuất hàng loạt, and has high cost performance.
1.2.6 Connector material

The connector insulating material is generally made of PA66, PBT, ABS, PC, vân vân. The contact materials are generally made of brass, Phốt pho bằng đồng, beryllium copper, vân vân., but now the material used more abroad is copper-nickel-silicon material.
Connector shell materials are generally divided into two types: plastic and metal. Regarding how to choose plastic or metal materials, there are generally the following reference points:
1. Nhẹ
Due to the demand for lightweight vehicles, especially passenger car manufacturers, on the premise of meeting product performance, they will try their best to choose plastic connectors to control the weight of the vehicle.
2. Product usage environment
Because the mechanical strength of metal materials is better than that of plastics. Vì thế, in some harsh environments, metal connectors will be more suitable. Ví dụ, special vehicles, dump trucks, and electrical connection parts that are not protected during the layout of the entire vehicle. Tại thời điểm này, metal connectors are slightly better than plastic connectors in terms of environmental impact and mechanical strength.
3. Shielding implementation method
For shielded connectors, Bản thân vỏ của đầu nối kim loại được sử dụng để tiến hành che chắn và tạo thành vật mang để bảo vệ che chắn. Nói chung, đầu nối kim loại dễ dàng đạt được hiệu suất che chắn tốt hơn so với đầu nối nhựa, và hình dáng cũng như cấu trúc của chúng nhỏ gọn hơn.

1.2.7 Lựa chọn trình kết nối
1.2.7.1 Quá trình lựa chọn kết nối (xem hình bên dưới)

1.2.7.2 Giải thích các thông số kỹ thuật chung của đầu nối
(1) Vị trí sử dụng: Như tên cho thấy, đầu nối được chọn cho vị trí ứng dụng của nó trên các thiết bị điện cao áp khác nhau trong xe.

(2) Điện áp định mức: điện áp tối đa mà thiết bị điện (bao gồm điện và thiết bị cung cấp điện) có thể làm việc ổn định trong thời gian dài.
Điện áp định mức tỷ lệ thuận với khoảng cách đường dây & giải phóng mặt bằng. Nói cách khác, điện áp yêu cầu càng cao, đầu nối càng lớn hoặc dài hơn. Khoảng cách đường rò & Tiêu chuẩn thiết kế thông quan phù hợp với GBT 16935.1 (IEC 60664-1),
(3) Xếp hạng hiện tại: Dòng điện định mức của thiết bị điện là dòng điện tối đa được phép đi qua trong thời gian dài khi quá trình sinh nhiệt không vượt quá nhiệt độ gia nhiệt dài hạn cho phép trong điều kiện làm việc ở nhiệt độ môi trường tham chiếu và điện áp định mức.
Đối với xe điện, P=Giao diện người dùng, dòng điện định mức được xác định dựa vào công suất P của thiết bị điện và điện áp ra U.
Dòng điện cực đại: Giá trị dòng điện lớn nhất do ô tô điện tạo ra khi tăng tốc nhanh, leo núi, hoặc quá tải.
Diện tích mặt cắt ngang mang dòng điện tỷ lệ thuận với dòng điện định mức của đầu nối. Nói cách khác, tiết diện chốt/lỗ/dây càng lớn, dòng điện nó có thể vượt qua càng lớn, và đầu nối càng lớn.

(4) NGHỈ NGƠI (khóa liên động điện áp cao)
(4.1) Thiết kế mục đích chức năng HVIL
Xác nhận tính toàn vẹn của toàn bộ hệ thống điện áp cao. Khi mạch hệ thống điện áp cao bị ngắt kết nối hoặc tính toàn vẹn bị hỏng, các biện pháp an toàn của toàn bộ chiếc xe được kích hoạt.
(4.2) Thực hiện chức năng HVIL
Một. Toàn bộ hệ thống là bắt buộc và phải được thiết kế vào hệ thống trong quá trình phát triển hệ thống;
b. Chủ yếu thực hiện thông qua các đầu nối;
c.Mạch HVIL là mạch điện hạ thế, độc lập với mạch điện.
(4.3) Nguyên lý thực hiện chức năng Connector HVIL
Thiết bị đầu cuối nguồn và tín hiệu phải đáp ứng:
--Khi kết nối, thiết bị đầu cuối nguồn được kết nối đầu tiên, tiếp theo là thiết bị đầu cuối tín hiệu.
--Khi ngắt kết nối, đầu cuối tín hiệu bị ngắt kết nối trước tiên, tiếp theo là thiết bị đầu cuối nguồn.
Lưu ý đặc biệt: The connection of the power terminals indicates good contact, and virtual contact is unacceptable.
(5) Che chắn
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) Mức độ bảo vệ
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. The higher the number, the higher the protection level.

(7) Outgoing method
Mainly refers to the angle between the cable outlet angle at the end of the electrical connector plug and the normal direction of the socket installation surface. According to this classification, the common ones are 90° (angled) and 180° (thẳng) outlet electrical connectors.
(8) Socket installation method
In order to meet the needs of OEM designers for different layouts of connectors, the installation methods of electrical connector sockets are subdivided into the following four types:

1.6.2.3 Option Notes
(1) Voltage selection needs to match: the rated voltage of the vehicle after load calculation should be less than or equal to the rated voltage of the connector. Nếu điện áp làm việc của xe vượt quá điện áp định mức của đầu nối trong một thời gian dài, đầu nối điện có nguy cơ bị rò rỉ và bong tróc.
(2) Lựa chọn hiện tại cần phải phù hợp: dòng điện định mức của xe sau khi tính toán tải phải nhỏ hơn hoặc bằng dòng điện định mức của đầu nối. Nếu dòng điện hoạt động của xe vượt quá dòng điện định mức của đầu nối trong một thời gian dài, đầu nối điện có nguy cơ bị cắt bỏ quá tải.
(3) Lựa chọn cáp cần phù hợp: Việc lựa chọn và kết hợp cáp của toàn bộ chiếc xe được chia thành kết hợp mang dòng cáp và kết hợp niêm phong cáp và đầu nối.. Về khả năng chịu dòng của cáp, mỗi OEM đều có các kỹ sư điện chuyên dụng để thực hiện thiết kế phù hợp, điều này sẽ không được giải thích ở đây.
Niêm phong phù hợp: Đầu nối và vòng đệm cáp dựa vào lực nén đàn hồi của vòng đệm cao su để tạo áp suất tiếp xúc giữa chúng, nhờ đó đạt được hiệu suất bảo vệ đáng tin cậy, chẳng hạn như IP67. Theo tính toán, đạt được áp suất tiếp xúc cụ thể phụ thuộc vào lượng nén cụ thể của phốt. Dựa trên điều này, nếu cần có sự bảo vệ đáng tin cậy, lớp bảo vệ bịt kín của đầu nối có các yêu cầu về kích thước cụ thể đối với cáp khi bắt đầu thiết kế;
Các cáp có cùng thông số kỹ thuật về mặt cắt mang dòng điện có thể có đường kính ngoài khác nhau, chẳng hạn như cáp có vỏ bọc và cáp không có vỏ bọc, cáp tiêu chuẩn quốc gia và cáp tiêu chuẩn LV216. Thông số kỹ thuật lựa chọn cáp và đầu nối cụ thể được nêu rõ ràng. Vì thế, khi chọn đầu nối, phải đặc biệt chú ý đến các yêu cầu về thông số kỹ thuật của cáp để ngăn ngừa lỗi bịt kín đầu nối.
(4) Toàn bộ xe cần có hệ thống dây điện linh hoạt: Đối với hệ thống dây điện của xe, mỗi OEM hiện có các yêu cầu về bán kính uốn và độ chùng; theo đầu nối trên xe
Đối với các trường hợp sử dụng, khuyến nghị rằng sau khi lắp ráp dây nịt hoàn tất, bản thân các đầu nối không bị căng thẳng. Chỉ khi toàn bộ dây điện bị rung, va chạm và chuyển vị tương đối của thân xe do hoạt động của xe, mục đích giảm căng thẳng có thể đạt được thông qua tính linh hoạt của dây nịt. Ngay cả khi một lượng biến dạng nhỏ được truyền tới đầu nối, ứng suất sinh ra không vượt quá lực giữ thiết kế của thiết bị đầu cuối trong đầu nối.