新能源汽車高壓連接器技術

最近幾年, 全球知名連結器企業紛紛將生產基地遷至中國. 中國已成為全球最大的連結器生產基地. 經過多年的技術積累, 我國連接器無論是設計能力或自動化生產能力都已達到新能源汽車高壓連接器所需的技術水平. 前提是下游廠商本地化且有足夠的技術能力, 國內廠商佔據新能源汽車高壓連接器最高點, such as Sichuan Yonggui, 中航光電, 巴斯巴等知名企業.

此協調系統由羅森伯格高壓連接器組成，電流負載高達 50 一個和 450 A 代表電纜直徑 2 x 4 mm²到 120 mm² as well as power distribution units for customer-specific assemblies. 可依要求提供一代 48V 連接器.

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 以及相應的標頭. 的橫斷面 50 mm² 可依要求提供. 槓桿鎖定機構透過附加滑桿固定 (CPA – 連接器位置保證) 以防止意外脫開.

HVR420 連接器即使在 95 mm² 型號. 最大電纜截面 120 mm², 在 85°C 的溫度下可達到高達 450A 的電流強度. 附加的滑動鎖定機構可防止連接在電動汽車電池增壓等應用中意外斷開。 450 千瓦時.

新能源電動車 EV 110-750V 2300A 電流高壓 Hv 防水線儲能 6mm 矽膠電纜 2-5 針式插頭連接器

中國新能源電動汽車線束廠高壓電力電纜電池電纜AC1000V DC1500V高壓電動汽車電纜製造

新能源汽車高壓連接器及高壓電線

1-高壓連接器技術分析:
1.1 高壓連接器在車輛系統的應用
與傳統高壓大電流連接器相比, 新能源汽車連接器的使用條件更加複雜多變, 對連接器的可靠性要求較高;
與傳統低壓汽車連接器相比, 由於電壓等級的增加 (目前主流電壓均高於300V DC), 人體觸電受傷的風險增加, 對連接器的安全要求更高. 所以, 產品的絕緣和防護要求高於傳統低電壓插件.
新能源汽車連接器的主要作用是確保整車高壓互連繫統. 那是, 在內部電路被阻塞或隔離的地方建立一座橋，以允許電流流動.
新能源汽車連接器的組成一般可分為三個部分: 外殼、密封件等輔助結構, 絕緣件, 和導電接觸對. 透過插頭護套與插座護套的插接與相互配合, 可以實現連結、傳導的功能.
高壓連接器主要應用於新能源汽車高壓大電流電路, 並與導電電纜同時工作，透過不同的電路將電池組的能量傳輸至車輛系統中的各個部件. 例如電池組, 電機控制器, DCDC轉換器, 充電器及其他車身電源裝置.
數字: 車輛系統中使用的高壓連接器佈局圖.

1.2 高壓連接器設計關鍵事項分析
1.2.1 溫升和降額曲線值
溫升是連接器設計中最重要的設計關鍵項目之一. 溫升異常會導致連接器因溫升過大而燒蝕.
連接器的溫度升高受以下因素影響:
1. 接觸電阻: 用於導電連接, 兩個接觸載體之間的電阻. 如針孔與針的接觸電阻, 針孔尾部與電線之間的壓接電阻, 以及螺紋連接銅板之間的接觸電阻.
2. 物料環境加熱: 當連接器長期處於高溫環境時, 連接器所用材料為工程塑料, 金屬, 橡皮, ETC. 尤其, 工程塑膠要求最高工作溫度為140°C. 然而, 當產品的環境溫度過高時, 連接器因自身接觸內阻而發熱並達到熱平衡. 此外, 環境溫度高於材料的最高允許工作溫度. 此時, 如果連接器長期處於這種環境下，連接器內部針孔部分發熱，內部溫度無法排出, 內部溫度會持續升高，連接器會產生大量熱量. 這可能導致連接器燒蝕和車輛燃燒, 這是一個非常嚴重的問題. 橡膠材質和金屬材質都有最高使用溫度限制, 設計時需要考慮的.

3. 板端部的連接: 如果設計時需要螺栓, 必須採取預防措施，防止交貨時鬆動; 同時, 連接螺栓時, 扭力測試必須根據操作規範進行. 導電部件採用螺絲連接的情況, 主要失效模式之一是未按扭矩要求控制擰緊扭矩, 導致連接部位溫升異常、燒蝕.
4. 降額曲線: 現在我們來討論降額曲線. 以我的理解, 降額曲線就像選擇應該在特定環境下使用的產品. 此時, 選擇產品時, 您必須根據產品的屬性值來決定選擇哪個系列的產品. 高壓連接器的降額曲線是為客戶提供一個選單, 顧客可以根據此菜單根據自己的口味選擇適合自己的菜餚.
降額曲線是不同工作環境溫度下不同電流對應的不同值. 這些值是透過繪製曲線圖獲得的. 有了這個降額曲線圖, 可以更直觀的看到該連接器的使用情況.

20電動汽車用高壓汽車連接器

工廠定制充電高壓電動車連接器 – 汽車連接器, 車輛連接器

電動車中的高壓連接器可處理高達 450A 的電流

數字: 溫升與降額曲線圖解－降額曲線圖
1.2.2 高壓互鎖 (休息)
對於整個高壓互連繫統, 以確保高壓系統通斷電時的安全, 連接設計中引入高壓聯鎖概念.
簡單的描述就是當連接器插入並連接時, 高壓電路首先接觸並導通, 然後高壓互鎖訊號電路導通. 打破時, 高壓聯鎖訊號先斷, 然後高壓電路就斷了.
大多數連接器製造商會將高壓互鎖設計置於連接器內部, 有的廠商會透過輔助結構設計將高壓連鎖裝置置於配合腔之外. 確保高壓互鎖迴路的穩定性非常重要.
如果高壓聯鎖不連續, 可能的後果將是嚴重的. 例如, 當車輛行駛時, 高壓聯鎖電路訊號突然異常, 導致車輛突然斷電，無法正常行駛, 可能引發交通事故.
1.2.3 鎖緊結構
了解真正的二級鎖不具備二級保護功能, 但必須有效地保護它. 這句話的真正意義是在主鎖之後, 如果主鎖失敗或沒有操作驗證, 二級鎖是確保主鎖上鎖，保護一級鎖. 這是一個非常重要的角色.
最常用的與主鎖結合的二次鎖定結構是力臂機構. 因為一次性鎖定與插拔力有關, 根據機械設計理念，需要類似力臂機構的形式, 從而節省勞力，輕鬆將連接器插入到位.
關於力臂的要求, USCAR 談了很多關於力臂的人體工學可操作性. USCAR也規定了相關主鎖和副鎖在插入和非插入情況下的受力要求. 實際上, 我們都認為USCAR是連接器的標準, 但我認為USCAR標準不僅僅是一個技術標準, 同時也指導設計者在設計過程中使結構可靠. 如何在結構和性能可靠的前提下為客戶提供更好的產品體驗.
圖片: 比較常見的鎖緊結構產品圖片

1.2.4 防護等級
連接器的保護主要分為三種佈置:
首先是板端密封: 板端是連接器插座端，用四個螺絲機械安裝. 這是比較常用的結構, 但還有一些更特殊的結構.

第二種是頭座插入式密封: 頭座插件是指公端包含母端, 或母端包括公端, 中間採用橡膠件進行徑向和軸向保護.

第三種是線端密封, 線路端連接器和電纜之間的保護密封.

用於電動車的高壓連接器, 隨著市場的發展, 主機廠對產品保護的效能需求也不斷提高. 處於產業發展初期, IPI67的防護要求已經可以滿足絕大多數客戶. 然而, 由於保護連接器產品後來出現在市場上, 漏水的情況越來越多, 絕緣故障, 甚至消融.
防護要求逐步提高成為電動車發展趨勢. 目前的IP67要求無法滿足正常使用要求. 當然, 這不是絕對的, 它還取決於連接器在汽車上的位置.
根據整車佈局, 高壓電路將懸掛在車輛底盤下方. 原則上不允許高壓進入艙內. 所以, 大多數高壓連接器位於靠近地面的底盤上, 或靠近輪轂.
當遇到惡劣天氣時, 例如惡劣天氣, 大暴雨或部分嚴寒天氣, the water brought up by your tires will actually impact these connectors. 如果您熟悉測試, there is no such thing as IP6K9K in domestic standards. 你會發現如果是IP67的話, 高壓水槍的衝擊壓力其實沒有6k9k那麼高.

1.2.5 Electromagnetic shielding of high-voltage connectors
電動車有很多電子設備, 電流會產生磁場. 車輛部件必須具有抗干擾能力. 尤其, 現在以電動車為載體, and autonomous driving will be developed more on this basis, 所以這個技術問題非常重要. 對於高壓系統, shielded connectors and cables are very important, 但一定要優先考慮系統級佈局, 這是一個先決條件. If your OBC, the location you arrange, including the DCDC in the system, 可能存在一些固有的問題. 無論連接器的製作多麼精良, 還是會存在各種訊號幹擾問題.
所以, 首先要考慮系統層面, and secondly consider the component level. 用於連接器屏蔽效能, two methods are generally used.
第一種方法是我們在一些塑膠連接器上有一個金屬屏蔽層, 電纜屏蔽層將與金屬外殼的屏蔽層相連，形成有效的360°屏蔽.
In the second method, 大多數高壓和低電流連接不會有二次連接，而是連接到電纜的屏蔽層. 這種方法也是現有廠商常用的, 包括一些國內知名整車廠, 也在考慮這種方法. 我們稱之為彈簧接觸 (英語), 這實際上是一個彈簧連接. 這種結構還有很多好處, 因為體積和空間會更小, 並且會有更多的接觸點;
這種結構的廠商有很多, 主要以瑞士寶馬Spring、美國巴塞爾等公司為代表. 他們在該領域有許多實際且成熟的應用案例. 大多數情況下, 我們將使用金屬內環和外環來壓接電線和屏蔽層之間的連接. 屏蔽層置於兩個金屬環之間, 屏蔽層與金屬環透過冷壓變形緊密固定. 此外, 我們還有一種屏蔽方式，採用類似錶帶彈簧的結構來取代彈簧連接. 這種結構常用於軍工產品，技術成熟; 我們已經做了相關測試，均能滿足設計要求. 該結構應用於新能源電動汽車屏蔽, 不僅能滿足性能要求, 但也是一個沖壓件, 適合批量生產, 並且具有很高的性價比.
1.2.6 連接器材質

連接器絕緣材質一般採用PA66, 聚對苯二甲酸丁二醇酯, ABS, 個人電腦, ETC. 觸點材料一般為黃銅, 磷青銅, 鈹銅, ETC。, 但現在國外用的比較多的材料是銅鎳矽材料.
連接器外殼材質一般分為兩種: 塑膠和金屬. 關於如何選擇塑膠或金屬材質, 一般有以下幾個參考點:
1. 輕的
由於汽車輕量化的需求, 尤其是乘用車製造商, 在滿足產品性能的前提下, 他們會盡量選擇塑膠連接器來控制車輛的重量.
2. 產品使用環境
因為金屬材料的機械強度比塑膠好. 所以, 在一些惡劣的環境下, 金屬連接器會更合適. 例如, 特種車輛, 自卸車, 以及整車佈局時未保護的電氣連接部件. 此時, 金屬連接器在環境影響和機械強度方面略優於塑膠連接器.
3. 屏蔽實現方法
對於屏蔽連接器, 金屬連接器本身的外殼是用來進行屏蔽的，形成屏蔽保護的載體. 一般來說, 金屬連接器比塑膠連接器更容易實現更好的屏蔽性能, 外觀和結構更加緊湊.

1.2.7 連接器選擇
1.2.7.1 連接器選擇流程 (見下圖)

1.2.7.2 連接器常用技術參數解讀
(1) 使用地點: 顧名思義, 連接器根據其在車內不同高壓電器上的應用位置進行選擇.

(2) 額定電壓: 電氣設備的最大電壓 (包括電力和供電設備) 可以長期穩定工作.
額定電壓與爬電距離成正比 & 清除. 換句話說, 所需的額定電壓越高, 連接器越大或越長. 爬電距離 & 間隙設計標準符合GBT 16935.1 (IEC 60664-1),
(3) 額定電流: 電氣設備的額定電流是指在參考環境溫度和額定電壓工作條件下，發熱不超過允許長期發熱溫度時允許長期通過的最大電流。.
電動汽車用, P=使用者介面, 額定電流根據用電設備的功率P和輸出電壓U來決定.
峰值電流: 電動車急加速瞬間產生的最大電流值, 攀爬, 或超載.
載流截面積與連接器的額定電流成正比. 換句話說, 銷/孔/線橫截面越大, 它能通過的電流越大, 連接器越大.

(4) 休息 (高壓互鎖裝置)
(4.1) 設計HVIL功能目的
確認整個高壓系統的完整性. 當高壓系統電路斷開或完整性受損時, 觸發全車安全措施.
(4.2) HVIL功能的實現
一個. 整個系統是必需的，並且必須在系統開發期間設計到系統中;
b. 主要透過連接器完成;
c.HVIL電路為低壓電路，獨立於電源電路.
(4.3) 連接器HVIL功能實現原理
電源和訊號端子應滿足:
——連接時, 首先連接電源端子, 接下來是訊號端子.
——斷開連線時, 先斷開訊號端子, 接下來是電源端子.
特別說明: 電源端子連接表示接觸良好, 虛擬接觸是不可接受的.
(5) 屏蔽
交變電場屏蔽: 以減少交變電場對敏感電路的耦合幹擾電壓, 幹擾源與敏感電路之間可設定導電性良好的金屬屏蔽層, 且金屬屏蔽層可以接地.
屏蔽和非屏蔽連接器的主要區別在於是否有導電良好的金屬屏蔽層.

(6) 防護等級
IP防護等級由兩個數字組成. 第一個標記數字表示電器的防塵和防止異物侵入的等級. 第二個標記數字表示器具防潮和防水侵入的密封程度. 數字越高, 防護等級越高.

(7) 傳出方式
主要指電連接器插頭端部電纜出線角度與插座安裝面法線方向的夾角. 依照這個分類, 常見的是90° (有角度的) 和 180° (直的) 插座電氣連接器.
(8) 插座安裝方法
為了滿足OEM設計人員對連接器不同佈局的需求, 電連接器插座的安裝方式細分為以下四種:

1.6.2.3 選項註釋
(1) 電壓選擇需要匹配: 負載計算後車輛的額定電壓應小於或等於連接器的額定電壓. 如果車輛的工作電壓長期超過連接器的額定電壓, 電連接器有漏電和燒蝕的風險.
(2) 目前選擇需要匹配: 負載計算後車輛的額定電流應小於或等於連接器的額定電流. 如果車輛的工作電流長時間超過連接器的額定電流, 電連接器有過載燒蝕的風險.
(3) 電纜選擇需要匹配: 整車電纜選用匹配分為電纜載流匹配和電纜與連接器密封匹配. 關於電纜的載流量, 每個主機廠都有專門的電氣工程師進行配對設計, 這裡就不解釋了.
密封配套: 連接器和電纜密封件依靠橡膠密封件的彈性壓縮來提供它們之間的接觸壓力, 從而實現可靠的保護性能, 例如IP67. 根據計算, 實現特定的接觸壓力取決於密封件的特定壓縮量. 基於此, 如果需要可靠的保護, 連接器的密封保護在設計之初就對電纜有特定的尺寸要求;
相同規格載流截面的電纜可有不同的外徑, 例如屏蔽電纜和非屏蔽電纜, 國標電纜和LV216標準電纜. 具體配套電纜及連接器選配規格均有明確說明. 所以, 選擇連接器時, 必須特別注意電纜規格要求，以防止連接器密封失效.
(4) 整車需要彈性佈線: 車輛配線用, 現在每個 OEM 都有彎曲半徑和鬆弛要求; 根據車輛上的連接器
對於用例, 建議在線束組裝完成後, 連接器端子本身不受力. 僅當整個線束受到振動時, 由於汽車運行而產生的車身衝擊和相對位移, 透過線束的彈性可以達到消除應力的目的. 即使少量應變傳遞到連接器端子, 產生的應力不會超過連接器中端子的設計保持力.