Przegląd złączy wysokiego napięcia
Złącza wysokiego napięcia, znane również jako złącza wysokiego napięcia, są rodzajem złącza samochodowego. Zazwyczaj odnoszą się do złączy o napięciu roboczym powyżej 60 V i są głównie odpowiedzialne za przesyłanie dużych prądów.
Złącza wysokiego napięcia są głównie używane w obwodach wysokiego napięcia i wysokiego prądu pojazdów elektrycznych. Współpracują z przewodami, aby transportować energię akumulatora przez różne obwody elektryczne do różnych komponentów w układzie pojazdu, takich jak akumulatory, sterowniki silników i przetworniki DCDC. komponenty wysokiego napięcia, takie jak przetworniki i ładowarki.
Obecnie istnieją trzy główne standardowe systemy złączy wysokiego napięcia, a mianowicie LV standard plug-in, USCAR standard plug-in i Japanese standard plug-in. Spośród tych trzech wtyczek LV ma obecnie największy nakład na rynku krajowym i najbardziej kompletne standardy procesowe.
Schemat procesu montażu złącza wysokiego napięcia
Podstawowa struktura złącza wysokiego napięcia
Złącza wysokonapięciowe składają się głównie z czterech podstawowych struktur: styczników, izolatorów, obudów plastikowych i akcesoriów.
(1) Styki: podstawowe części, które uzupełniają połączenia elektryczne, mianowicie zaciski męskie i żeńskie, styki itp.;
(2) Izolator: podtrzymuje styki i zapewnia izolację pomiędzy stykami, czyli wewnętrzna powłoka plastikowa;
(3) Obudowa z tworzywa sztucznego: Obudowa złącza zapewnia wyrównanie złącza i chroni całe złącze, czyli zewnętrzną obudowę z tworzywa sztucznego;
(4) Akcesoria: w tym akcesoria konstrukcyjne i akcesoria montażowe, mianowicie kołki pozycjonujące, kołki prowadzące, pierścienie łączące, pierścienie uszczelniające, dźwignie obrotowe, konstrukcje blokujące itp.
Widok rozstrzelony złącza wysokiego napięcia
Klasyfikacja złączy wysokiego napięcia
Złącza wysokiego napięcia można rozróżnić na wiele sposobów. Czy złącze ma funkcję ekranowania, liczbę pinów złącza itp. można wykorzystać do zdefiniowania klasyfikacji złącza.
1.Czy jest ekranowanie, czy nie
Złącza wysokonapięciowe dzielą się na złącza nieekranowane i złącza ekranowane, w zależności od tego, czy pełnią funkcję ekranującą.
Złącza nieekranowane mają stosunkowo prostą konstrukcję, nie mają funkcji ekranowania i są stosunkowo tanie. Stosowane w miejscach, które nie wymagają ekranowania, takich jak urządzenia elektryczne pokryte metalowymi obudowami, takie jak obwody ładowania, wnętrza akumulatorów i wnętrza sterujące.
Przykłady złączy bez warstwy ekranującej i bez blokady wysokiego napięcia
Złącza ekranowane mają złożone struktury, wymagania dotyczące ekranowania i stosunkowo wysokie koszty. Nadają się do miejsc, w których wymagana jest funkcja ekranowania, np. tam, gdzie zewnętrzna część urządzeń elektrycznych jest podłączona do wiązek przewodów wysokiego napięcia.
Przykład złącza z osłoną i konstrukcją HVIL
2. Liczba wtyczek
Złącza wysokonapięciowe są podzielone według liczby portów połączeniowych (PIN). Obecnie najczęściej używanymi są złącza 1P, 2P i 3P.
Złącze 1P ma stosunkowo prostą konstrukcję i niski koszt. Spełnia wymagania ekranowania i wodoodporności systemów wysokiego napięcia, ale proces montażu jest nieco skomplikowany, a możliwość przeróbek jest słaba. Zwykle stosowane w pakietach akumulatorów i silnikach.
Złącza 2P i 3P mają złożone struktury i stosunkowo wysokie koszty. Spełniają wymagania ekranowania i wodoodporności systemów wysokiego napięcia i mają dobrą konserwację. Zazwyczaj stosowane do wejścia i wyjścia DC, np. w pakietach akumulatorów wysokiego napięcia, zaciskach kontrolera, zaciskach wyjściowych DC ładowarki itp.
Przykład złącza wysokonapięciowego 1P/2P/3P
Wymagania ogólne dla złączy wysokiego napięcia
Złącza wysokiego napięcia powinny spełniać wymagania określone w normie SAE J1742 i mieć następujące wymagania techniczne:
Wymagania techniczne określone w normie SAE J1742
Elementy konstrukcyjne złączy wysokiego napięcia
Wymagania dotyczące złączy wysokiego napięcia w systemach wysokiego napięcia obejmują między innymi: wysokie napięcie i wydajność prądową; konieczność zapewnienia wyższego poziomu ochrony w różnych warunkach pracy (takich jak wysoka temperatura, wibracje, uderzenia, odporność na kurz i wodę itp.); możliwość instalacji; dobre właściwości ekranujące elektromagnetycznie; możliwie najniższy koszt i trwałość.
Biorąc pod uwagę powyższe cechy i wymagania, którym powinny odpowiadać złącza wysokonapięciowe, na początku projektowania złączy wysokonapięciowych należy wziąć pod uwagę następujące elementy konstrukcyjne i przeprowadzić ukierunkowaną weryfikację projektu oraz testów.
Lista porównawcza elementów konstrukcyjnych, odpowiadających im testów wydajnościowych i weryfikacyjnych złączy wysokonapięciowych
Analiza uszkodzeń i odpowiednie pomiary złączy wysokonapięciowych
Aby poprawić niezawodność konstrukcji złącza, należy najpierw przeanalizować jego tryb awarii, tak aby można było podjąć odpowiednie działania zapobiegawcze.
Złącza mają zazwyczaj trzy główne przyczyny awarii: słaby styk, słaba izolacja i luźne mocowanie.
(1) W przypadku słabego styku do oceny można wykorzystać takie wskaźniki, jak statyczna rezystancja styku, dynamiczna rezystancja styku, siła rozdzielenia pojedynczego otworu, punkty połączeń i odporność komponentów na drgania;
(2) W przypadku złej izolacji można ocenić jej rezystancję, szybkość degradacji izolatora w czasie, wskaźniki wielkości izolatora, styki i inne części;
(3) W celu oceny niezawodności typu stałego i odłączanego można przetestować tolerancję montażu, moment wytrzymałościowy, siłę retencji sworznia łączącego, siłę wsuwania sworznia łączącego, siłę retencji w warunkach naprężeń środowiskowych oraz inne wskaźniki zacisku i złącza.
Po przeanalizowaniu głównych trybów i form awarii złącza można podjąć następujące działania w celu zwiększenia niezawodności konstrukcji złącza:
(1) Wybierz odpowiednie złącze.
Wybór złączy powinien uwzględniać nie tylko rodzaj i liczbę podłączonych obwodów, ale także ułatwiać skład sprzętu. Na przykład złącza okrągłe są mniej podatne na czynniki klimatyczne i mechaniczne niż złącza prostokątne, mają mniejsze zużycie mechaniczne i są niezawodnie połączone z końcami przewodów, więc złącza okrągłe powinny być wybierane w miarę możliwości.
(2) Im większa liczba styków w złączu, tym niższa niezawodność systemu. Dlatego jeśli pozwala na to miejsce i waga, spróbuj wybrać złącze z mniejszą liczbą styków.
(3) Przy wyborze złącza należy brać pod uwagę warunki pracy urządzenia.
Dzieje się tak, ponieważ całkowity prąd obciążenia i maksymalny prąd roboczy złącza są często określane na podstawie ciepła dopuszczalnego podczas pracy w warunkach najwyższej temperatury otoczenia. Aby obniżyć temperaturę roboczą złącza, należy w pełni uwzględnić warunki rozpraszania ciepła złącza. Na przykład styki znajdujące się dalej od środka złącza można wykorzystać do podłączenia zasilania, co jest bardziej sprzyjające rozpraszaniu ciepła.
(4) Wodoodporny i antykorozyjny.
Gdy złącze pracuje w środowisku z gazami i cieczami żrącymi, aby zapobiec korozji, należy zwrócić uwagę na możliwość instalacji poziomej z boku podczas instalacji. Gdy warunki wymagają instalacji pionowej, należy zapobiec przedostawaniu się cieczy do złącza wzdłuż przewodów. Generalnie należy używać wodoodpornych złączy.
Kluczowe punkty w projektowaniu styków złączy wysokonapięciowych
Technologia połączeń stykowych bada głównie powierzchnię styku i siłę styku, w tym połączenie stykowe między zaciskami i przewodami oraz połączenie stykowe między zaciskami.
Niezawodność styków jest ważnym czynnikiem decydującym o niezawodności systemu i stanowi również istotną część całego zespołu wiązki przewodów wysokiego napięcia. Ze względu na trudne warunki pracy niektórych zacisków, przewodów i złączy, połączenie między zaciskami i przewodami oraz połączenie między zaciskami i zaciskami są podatne na różne awarie, takie jak korozja, starzenie i poluzowanie z powodu wibracji.
Ponieważ awarie wiązek przewodów elektrycznych spowodowane uszkodzeniem, poluzowaniem, odpadnięciem i uszkodzeniem styków stanowią ponad 50% awarii całego układu elektrycznego, należy zwrócić szczególną uwagę na niezawodność styków podczas projektowania niezawodności wysokonapięciowego układu elektrycznego pojazdu.
1. Połączenie stykowe pomiędzy zaciskiem a przewodem
Połączenie między zaciskami i przewodami odnosi się do połączenia między nimi poprzez proces zaciskania lub proces spawania ultradźwiękowego. Obecnie proces zaciskania i proces spawania ultradźwiękowego są powszechnie stosowane w wiązkach przewodów wysokiego napięcia, każdy z własnymi zaletami i wadami.
(1) Proces zaciskania
Zasada procesu zaciskania polega na użyciu siły zewnętrznej, aby po prostu fizycznie ścisnąć przewód przewodzący w zaciśniętej części zacisku. Wysokość, szerokość, stan przekroju poprzecznego i siła pociągowa zaciskania zacisku są podstawowymi składnikami jakości zaciskania zacisku, które określają jakość zaciskania.
Należy jednak zauważyć, że mikrostruktura każdej drobno przetworzonej powierzchni stałej jest zawsze szorstka i nierówna. Po zaciśnięciu zacisków i przewodów nie jest to kontakt całej powierzchni styku, ale kontakt niektórych punktów rozproszonych na powierzchni styku. Rzeczywista powierzchnia styku musi być mniejsza niż teoretyczna powierzchnia styku, co jest również powodem, dla którego rezystancja styku procesu zaciskania jest wysoka.
Zaciskanie mechaniczne jest w dużym stopniu uzależnione od procesu zaciskania, takiego jak ciśnienie, wysokość zaciskania itp. Kontrola produkcji musi być przeprowadzana za pomocą środków takich jak wysokość zaciskania i analiza profilu/analiza metalograficzna. Dlatego spójność zaciskania procesu zaciskania jest średnia, a zużycie narzędzia jest Wpływ jest duży, a niezawodność jest średnia.
Proces zaciskania mechanicznego jest dojrzały i ma szeroki zakres praktycznych zastosowań. Jest to tradycyjny proces. Prawie wszyscy duzi dostawcy mają produkty z wiązek przewodów wykorzystujące ten proces.
Profile zaciskowe i stykowe przewodów wykonane metodą zaciskania
(2) Proces spawania ultradźwiękowego
Spawanie ultradźwiękowe wykorzystuje fale wibracyjne o wysokiej częstotliwości, aby przekazywać je na powierzchnie dwóch spawanych obiektów. Pod wpływem ciśnienia powierzchnie dwóch obiektów ocierają się o siebie, tworząc fuzję między warstwami molekularnymi.
Spawanie ultradźwiękowe wykorzystuje generator ultradźwiękowy do przekształcania prądu 50/60 Hz w energię elektryczną 15, 20, 30 lub 40 kHz. Przekształcona energia elektryczna o wysokiej częstotliwości jest ponownie przekształcana w ruch mechaniczny o tej samej częstotliwości przez przetwornik, a następnie ruch mechaniczny jest przekazywany do głowicy spawalniczej przez zestaw urządzeń tubowych, które mogą zmieniać amplitudę. Głowica spawalnicza przekazuje otrzymaną energię drgań do połączenia spawanego przedmiotu. W tym obszarze energia drgań jest przekształcana w energię cieplną poprzez tarcie, topiąc metal.
Pod względem wydajności proces spawania ultradźwiękowego charakteryzuje się małą rezystancją styku i niskim nagrzewaniem nadprądowym przez długi czas; pod względem bezpieczeństwa jest niezawodny i nie poluzuje się ani nie odpada pod wpływem długotrwałych wibracji; może być stosowany do spawania różnych materiałów; jest podatny na utlenianie powierzchni lub powłokę. Następnie; jakość spawania można ocenić, monitorując odpowiednie przebiegi procesu zaciskania.
Mimo że koszt sprzętu do procesu spawania ultradźwiękowego jest stosunkowo wysoki, a spawane części metalowe nie mogą być zbyt grube (zwykle ≤5 mm), spawanie ultradźwiękowe jest procesem mechanicznym i podczas całego procesu spawania nie płynie prąd, więc nie ma problemów z przewodnictwem cieplnym i rezystywnością. Przyszłością spawania wiązek przewodów wysokiego napięcia są problemy z przewodnictwem cieplnym i rezystywnością.
Zaciski i przewody ze zgrzewaniem ultradźwiękowym i ich przekroje stykowe
Niezależnie od procesu zaciskania lub spawania ultradźwiękowego, po podłączeniu zacisku do przewodu, siła odrywania musi spełniać wymagania normy. Po podłączeniu przewodu do złącza, siła odrywania nie powinna być mniejsza niż minimalna siła odrywania.
Czas publikacji: 06-12-2023