Panoramica del connettore ad alta tensione
I connettori ad alta tensione, noti anche come connettori ad alta tensione, sono un tipo di connettore per autoveicoli. Generalmente si riferiscono a connettori con una tensione di esercizio superiore a 60 V e sono principalmente responsabili della trasmissione di correnti elevate.
I connettori ad alta tensione sono utilizzati principalmente nei circuiti ad alta tensione e alta corrente dei veicoli elettrici. Utilizzano cavi per trasportare l'energia del pacco batteria attraverso diversi circuiti elettrici, raggiungendo vari componenti del sistema del veicolo, come pacchi batteria, controller motore e convertitori DC/DC. Componenti ad alta tensione come convertitori e caricabatterie.
Attualmente, esistono tre principali sistemi standard per i connettori ad alta tensione: lo standard LV plug-in, lo standard USCAR plug-in e lo standard giapponese plug-in. Tra questi tre, lo standard LV plug-in vanta attualmente la maggiore diffusione sul mercato nazionale e gli standard di processo più completi.
Diagramma del processo di assemblaggio del connettore ad alta tensione
Struttura di base del connettore ad alta tensione
I connettori ad alta tensione sono composti principalmente da quattro strutture di base, ovvero contattori, isolatori, gusci di plastica e accessori.
(1) Contatti: parti fondamentali che completano le connessioni elettriche, vale a dire terminali maschi e femmine, reed, ecc.;
(2) Isolante: sostiene i contatti e garantisce l'isolamento tra i contatti, cioè il guscio interno in plastica;
(3) Guscio di plastica: il guscio del connettore assicura l'allineamento del connettore e protegge l'intero connettore, ovvero il guscio di plastica esterno;
(4) Accessori: compresi gli accessori strutturali e gli accessori di installazione, vale a dire perni di posizionamento, perni di guida, anelli di collegamento, anelli di tenuta, leve rotanti, strutture di bloccaggio, ecc.
Vista esplosa del connettore ad alta tensione
Classificazione dei connettori ad alta tensione
I connettori ad alta tensione possono essere distinti in diversi modi. Se il connettore ha una funzione di schermatura, il numero di pin, ecc., possono essere utilizzati per definire la classificazione del connettore.
1.Se c'è o meno schermatura
I connettori ad alta tensione si dividono in connettori non schermati e connettori schermati a seconda che abbiano o meno funzioni di schermatura.
I connettori non schermati hanno una struttura relativamente semplice, non hanno funzione di schermatura e sono relativamente economici. Vengono utilizzati in luoghi che non richiedono schermatura, come apparecchi elettrici rivestiti da involucri metallici, come circuiti di ricarica, interni di pacchi batteria e interni di controllo.
Esempi di connettori senza strato di schermatura e senza progettazione di interblocco ad alta tensione
I connettori schermati presentano strutture complesse, requisiti di schermatura e costi relativamente elevati. Sono adatti per applicazioni in cui è richiesta la schermatura, ad esempio quando l'esterno degli apparecchi elettrici è collegato a cablaggi ad alta tensione.
Connettore con schermatura e design HVIL Esempio
2. Numero di spine
I connettori ad alta tensione si dividono in base al numero di porte di connessione (PIN). Attualmente, i connettori più comunemente utilizzati sono i connettori 1P, 2P e 3P.
Il connettore 1P ha una struttura relativamente semplice e un costo contenuto. Soddisfa i requisiti di schermatura e impermeabilità dei sistemi ad alta tensione, ma il processo di assemblaggio è leggermente complicato e la rilavorazione è scarsa. Generalmente utilizzato in pacchi batteria e motori.
I connettori 2P e 3P presentano strutture complesse e costi relativamente elevati. Soddisfano i requisiti di schermatura e impermeabilità dei sistemi ad alta tensione e offrono una buona manutenibilità. Generalmente utilizzati per ingressi e uscite CC, ad esempio su pacchi batteria ad alta tensione, terminali di controllo, terminali di uscita CC di caricabatterie, ecc.
Esempio di connettore ad alta tensione 1P/2P/3P
Requisiti generali per i connettori ad alta tensione
I connettori ad alta tensione devono essere conformi ai requisiti specificati da SAE J1742 e avere i seguenti requisiti tecnici:
Requisiti tecnici specificati da SAE J1742
Elementi di progettazione dei connettori ad alta tensione
I requisiti per i connettori ad alta tensione nei sistemi ad alta tensione includono, ma non sono limitati a: prestazioni ad alta tensione e alta corrente; la necessità di poter raggiungere livelli di protezione più elevati in varie condizioni di lavoro (ad esempio alta temperatura, vibrazioni, urti, resistenza alla polvere e all'acqua, ecc.); essere installabili; avere buone prestazioni di schermatura elettromagnetica; il costo deve essere il più basso possibile e durevole.
In base alle caratteristiche e ai requisiti sopra indicati che i connettori ad alta tensione devono avere, all'inizio della progettazione dei connettori ad alta tensione, è necessario prendere in considerazione i seguenti elementi di progettazione e eseguire verifiche di progettazione e test mirati.
Elenco comparativo degli elementi di progettazione, delle prestazioni corrispondenti e dei test di verifica dei connettori ad alta tensione
Analisi dei guasti e relative misure dei connettori ad alta tensione
Per migliorare l'affidabilità della progettazione del connettore, è necessario innanzitutto analizzarne la modalità di guasto, in modo da poter eseguire un lavoro di progettazione preventiva corrispondente.
I connettori solitamente presentano tre principali modalità di guasto: contatto scadente, isolamento scadente e fissaggio allentato.
(1) Per un contatto scarso, indicatori quali la resistenza del contatto statico, la resistenza del contatto dinamico, la forza di separazione del singolo foro, i punti di connessione e la resistenza alle vibrazioni dei componenti possono essere utilizzati per giudicare;
(2) Per un isolamento scadente, è possibile rilevare la resistenza di isolamento dell'isolante, il tasso di degradazione temporale dell'isolante, gli indicatori di dimensione dell'isolante, i contatti e altre parti per giudicare;
(3) Per l'affidabilità del tipo fisso e staccato, è possibile testare la tolleranza di assemblaggio, il momento di resistenza, la forza di ritenzione del perno di collegamento, la forza di inserimento del perno di collegamento, la forza di ritenzione in condizioni di stress ambientale e altri indicatori del terminale e del connettore.
Dopo aver analizzato le principali modalità e forme di guasto del connettore, è possibile adottare le seguenti misure per migliorare l'affidabilità della progettazione del connettore:
(1) Selezionare il connettore appropriato.
La scelta dei connettori non dovrebbe considerare solo il tipo e il numero di circuiti collegati, ma anche facilitare la composizione dell'apparecchiatura. Ad esempio, i connettori circolari sono meno influenzati da fattori climatici e meccanici rispetto ai connettori rettangolari, presentano una minore usura meccanica e sono collegati in modo affidabile alle estremità dei cavi, pertanto è opportuno scegliere il più possibile connettori circolari.
(2) Maggiore è il numero di contatti in un connettore, minore è l'affidabilità del sistema. Pertanto, se lo spazio e il peso lo consentono, è consigliabile scegliere un connettore con un numero inferiore di contatti.
(3) Nella scelta del connettore, occorre tenere conto delle condizioni di lavoro dell'apparecchiatura.
Questo perché la corrente di carico totale e la corrente operativa massima del connettore sono spesso determinate in base al calore tollerato durante il funzionamento alle massime temperature dell'ambiente circostante. Per ridurre la temperatura di esercizio del connettore, è necessario considerare attentamente le sue condizioni di dissipazione del calore. Ad esempio, per collegare l'alimentatore è possibile utilizzare contatti più distanti dal centro del connettore, il che favorisce una migliore dissipazione del calore.
(4) Impermeabile e anticorrosione.
Quando il connettore funziona in un ambiente con gas e liquidi corrosivi, per prevenire la corrosione, è necessario prestare attenzione alla possibilità di installarlo orizzontalmente dal lato durante l'installazione. Quando le condizioni richiedono l'installazione verticale, è necessario impedire al liquido di fluire nel connettore lungo i cavi. Generalmente, utilizzare connettori impermeabili.
Punti chiave nella progettazione dei contatti dei connettori ad alta tensione
La tecnologia di connessione dei contatti esamina principalmente l'area di contatto e la forza di contatto, inclusa la connessione di contatto tra terminali e fili e la connessione di contatto tra terminali.
L'affidabilità dei contatti è un fattore importante per determinare l'affidabilità del sistema ed è anche una parte importante dell'intero assemblaggio del cablaggio ad alta tensioneA causa del difficile ambiente di lavoro in cui operano alcuni terminali, fili e connettori, la connessione tra terminali e fili e la connessione tra terminali e terminali sono soggette a vari guasti, come corrosione, invecchiamento e allentamento dovuto alle vibrazioni.
Poiché i guasti del cablaggio elettrico causati da danni, allentamenti, cadute e guasti dei contatti rappresentano oltre il 50% dei guasti dell'intero sistema elettrico, è necessario prestare la massima attenzione alla progettazione dell'affidabilità dei contatti nella progettazione dell'affidabilità del sistema elettrico ad alta tensione del veicolo.
1. Collegamento del contatto tra terminale e filo
La connessione tra terminali e fili si riferisce alla connessione tra i due tramite un processo di crimpatura o di saldatura a ultrasuoni. Attualmente, il processo di crimpatura e la saldatura a ultrasuoni sono comunemente utilizzati nei cablaggi ad alta tensione, ciascuno con i suoi vantaggi e svantaggi.
(1) Processo di crimpatura
Il principio del processo di crimpatura consiste nell'utilizzare una forza esterna per comprimere fisicamente il filo conduttore nella parte crimpata del terminale. L'altezza, la larghezza, la sezione trasversale e la forza di trazione della crimpatura del terminale sono i parametri fondamentali per la qualità della crimpatura del terminale, che determinano la qualità della crimpatura stessa.
Tuttavia, è importante notare che la microstruttura di qualsiasi superficie solida finemente lavorata è sempre ruvida e irregolare. Dopo la crimpatura di terminali e fili, il contatto non si verifica sull'intera superficie, ma su alcuni punti sparsi sulla superficie stessa. La superficie di contatto effettiva deve essere inferiore a quella teorica, il che spiega anche l'elevata resistenza di contatto del processo di crimpatura.
La crimpatura meccanica è fortemente influenzata dal processo di crimpatura, come pressione, altezza di crimpatura, ecc. Il controllo della produzione deve essere effettuato tramite strumenti quali l'altezza di crimpatura e l'analisi del profilo/analisi metallografica. Pertanto, la consistenza della crimpatura del processo di crimpatura è media e l'usura dell'utensile è elevata. L'impatto è elevato e l'affidabilità è media.
Il processo di crimpatura meccanica è ormai maturo e ha un'ampia gamma di applicazioni pratiche. È un processo tradizionale. Quasi tutti i principali fornitori offrono prodotti per cablaggi che utilizzano questo processo.
Profili di contatto di terminali e fili mediante processo di crimpatura
(2) Processo di saldatura ad ultrasuoni
La saldatura a ultrasuoni utilizza onde di vibrazione ad alta frequenza per trasmettere il calore alle superfici di due oggetti da saldare. Sotto pressione, le superfici dei due oggetti si sfregano l'una contro l'altra, formando la fusione tra gli strati molecolari.
La saldatura a ultrasuoni utilizza un generatore di ultrasuoni per convertire la corrente a 50/60 Hz in energia elettrica a 15, 20, 30 o 40 kHz. L'energia elettrica ad alta frequenza convertita viene nuovamente convertita in movimento meccanico della stessa frequenza tramite il trasduttore, che a sua volta trasmette il movimento meccanico alla testa di saldatura tramite una serie di dispositivi a tromba in grado di modificarne l'ampiezza. La testa di saldatura trasmette l'energia di vibrazione ricevuta al giunto del pezzo da saldare. In quest'area, l'energia di vibrazione viene convertita in energia termica per attrito, fondendo il metallo.
In termini di prestazioni, il processo di saldatura a ultrasuoni ha una bassa resistenza di contatto e un basso riscaldamento da sovracorrente per lungo tempo; in termini di sicurezza, è affidabile e non si allenta e non cade facilmente sotto vibrazioni a lungo termine; può essere utilizzato per la saldatura tra materiali diversi; è influenzato dall'ossidazione superficiale o dal rivestimento Successivamente; la qualità della saldatura può essere valutata monitorando le forme d'onda pertinenti del processo di crimpatura.
Sebbene il costo delle attrezzature per il processo di saldatura a ultrasuoni sia relativamente elevato e le parti metalliche da saldare non possano essere troppo spesse (generalmente ≤5 mm), la saldatura a ultrasuoni è un processo meccanico e durante l'intero processo di saldatura non scorre corrente, quindi non vi sono problemi di conduzione del calore e di resistività, che rappresentano le tendenze future della saldatura di cablaggi ad alta tensione.
Terminali e conduttori con saldatura ad ultrasuoni e relative sezioni di contatto
Indipendentemente dal processo di crimpatura o di saldatura a ultrasuoni, una volta collegato il terminale al filo, la sua forza di strappo deve soddisfare i requisiti standard. Dopo aver collegato il filo al connettore, la forza di strappo non deve essere inferiore alla forza di strappo minima.
Data di pubblicazione: 06-12-2023