Pregled visokonapetostnih konektorjev
Visokonapetostni konektorji, znani tudi kot visokonapetostni konektorji, so vrsta avtomobilskih konektorjev. Na splošno se nanašajo na konektorje z delovno napetostjo nad 60 V in so v glavnem odgovorni za prenos velikih tokov.
Visokonapetostni konektorji se uporabljajo predvsem v visokonapetostnih in visokotokovnih tokokrogih električnih vozil. Delujejo z žicami za prenos energije iz baterijskega sklopa skozi različna električna vezja do različnih komponent v sistemu vozila, kot so baterijski sklopi, krmilniki motorjev in DCDC pretvorniki. Visokonapetostne komponente, kot so pretvorniki in polnilniki.
Trenutno obstajajo trije glavni standardni sistemi za visokonapetostne konektorje, in sicer LV standardni vtič, USCAR standardni vtič in japonski standardni vtič. Med temi tremi vtiči ima LV trenutno največjo razširjenost na domačem trgu in najbolj popolne procesne standarde.
Diagram postopka sestavljanja visokonapetostnega konektorja
Osnovna struktura visokonapetostnega konektorja
Visokonapetostni konektorji so v glavnem sestavljeni iz štirih osnovnih struktur, in sicer kontaktorjev, izolatorjev, plastičnih ohišij in dodatkov.
(1) Kontakti: osrednji deli, ki dopolnjujejo električne povezave, in sicer moški in ženski priključki, trstike itd.;
(2) Izolator: podpira kontakte in zagotavlja izolacijo med kontakti, to je notranja plastična lupina;
(3) Plastična lupina: Lupina konektorja zagotavlja poravnavo konektorja in ščiti celoten konektor, torej zunanjo plastično lupino;
(4) Dodatki: vključno s konstrukcijskimi dodatki in montažnimi dodatki, in sicer pozicionirni zatiči, vodilni zatiči, povezovalni obroči, tesnilni obroči, vrtljive ročice, zaklepne konstrukcije itd.
Razstavljeni pogled visokonapetostnega konektorja
Klasifikacija visokonapetostnih konektorjev
Visokonapetostne konektorje lahko ločimo na več načinov. Za opredelitev klasifikacije konektorjev se lahko uporabijo zaščitna funkcija konektorja, število kontaktov konektorja itd.
1.Ali obstaja zaščita ali ne
Visokonapetostni konektorji so glede na to, ali imajo zaščitne funkcije, razdeljeni na neoklopljene konektorje in oklopljene konektorje.
Nezaščiteni konektorji imajo relativno preprosto strukturo, nimajo zaščitne funkcije in so relativno nizki stroški. Uporabljajo se na mestih, kjer zaščita ni potrebna, kot so električne naprave, prekrite s kovinskimi ohišji, kot so polnilna vezja, notranjost baterijskih sklopov in notranjost krmilnih elementov.
Primeri konektorjev brez zaščitne plasti in brez visokonapetostne zasnove za blokiranje
Zaščiteni konektorji imajo kompleksne strukture, zahteve glede zaščite in relativno visoke stroške. Primerni so za mesta, kjer je potrebna zaščitna funkcija, na primer kjer je zunanja stran električnih naprav priključena na visokonapetostne kabelske snope.
Primer konektorja z oklopom in HVIL zasnovo
2. Število vtičnic
Visokonapetostni konektorji so razdeljeni glede na število priključnih mest (PIN). Trenutno so najpogosteje uporabljeni 1P konektor, 2P konektor in 3P konektor.
1P konektor ima relativno preprosto strukturo in nizke stroške. Izpolnjuje zahteve glede zaščite in hidroizolacije visokonapetostnih sistemov, vendar je postopek montaže nekoliko zapleten in ponovna obdelava slaba. Običajno se uporablja v baterijskih sklopih in motorjih.
2P in 3P konektorji imajo kompleksne strukture in relativno visoke stroške. Izpolnjujejo zahteve glede zaščite in vodoodpornosti visokonapetostnih sistemov ter imajo dobro vzdrževanje. Na splošno se uporabljajo za enosmerni vhod in izhod, na primer na visokonapetostnih baterijskih sklopih, priključkih krmilnikov, izhodnih priključkih enosmernega toka polnilnikov itd.
Primer visokonapetostnega konektorja 1P/2P/3P
Splošne zahteve za visokonapetostne konektorje
Visokonapetostni konektorji morajo izpolnjevati zahteve standarda SAE J1742 in imeti naslednje tehnične zahteve:
Tehnične zahteve, določene v SAE J1742
Oblikovalni elementi visokonapetostnih konektorjev
Zahteve za visokonapetostne konektorje v visokonapetostnih sistemih vključujejo, vendar niso omejene na: visokonapetostno in visokotokovno zmogljivost; potrebo po doseganju višjih ravni zaščite v različnih delovnih pogojih (kot so visoka temperatura, vibracije, trki, odpornost proti prahu in vodi itd.); možnost vgradnje; dobro elektromagnetno zaščito; čim nižji stroški in trpežnost.
Glede na zgornje značilnosti in zahteve, ki jih morajo imeti visokonapetostni konektorji, je treba na začetku načrtovanja visokonapetostnih konektorjev upoštevati naslednje oblikovne elemente ter izvesti ciljno preverjanje načrtovanja in preskusov.
Primerjalni seznam oblikovnih elementov, ustreznih zmogljivosti in verifikacijskih preskusov visokonapetostnih konektorjev
Analiza napak in ustrezni ukrepi za visokonapetostne konektorje
Da bi izboljšali zanesljivost zasnove konektorja, je treba najprej analizirati njegov način odpovedi, da se lahko izvedejo ustrezna preventivna projektna dela.
Konektorji imajo običajno tri glavne načine okvare: slab stik, slaba izolacija in ohlapna pritrditev.
(1) Za presojo slabega stika se lahko uporabijo kazalniki, kot so statična kontaktna upornost, dinamična kontaktna upornost, sila ločitve posamezne luknje, priključne točke in odpornost komponent na vibracije;
(2) Pri slabi izolaciji je mogoče za presojo ugotoviti izolacijsko upornost izolatorja, stopnjo časovne degradacije izolatorja, indikatorje velikosti izolatorja, kontaktov in drugih delov;
(3) Za zanesljivost fiksnega in ločenega tipa se lahko preizkusijo toleranca montaže, moment vzdržljivosti, sila zadrževanja povezovalnega zatiča, sila vstavljanja povezovalnega zatiča, sila zadrževanja v okoljskih obremenitvah in drugi kazalniki priključka in konektorja.
Po analizi glavnih načinov in oblik odpovedi konektorja je mogoče sprejeti naslednje ukrepe za izboljšanje zanesljivosti zasnove konektorja:
(1) Izberite ustrezen priključek.
Pri izbiri konektorjev ne smemo upoštevati le vrste in števila priključenih vezij, temveč tudi olajšati sestavo opreme. Na primer, okrogli konektorji so manj pod vplivom podnebnih in mehanskih dejavnikov kot pravokotni konektorji, imajo manjšo mehansko obrabo in so zanesljivo povezani s konci žic, zato je treba čim bolj izbrati okrogle konektorje.
(2) Večje kot je število kontaktov v konektorju, manjša je zanesljivost sistema. Če torej prostor in teža dopuščata, poskusite izbrati konektor z manjšim številom kontaktov.
(3) Pri izbiri konektorja je treba upoštevati delovne pogoje opreme.
To je zato, ker se skupni obremenitveni tok in največji obratovalni tok konektorja pogosto določata na podlagi dovoljene toplote pri delovanju v najvišjih temperaturnih pogojih okolice. Da bi zmanjšali delovno temperaturo konektorja, je treba v celoti upoštevati pogoje odvajanja toplote konektorja. Na primer, za priključitev napajalnika se lahko uporabijo kontakti, ki so dlje od središča konektorja, kar je bolj ugodno za odvajanje toplote.
(4) Vodoodporno in protikorozijsko.
Kadar konektor deluje v okolju s korozivnimi plini in tekočinami, je treba za preprečevanje korozije med namestitvijo paziti na možnost vodoravne namestitve s strani. Kadar pogoji zahtevajo navpično namestitev, je treba preprečiti vdor tekočine v konektor vzdolž vodnikov. Na splošno uporabljajte vodoodporne konektorje.
Ključne točke pri načrtovanju kontaktov visokonapetostnih konektorjev
Tehnologija kontaktnih povezav preučuje predvsem kontaktno površino in kontaktno silo, vključno s kontaktno povezavo med priključki in žicami ter kontaktno povezavo med priključki.
Zanesljivost kontaktov je pomemben dejavnik pri določanju zanesljivosti sistema in je tudi pomemben del celotnega sklopa visokonapetostnih kablov.Zaradi zahtevnega delovnega okolja nekaterih terminalov, žic in konektorjev so povezave med terminali in žicami ter povezave med terminali in terminali nagnjene k različnim okvaram, kot so korozija, staranje in rahljanje zaradi vibracij.
Ker okvare električnih kablov, ki jih povzročijo poškodbe, ohlapnost, odpadanje in odpoved kontaktov, predstavljajo več kot 50 % okvar v celotnem električnem sistemu, je treba pri načrtovanju zanesljivosti visokonapetostnega električnega sistema vozila posvetiti vso pozornost zanesljivosti zasnove kontaktov.
1. Kontaktna povezava med terminalom in žico
Povezava med terminali in žicami se nanaša na povezavo med obema s postopkom stiskanja ali ultrazvočnega varjenja. Trenutno se postopek stiskanja in ultrazvočno varjenje pogosto uporabljata v visokonapetostnih kabelskih snopih, vsak s svojimi prednostmi in slabostmi.
(1) Postopek stiskanja
Načelo postopka stiskanja je uporaba zunanje sile za preprosto fizično stiskanje prevodne žice v stisnjen del terminala. Višina, širina, stanje prečnega prereza in vlečna sila stiskanja terminala so osrednji dejavniki kakovosti stiskanja terminala, ki določajo kakovost stiskanja.
Vendar je treba opozoriti, da je mikrostruktura katere koli fino obdelane trdne površine vedno hrapava in neenakomerna. Po stiskanju priključkov in žic se ne stika celotna kontaktna površina, temveč se stikajo le nekatere točke, razpršene po kontaktni površini. Dejanska kontaktna površina mora biti manjša od teoretične kontaktne površine, kar je tudi razlog za visoko kontaktno upornost pri stiskanju.
Na mehansko stiskanje močno vpliva postopek stiskanja, kot so tlak, višina stiskanja itd. Nadzor proizvodnje je treba izvajati s sredstvi, kot sta analiza višine stiskanja in profila/metalografska analiza. Zato je konsistenca stiskanja pri postopku stiskanja povprečna, obraba orodja pa velika. Vpliv je velik, zanesljivost pa povprečna.
Postopek mehanskega stiskanja je zrel in ima široko paleto praktičnih uporab. Gre za tradicionalen postopek. Skoraj vsi veliki dobavitelji izdelkov za kabelske snope uporabljajo ta postopek.
Profili kontaktnih sponk in žic s postopkom stiskanja
(2) Postopek ultrazvočnega varjenja
Ultrazvočno varjenje uporablja visokofrekvenčne vibracijske valove, ki se prenašajo na površine dveh predmetov, ki jih je treba variti. Pod pritiskom se površine obeh predmetov drgnejo druga ob drugo, da se molekularne plasti združijo.
Ultrazvočno varjenje uporablja ultrazvočni generator za pretvorbo toka 50/60 Hz v električno energijo 15, 20, 30 ali 40 kHz. Pretvorjena visokofrekvenčna električna energija se preko pretvornika ponovno pretvori v mehansko gibanje iste frekvence, nato pa se mehansko gibanje preko niza rogov, ki lahko spreminjajo amplitudo, prenese na varilno glavo. Varilna glava prenaša prejeto vibracijsko energijo na spoj obdelovanca, ki ga je treba variti. Na tem območju se vibracijska energija zaradi trenja pretvori v toplotno energijo, kar tali kovino.
Kar zadeva zmogljivost, ima ultrazvočni varilni postopek majhen kontaktni upor in nizko preobremenitev zaradi prekomernega toka za daljši čas; kar zadeva varnost, je zanesljiv in se pri dolgotrajnih vibracijah ne zrahlja in ne odpade; lahko se uporablja za varjenje med različnimi materiali; nanj vpliva površinska oksidacija ali prevleka; kakovost varjenja je mogoče oceniti s spremljanjem ustreznih valovnih oblik postopka stiskanja.
Čeprav so stroški opreme za ultrazvočno varjenje relativno visoki in kovinski deli, ki jih je treba variti, ne smejo biti preveč debeli (običajno ≤ 5 mm), je ultrazvočno varjenje mehanski postopek in med celotnim varjenjem ne teče tok, zato ni težav s toplotno prevodnostjo in upornostjo. Težave s toplotno prevodnostjo in upornostjo so prihodnji trendi varjenja visokonapetostnih kabelskih snopov.
Priključki in vodniki z ultrazvočnim varjenjem in njihovi kontaktni prerezi
Ne glede na postopek stiskanja ali ultrazvočnega varjenja mora po priključitvi priključka na žico njegova sila odvleka izpolnjevati standardne zahteve. Po priključitvi žice na konektor sila odvleka ne sme biti manjša od minimalne sile odvleka.
Čas objave: 6. dec. 2023