Огляд високовольтного роз'єму
Високовольтні роз'єми, також відомі як високовольтні роз'єми, є типом автомобільних роз'ємів. Зазвичай вони стосуються роз'ємів з робочою напругою понад 60 В і в основному відповідають за передачу великих струмів.
Високовольтні роз'єми в основному використовуються у високовольтних та сильнострумових ланцюгах електромобілів. Вони працюють за допомогою проводів для передачі енергії акумуляторної батареї через різні електричні ланцюги до різних компонентів системи транспортного засобу, таких як акумуляторні батареї, контролери двигунів та перетворювачі постійного струму та постійного струму. Високовольтні компоненти, такі як перетворювачі та зарядні пристрої.
Наразі існують три основні стандартні системи для високовольтних роз'ємів, а саме: стандартний штекер LV, стандартний штекер USCAR та японський стандартний штекер. Серед цих трьох штекерів LV наразі має найбільше поширення на внутрішньому ринку та найповніші стандарти процесу.
Схема процесу складання високовольтного роз'єму
Основна структура високовольтного роз'єму
Високовольтні роз'єми в основному складаються з чотирьох основних структур, а саме: контакторів, ізоляторів, пластикових корпусів та аксесуарів.
(1) Контакти: основні частини, що виконують електричні з'єднання, а саме: штекерні та гніздові клеми, геркони тощо;
(2) Ізолятор: підтримує контакти та забезпечує ізоляцію між контактами, тобто внутрішня пластикова оболонка;
(3) Пластикова оболонка: Оболонка роз'єму забезпечує вирівнювання роз'єму та захищає весь роз'єм, тобто зовнішню пластикову оболонку;
(4) Аксесуари: включаючи конструкційні аксесуари та монтажні аксесуари, а саме: позиціонуючі штифти, напрямні штифти, з'єднувальні кільця, ущільнювальні кільця, поворотні важелі, фіксуючі конструкції тощо.
Розгорнутий вигляд високовольтного роз'єму
Класифікація високовольтних роз'ємів
Високовольтні роз'єми можна розрізнити кількома способами. Чи має роз'єм функцію екранування, кількість контактів роз'єму тощо – все це може бути використано для визначення класифікації роз'ємів.
1.Чи є екранування чи ні
Високовольтні роз'єми поділяються на неекрановані та екрановані залежно від того, чи мають вони функції екранування.
Неекрановані роз'єми мають відносно просту структуру, не виконують функції екранування та відносно низьку вартість. Використовуються в місцях, де не потрібне екранування, таких як електроприлади, покриті металевими корпусами, такі як зарядні кола, внутрішні компоненти акумуляторних блоків та внутрішні компоненти керування.
Приклади роз'ємів без екрануючого шару та без конструкції блокування високої напруги
Екрановані роз'єми мають складну структуру, вимоги до екранування та відносно високу вартість. Вони підходять для місць, де потрібна функція екранування, наприклад, де зовнішня частина електроприладів підключена до високовольтних джгутів проводів.
Приклад роз'єму з екраном та HVIL-конструкцією
2. Кількість штекерів
Високовольтні роз'єми поділяються за кількістю портів підключення (PIN). Наразі найпоширенішими є 1P роз'єм, 2P роз'єм та 3P роз'єм.
1P роз'єм має відносно просту структуру та низьку вартість. Він відповідає вимогам екранування та водонепроникності високовольтних систем, але процес складання дещо складний, а можливість повторного використання низька. Зазвичай використовується в акумуляторних батареях та двигунах.
2P та 3P роз'єми мають складну структуру та відносно високу вартість. Вони відповідають вимогам екранування та водонепроникності високовольтних систем і мають добру ремонтопридатність. Зазвичай використовуються для входу та виходу постійного струму, наприклад, на високовольтних акумуляторних батареях, клемах контролера, вихідних клемах постійного струму зарядних пристроїв тощо.
Приклад високовольтного роз'єму 1P/2P/3P
Загальні вимоги до високовольтних роз'ємів
Високовольтні роз'єми повинні відповідати вимогам, визначеним у SAE J1742, та мати такі технічні вимоги:
Технічні вимоги, визначені SAE J1742
Елементи конструкції високовольтних роз'ємів
Вимоги до високовольтних роз'ємів у високовольтних системах включають, але не обмежуються: високу напругу та високий струм; необхідність досягнення вищих рівнів захисту в різних робочих умовах (таких як висока температура, вібрація, удари, пило- та водонепроникність тощо); можливість встановлення; хороші характеристики електромагнітного екранування; вартість має бути якомога нижчою та довговічною.
Відповідно до вищезазначених характеристик та вимог, які повинні мати високовольтні роз'єми, на початку проектування високовольтних роз'ємів необхідно враховувати такі конструктивні елементи та проводити цілеспрямовану перевірку проектування та випробувань.
Порівняльний список елементів конструкції, відповідні експлуатаційні характеристики та перевірочні випробування високовольтних роз'ємів
Аналіз відмов та відповідні заходи для високовольтних роз'ємів
Для підвищення надійності конструкції роз'єму спочатку слід проаналізувати його режим відмови, щоб можна було виконати відповідні профілактичні проектні роботи.
Роз'єми зазвичай мають три основні режими поломки: поганий контакт, погана ізоляція та нещільне кріплення.
(1) Для оцінки поганого контакту можна використовувати такі показники, як статичний контактний опір, динамічний контактний опір, сила розділення одного отвору, точки з'єднання та вібростійкість компонентів;
(2) Для оцінки поганої ізоляції можна визначити опір ізоляції ізолятора, швидкість деградації ізолятора з часом, показники розмірів ізолятора, контактів та інших деталей;
(3) Для оцінки надійності фіксованого та роз'ємного типу можна перевірити монтажний допуск, момент витривалості, силу утримання з'єднувального штифта, силу вставки з'єднувального штифта, силу утримання в умовах навколишнього середовища та інші показники клеми та роз'єму.
Після аналізу основних режимів та форм відмов роз'єму можна вжити наступних заходів для підвищення надійності конструкції роз'єму:
(1) Виберіть відповідний роз'єм.
Вибір роз'ємів повинен враховувати не лише тип і кількість підключених кіл, але й полегшувати склад обладнання. Наприклад, круглі роз'єми менше піддаються впливу кліматичних та механічних факторів, ніж прямокутні, мають менший механічний знос і надійно з'єднуються з кінцями проводів, тому круглі роз'єми слід вибирати якомога частіше.
(2) Чим більша кількість контактів у роз'ємі, тим нижча надійність системи. Тому, якщо дозволяють простір і вага, спробуйте вибрати роз'єм з меншою кількістю контактів.
(3) Вибираючи роз'єм, слід враховувати умови роботи обладнання.
Це пояснюється тим, що загальний струм навантаження та максимальний робочий струм роз'єму часто визначаються на основі допустимого тепла під час роботи за найвищих температур навколишнього середовища. Щоб знизити робочу температуру роз'єму, слід повністю враховувати умови тепловіддачі. Наприклад, для підключення джерела живлення можна використовувати контакти, розташовані далі від центру роз'єму, що сприяє більшій тепловіддачі.
(4) Водонепроникний та антикорозійний.
Якщо роз'єм працює в середовищі з агресивними газами та рідинами, щоб запобігти корозії, слід звернути увагу на можливість його горизонтального встановлення збоку під час монтажу. Якщо умови вимагають вертикального монтажу, слід запобігти потраплянню рідини в роз'єм вздовж проводів. Зазвичай використовуйте водонепроникні роз'єми.
Ключові моменти в проектуванні контактів високовольтних роз'ємів
Технологія контактного з'єднання в основному досліджує площу контакту та контактну силу, включаючи контактне з'єднання між клемами та проводами, а також контактне з'єднання між клемами.
Надійність контактів є важливим фактором у визначенні надійності системи, а також важливою частиною всієї збірки високовольтної проводки.Через суворі умови експлуатації деяких клем, проводів та роз'ємів, з'єднання між клемами та проводами, а також з'єднання між клемами та клемами схильні до різних поломок, таких як корозія, старіння та розхитування через вібрацію.
Оскільки несправності джгутів електропроводки, спричинені пошкодженням, ослабленням кріплення, відпаданням та виходом контактів, становлять понад 50% несправностей у всій електричній системі, при проектуванні надійності високовольтної електричної системи автомобіля слід приділяти повну увагу проекту надійності контактів.
1. Контактне з'єднання між клемою та проводом
З'єднання між клемами та проводами стосується з'єднання між ними за допомогою процесу обтиску або ультразвукового зварювання. Наразі процес обтиску та ультразвукового зварювання зазвичай використовуються у високовольтних джгутах проводів, кожен з яких має свої переваги та недоліки.
(1) Процес обтиску
Принцип процесу обтиску полягає у використанні зовнішньої сили для простого фізичного стискання провідного дроту в обтиснутій частині клеми. Висота, ширина, стан поперечного перерізу та сила натягу клеми є основними показниками якості обтиску клеми, які визначають якість обтиску.
Однак слід зазначити, що мікроструктура будь-якої тонко обробленої твердої поверхні завжди шорстка та нерівна. Після обтиску клем та проводів контакт відбувається не по всій контактній поверхні, а лише по окремих точках, розкиданих по контактній поверхні. Фактична контактна поверхня має бути меншою за теоретичну контактну поверхню, що також є причиною високого контактного опору під час обтиску.
На механічне обтискання значно впливає процес обтиску, такий як тиск, висота обтиску тощо. Контроль виробництва необхідно здійснювати за допомогою таких засобів, як аналіз висоти обтиску та профілю/металографічний аналіз. Таким чином, стабільність процесу обтиску середня, а знос інструменту великий, а надійність середня.
Процес механічного обтиску є зрілим і має широкий спектр практичного застосування. Це традиційний процес. Майже всі великі постачальники мають джгути проводів, що використовують цей процес.
Профілі контактів для клем та проводів з використанням процесу обтиску
(2) Процес ультразвукового зварювання
Ультразвукове зварювання використовує високочастотні вібраційні хвилі для передачі на поверхні двох об'єктів, що зварюються. Під тиском поверхні двох об'єктів труться одна об одну, утворюючи сплавлення між молекулярними шарами.
Ультразвукове зварювання використовує ультразвуковий генератор для перетворення струму 50/60 Гц в електричну енергію 15, 20, 30 або 40 кГц. Перетворена високочастотна електрична енергія знову перетворюється в механічний рух тієї ж частоти через перетворювач, а потім механічний рух передається зварювальній головці через набір рупорних пристроїв, які можуть змінювати амплітуду. Зварювальна головка передає отриману енергію вібрації на з'єднання заготовки, що зварюється. У цій зоні енергія вібрації перетворюється на теплову енергію через тертя, плавлячи метал.
Що стосується продуктивності, процес ультразвукового зварювання має малий контактний опір та низьке нагрівання від перевантаження струмом протягом тривалого часу; з точки зору безпеки, він надійний та не легко розхитується та не падає під час тривалої вібрації; його можна використовувати для зварювання між різними матеріалами; на нього впливає поверхневе окислення або покриття. Далі; якість зварювання можна оцінити, контролюючи відповідні форми хвиль процесу обтиску.
Хоча вартість обладнання для ультразвукового зварювання є відносно високою, а металеві деталі, що зварюються, не можуть бути занадто товстими (зазвичай ≤5 мм), ультразвукове зварювання є механічним процесом, і протягом усього процесу зварювання струм не протікає, тому немає проблем з теплопровідністю та опором. Проблеми теплопровідності та питомого опору є майбутніми тенденціями зварювання високовольтних джгутів проводів.
Клеми та провідники з ультразвуковим зварюванням та їх контактні перерізи
Незалежно від процесу обтиску чи ультразвукового зварювання, після підключення клеми до дроту, зусилля відриву має відповідати стандартним вимогам. Після підключення дроту до роз'єму зусилля відриву не повинно бути меншим за мінімальне зусилля відриву.
Час публікації: 06 грудня 2023 р.