Übersicht über Hochspannungssteckverbinder
Hochspannungssteckverbinder, auch Hochspannungssteckverbinder genannt, sind eine Art Kfz-Steckverbinder.Sie beziehen sich im Allgemeinen auf Steckverbinder mit einer Betriebsspannung über 60 V und sind hauptsächlich für die Übertragung großer Ströme verantwortlich.
Hochspannungssteckverbinder werden hauptsächlich in Hochspannungs- und Hochstromkreisen von Elektrofahrzeugen eingesetzt.Sie arbeiten mit Drähten, um die Energie des Batteriepakets über verschiedene Stromkreise zu verschiedenen Komponenten im Fahrzeugsystem zu transportieren, wie z. B. Batteriepaketen, Motorsteuerungen und DCDC-Wandlern.Hochspannungskomponenten wie Wandler und Ladegeräte.
Derzeit gibt es drei Hauptstandardsysteme für Hochspannungssteckverbinder: LV-Standardsteckverbinder, USCAR-Standardsteckverbinder und japanische Standardsteckverbinder.Unter diesen drei Plug-Ins hat LV derzeit die größte Verbreitung auf dem heimischen Markt und die umfassendsten Prozessstandards.
Prozessdiagramm für die Montage von Hochspannungssteckverbindern
Grundaufbau des Hochspannungssteckverbinders
Hochspannungssteckverbinder bestehen im Wesentlichen aus vier Grundstrukturen, nämlich Schützen, Isolatoren, Kunststoffgehäusen und Zubehör.
(1) Kontakte: Kernteile, die elektrische Verbindungen vervollständigen, nämlich männliche und weibliche Anschlüsse, Zungen usw.;
(2) Isolator: Unterstützt die Kontakte und sorgt für die Isolierung zwischen den Kontakten, d. h. der inneren Kunststoffhülle;
(3) Kunststoffhülle: Die Hülle des Steckverbinders gewährleistet die Ausrichtung des Steckverbinders und schützt den gesamten Steckverbinder, also die äußere Kunststoffhülle;
(4) Zubehör: einschließlich Strukturzubehör und Installationszubehör, nämlich Positionierungsstifte, Führungsstifte, Verbindungsringe, Dichtungsringe, Drehhebel, Verriegelungsstrukturen usw.
Explosionszeichnung des Hochspannungssteckers
Klassifizierung von Hochspannungssteckverbindern
Hochspannungssteckverbinder können auf verschiedene Arten unterschieden werden.Ob der Stecker eine Abschirmfunktion hat, die Anzahl der Steckerstifte usw. können zur Definition der Steckerklassifizierung herangezogen werden.
1.Unabhängig davon, ob eine Abschirmung vorhanden ist oder nicht
Hochspannungssteckverbinder werden in ungeschirmte Steckverbinder und geschirmte Steckverbinder unterteilt, je nachdem, ob sie Abschirmfunktionen haben.
Ungeschirmte Steckverbinder haben einen relativ einfachen Aufbau, keine Abschirmfunktion und sind relativ kostengünstig.Wird an Orten verwendet, an denen keine Abschirmung erforderlich ist, z. B. bei Elektrogeräten, die durch Metallgehäuse abgedeckt sind, z. B. bei Ladeschaltungen, im Inneren von Akkupacks und im Inneren von Steuerungen.
Beispiele für Steckverbinder ohne Abschirmschicht und ohne Hochspannungsverriegelungsdesign
Geschirmte Steckverbinder weisen komplexe Strukturen, Abschirmungsanforderungen und relativ hohe Kosten auf.Es eignet sich für Orte, an denen eine Abschirmfunktion erforderlich ist, beispielsweise dort, wo die Außenseite von Elektrogeräten an Hochspannungskabelbäume angeschlossen ist.
Beispiel für Steckverbinder mit Abschirmung und HVIL-Design
2. Anzahl der Stecker
Hochspannungssteckverbinder werden nach der Anzahl der Anschlussanschlüsse (PIN) unterteilt.Derzeit werden am häufigsten 1P-Stecker, 2P-Stecker und 3P-Stecker verwendet.
Der 1P-Stecker hat einen relativ einfachen Aufbau und ist kostengünstig.Es erfüllt die Abschirmungs- und Wasserdichtigkeitsanforderungen von Hochspannungssystemen, der Montageprozess ist jedoch etwas kompliziert und die Nacharbeitsfähigkeit ist schlecht.Wird im Allgemeinen in Akkupacks und Motoren verwendet.
2P- und 3P-Steckverbinder haben komplexe Strukturen und relativ hohe Kosten.Es erfüllt die Abschirmungs- und Wasserdichtigkeitsanforderungen von Hochspannungssystemen und weist eine gute Wartbarkeit auf.Wird im Allgemeinen für den Gleichstromeingang und -ausgang verwendet, z. B. an Hochspannungsbatteriesätzen, Controller-Anschlüssen, Gleichstrom-Ausgangsanschlüssen des Ladegeräts usw.
Beispiel für einen 1P/2P/3P-Hochspannungsstecker
Allgemeine Anforderungen an Hochspannungssteckverbinder
Hochspannungssteckverbinder sollten den Anforderungen der SAE J1742 entsprechen und folgende technische Anforderungen erfüllen:
Technische Anforderungen gemäß SAE J1742
Designelemente von Hochspannungssteckverbindern
Zu den Anforderungen an Hochspannungssteckverbinder in Hochspannungssystemen gehören unter anderem: Hochspannungs- und Hochstromleistung;die Notwendigkeit, unter verschiedenen Arbeitsbedingungen (z. B. hohe Temperatur, Vibration, Aufprall, Staub- und Wasserdichtigkeit usw.) ein höheres Schutzniveau zu erreichen;Installierbar sein;eine gute elektromagnetische Abschirmleistung haben;Die Kosten sollten möglichst gering und dauerhaft sein.
Gemäß den oben genannten Eigenschaften und Anforderungen, die Hochspannungssteckverbinder haben sollten, müssen zu Beginn der Konstruktion von Hochspannungssteckverbindern die folgenden Konstruktionselemente berücksichtigt und eine gezielte Konstruktions- und Testüberprüfung durchgeführt werden.
Vergleichsliste der Designelemente, entsprechende Leistungs- und Verifizierungstests von Hochspannungssteckverbindern
Fehleranalyse und entsprechende Maßnahmen von Hochspannungssteckverbindern
Um die Zuverlässigkeit des Steckverbinderdesigns zu verbessern, sollte zunächst dessen Fehlermodus analysiert werden, damit entsprechende präventive Designarbeiten durchgeführt werden können.
Bei Steckverbindern gibt es normalerweise drei Hauptfehlerarten: schlechter Kontakt, schlechte Isolierung und lockere Befestigung.
(1) Bei schlechtem Kontakt können Indikatoren wie statischer Kontaktwiderstand, dynamischer Kontaktwiderstand, Einzellochtrennkraft, Verbindungspunkte und Vibrationsfestigkeit von Komponenten zur Beurteilung herangezogen werden;
(2) Bei schlechter Isolierung können der Isolationswiderstand des Isolators, die zeitliche Verschlechterungsrate des Isolators, die Größenindikatoren des Isolators, der Kontakte und anderer Teile erfasst und beurteilt werden.
(3) Zur Beurteilung der Zuverlässigkeit des festen und getrennten Typs können die Montagetoleranz, das Dauermoment, die Haltekraft des Verbindungsstifts, die Einsteckkraft des Verbindungsstifts, die Haltekraft unter Umgebungsstressbedingungen und andere Indikatoren des Anschlusses und des Steckverbinders getestet werden.
Nach der Analyse der Hauptfehlermodi und -formen des Steckverbinders können die folgenden Maßnahmen ergriffen werden, um die Zuverlässigkeit des Steckverbinderdesigns zu verbessern:
(1) Wählen Sie den entsprechenden Anschluss aus.
Bei der Auswahl der Steckverbinder sollte nicht nur die Art und Anzahl der angeschlossenen Stromkreise berücksichtigt werden, sondern auch die Zusammenstellung der Geräte erleichtert werden.Rundsteckverbinder sind beispielsweise weniger anfällig für Klima- und mechanische Faktoren als Rechtecksteckverbinder, haben einen geringeren mechanischen Verschleiß und sind zuverlässig mit den Drahtenden verbunden, daher sollten möglichst Rundsteckverbinder ausgewählt werden.
(2) Je größer die Anzahl der Kontakte in einem Steckverbinder ist, desto geringer ist die Zuverlässigkeit des Systems.Versuchen Sie daher, wenn Platz und Gewicht es zulassen, einen Stecker mit einer geringeren Anzahl an Kontakten zu wählen.
(3) Bei der Auswahl eines Steckverbinders sollten die Arbeitsbedingungen des Geräts berücksichtigt werden.
Dies liegt daran, dass der Gesamtlaststrom und der maximale Betriebsstrom des Steckverbinders häufig auf der Grundlage der zulässigen Wärme beim Betrieb unter den höchsten Temperaturbedingungen der Umgebung bestimmt werden.Um die Arbeitstemperatur des Steckverbinders zu senken, sollten die Wärmeableitungsbedingungen des Steckverbinders vollständig berücksichtigt werden.Beispielsweise können Kontakte, die weiter von der Mitte des Steckers entfernt sind, zum Anschluss der Stromversorgung verwendet werden, was der Wärmeableitung zuträglicher ist.
(4) Wasserdicht und korrosionsbeständig.
Wenn der Steckverbinder in einer Umgebung mit korrosiven Gasen und Flüssigkeiten arbeitet, sollte zur Vermeidung von Korrosion bei der Installation auf die Möglichkeit einer horizontalen Montage von der Seite geachtet werden.Wenn die Bedingungen eine vertikale Installation erfordern, sollte verhindert werden, dass Flüssigkeit entlang der Leitungen in den Steckverbinder fließt.Verwenden Sie grundsätzlich wasserdichte Steckverbinder.
Wichtige Punkte bei der Gestaltung von Hochspannungssteckverbinderkontakten
Die Kontaktverbindungstechnik untersucht hauptsächlich die Kontaktfläche und Kontaktkraft, einschließlich der Kontaktverbindung zwischen Anschlüssen und Drähten sowie der Kontaktverbindung zwischen Anschlüssen.
Die Zuverlässigkeit der Kontakte ist ein wichtiger Faktor für die Systemzuverlässigkeit und auch ein wichtiger Bestandteil der gesamten Hochspannungskabelbaumbaugruppe.Aufgrund der rauen Arbeitsumgebung einiger Klemmen, Drähte und Steckverbinder sind die Verbindungen zwischen Klemmen und Drähten sowie die Verbindung zwischen Klemmen und Klemmen anfällig für verschiedene Fehler wie Korrosion, Alterung und Lockerung aufgrund von Vibrationen.
Da Ausfälle elektrischer Kabelbäume, die durch Beschädigung, Lockerheit, Herunterfallen und Versagen von Kontakten verursacht werden, mehr als 50 % der Ausfälle im gesamten elektrischen System ausmachen, sollte bei der Zuverlässigkeitsauslegung des elektrischen Kabelbaums volle Aufmerksamkeit auf die Zuverlässigkeitsauslegung der Kontakte gelegt werden Hochvolt-Bordnetz des Fahrzeugs.
1. Kontaktverbindung zwischen Klemme und Draht
Die Verbindung zwischen Anschlüssen und Drähten bezieht sich auf die Verbindung zwischen beiden durch einen Crimpprozess oder einen Ultraschallschweißprozess.Derzeit werden in Hochspannungskabelbäumen häufig das Crimpverfahren und das Ultraschallschweißverfahren eingesetzt, die jeweils ihre eigenen Vor- und Nachteile haben.
(1) Crimpvorgang
Das Prinzip des Crimpvorgangs besteht darin, den Leiterdraht mit äußerer Kraft einfach physisch in den gecrimpten Teil des Anschlusses zu drücken.Höhe, Breite, Querschnittszustand und Zugkraft des Anschlusscrimpen sind die Kerninhalte der Anschlusscrimpqualität, die die Qualität des Crimpens bestimmen.
Es ist jedoch zu beachten, dass die Mikrostruktur jeder fein bearbeiteten festen Oberfläche immer rau und uneben ist.Nach dem Crimpen der Anschlüsse und Drähte erfolgt nicht der Kontakt der gesamten Kontaktfläche, sondern der Kontakt einiger auf der Kontaktfläche verstreuter Punkte., muss die tatsächliche Kontaktfläche kleiner sein als die theoretische Kontaktfläche, weshalb auch der Übergangswiderstand beim Crimpvorgang hoch ist.
Das mechanische Crimpen wird stark vom Crimpprozess wie Druck, Crimphöhe usw. beeinflusst. Die Produktionskontrolle muss mithilfe von Mitteln wie Crimphöhe und Profilanalyse/metallografischer Analyse durchgeführt werden.Daher ist die Crimpkonsistenz des Crimpprozesses durchschnittlich und der Werkzeugverschleiß groß. Die Auswirkungen sind groß und die Zuverlässigkeit ist durchschnittlich.
Der Crimpprozess des mechanischen Crimpens ist ausgereift und hat ein breites Spektrum an praktischen Anwendungen.Es ist ein traditioneller Prozess.Fast alle großen Zulieferer verfügen über Kabelbaumprodukte, die dieses Verfahren nutzen.
Anschluss- und Aderkontaktprofile im Crimpverfahren
(2) Ultraschallschweißverfahren
Beim Ultraschallschweißen werden hochfrequente Vibrationswellen auf die Oberflächen zweier zu verschweißender Objekte übertragen.Unter Druck reiben die Oberflächen der beiden Objekte aneinander und es kommt zu einer Verschmelzung der Molekülschichten.
Beim Ultraschallschweißen wird ein Ultraschallgenerator verwendet, um 50/60-Hz-Strom in elektrische Energie mit 15, 20, 30 oder 40 kHz umzuwandeln.Die umgewandelte hochfrequente elektrische Energie wird durch den Wandler erneut in mechanische Bewegung derselben Frequenz umgewandelt, und dann wird die mechanische Bewegung über eine Reihe von Hornvorrichtungen, die die Amplitude ändern können, auf den Schweißkopf übertragen.Der Schweißkopf überträgt die empfangene Vibrationsenergie auf die zu verschweißende Verbindungsstelle des Werkstücks.In diesem Bereich wird die Vibrationsenergie durch Reibung in Wärmeenergie umgewandelt, wodurch das Metall schmilzt.
In Bezug auf die Leistung weist das Ultraschallschweißverfahren über einen langen Zeitraum einen geringen Kontaktwiderstand und eine geringe Überstromerwärmung auf.Was die Sicherheit anbelangt, ist es zuverlässig und löst sich nicht leicht und fällt bei längerer Vibration nicht leicht ab.es kann zum Schweißen zwischen verschiedenen Materialien verwendet werden;es wird durch Oberflächenoxidation oder Beschichtung Weiter beeinträchtigt;Die Schweißqualität kann durch Überwachung der relevanten Wellenformen des Crimpvorgangs beurteilt werden.
Obwohl die Ausrüstungskosten des Ultraschallschweißprozesses relativ hoch sind und die zu schweißenden Metallteile nicht zu dick sein dürfen (im Allgemeinen ≤ 5 mm), ist das Ultraschallschweißen ein mechanischer Prozess und während des gesamten Schweißprozesses fließt kein Strom, sodass dies nicht der Fall ist Die Themen Wärmeleitung und Widerstand sind die Zukunftstrends beim Hochspannungskabelbaumschweißen.
Klemmen und Leiter mit Ultraschallschweißung und deren Kontaktquerschnitte
Unabhängig vom Crimp- oder Ultraschallschweißverfahren muss die Abzugskraft des Anschlusses nach dem Anschließen an den Draht den Normanforderungen entsprechen.Nachdem der Draht mit dem Stecker verbunden wurde, sollte die Abzugskraft nicht geringer sein als die minimale Abzugskraft.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 06.12.2023