Översikt över högspänningskontakter
Högspänningskontakter, även kända som högspänningskontakter, är en typ av bilkontakt. De hänvisar vanligtvis till kontakter med en driftspänning över 60 V och är huvudsakligen ansvariga för att överföra stora strömmar.
Högspänningskontakter används huvudsakligen i högspännings- och högströmskretsar i elfordon. De arbetar med ledningar för att transportera energin från batteripaketet genom olika elektriska kretsar till olika komponenter i fordonets system, såsom batteripaket, motorstyrenheter och DCDC-omvandlare. Högspänningskomponenter såsom omvandlare och laddare.
För närvarande finns det tre huvudsakliga standardsystem för högspänningskontakter, nämligen LV-standardplugg, USCAR-standardplugg och japansk standardplugg. Bland dessa tre pluggar har LV för närvarande den största spridningen på den inhemska marknaden och de mest kompletta processstandarderna.
Diagram över monteringsprocess för högspänningskontakt
Grundläggande struktur för högspänningskontakt
Högspänningskontakter består huvudsakligen av fyra grundläggande strukturer, nämligen kontaktorer, isolatorer, plastskal och tillbehör.
(1) Kontakter: kärndelar som kompletterar elektriska anslutningar, nämligen han- och honkontakter, tungtrådar etc.;
(2) Isolator: stöder kontakterna och säkerställer isoleringen mellan kontakterna, det vill säga det inre plasthöljet;
(3) Plastskal: Kontaktdonets skal säkerställer kontaktdonets inriktning och skyddar hela kontaktdonet, det vill säga det yttre plastskalet;
(4) Tillbehör: inklusive strukturella tillbehör och installationstillbehör, nämligen positioneringsstift, styrstift, kopplingsringar, tätningsringar, roterande spakar, låsstrukturer etc.
Sprängskiss av högspänningskontakt
Klassificering av högspänningskontakter
Högspänningskontakter kan särskiljas på ett antal sätt. Huruvida kontakten har en skärmningsfunktion, antalet kontaktstift etc. kan alla användas för att definiera kontaktens klassificering.
1.Huruvida det finns avskärmning eller inte
Högspänningskontakter delas in i oskärmade kontakter och skärmade kontakter beroende på om de har skärmningsfunktioner.
Oskärmade kontakter har en relativt enkel struktur, ingen skärmningsfunktion och relativt låg kostnad. Används på platser som inte kräver skärmning, såsom elektriska apparater täckta av metallhöljen, såsom laddningskretsar, batteripaket och kontrollenheter.
Exempel på kontakter utan skärmskikt och utan högspänningsförregling
Skärmade kontakter har komplexa strukturer, skärmningskrav och relativt höga kostnader. De är lämpliga för platser där skärmningsfunktion krävs, till exempel där utsidan av elektriska apparater är anslutna till högspänningskablage.
Kontakt med skärm och HVIL-utförande Exempel
2. Antal kontakter
Högspänningskontakter delas in efter antalet anslutningsportar (PIN). För närvarande är de vanligaste 1P-kontakterna, 2P-kontakterna och 3P-kontakterna.
1P-kontakten har en relativt enkel struktur och låg kostnad. Den uppfyller kraven på skärmning och vattentätning för högspänningssystem, men monteringsprocessen är något komplicerad och omarbetningsförmågan är dålig. Används generellt i batteripaket och motorer.
2P- och 3P-kontakter har komplexa strukturer och relativt höga kostnader. De uppfyller kraven på skärmning och vattentätning för högspänningssystem och har god underhållbarhet. Används generellt för DC-ingång och -utgång, till exempel på högspänningsbatterier, styrenheter, laddares DC-utgångar etc.
Exempel på 1P/2P/3P högspänningskontakt
Allmänna krav för högspänningskontakter
Högspänningskontakter ska uppfylla kraven i SAE J1742 och ha följande tekniska krav:
Tekniska krav specificerade av SAE J1742
Designelement för högspänningskontakter
Kraven på högspänningskontakter i högspänningssystem inkluderar men är inte begränsade till: högspännings- och högströmsprestanda; behovet av att kunna uppnå högre skyddsnivåer under olika arbetsförhållanden (såsom hög temperatur, vibration, kollision, dammtäthet och vattentäthet, etc.); vara installationsbara; ha god elektromagnetisk skärmningsprestanda; kostnaden bör vara så låg som möjligt och hållbar.
Enligt ovanstående egenskaper och krav som högspänningskontakter bör ha, måste följande designelement beaktas i början av konstruktionen av högspänningskontakter och riktade design- och testverifieringar utföras.
Jämförande lista över designelement, motsvarande prestanda och verifieringstester av högspänningskontakter
Felanalys och motsvarande åtgärder av högspänningskontakter
För att förbättra tillförlitligheten i kontaktdonets design bör dess felläge först analyseras så att motsvarande förebyggande designarbete kan utföras.
Kontaktdon har vanligtvis tre huvudsakliga fellägen: dålig kontakt, dålig isolering och lös fixering.
(1) Vid dålig kontakt kan indikatorer som statisk kontaktresistans, dynamisk kontaktresistans, separationskraft vid ett enda hål, anslutningspunkter och komponenternas vibrationstålighet användas för att bedöma;
(2) Vid dålig isolering kan isolatorns isolationsmotstånd, isolatorns nedbrytningshastighet över tid, isolatorns storleksindikatorer, kontakter och andra delar detekteras för att bedöma;
(3) För att bedöma tillförlitligheten hos den fasta och fristående typen kan monteringstolerans, uthållighetsmoment, anslutningsstiftets fasthållningskraft, anslutningsstiftets insättningskraft, fasthållningskraft under miljöpåfrestningar och andra indikatorer på terminalen och kontakten testas.
Efter att ha analyserat de viktigaste fellägena och felformerna hos kontaktdonet kan följande åtgärder vidtas för att förbättra kontaktdonets konstruktions tillförlitlighet:
(1) Välj lämplig kontakt.
Valet av kontakter bör inte bara beakta typen och antalet anslutna kretsar, utan även underlätta utrustningens sammansättning. Till exempel påverkas cirkulära kontakter mindre av klimat och mekaniska faktorer än rektangulära kontakter, har mindre mekaniskt slitage och är tillförlitligt anslutna till trådändarna, så cirkulära kontakter bör väljas så mycket som möjligt.
(2) Ju fler kontakter det finns i en kontakt, desto lägre blir systemets tillförlitlighet. Om utrymme och vikt tillåter, försök därför att välja en kontakt med ett mindre antal kontakter.
(3) Vid val av kontakt bör utrustningens driftsförhållanden beaktas.
Detta beror på att kontaktens totala lastström och maximala driftsström ofta bestäms baserat på den värme som tillåts vid drift under de högsta temperaturförhållandena i den omgivande miljön. För att minska kontaktens arbetstemperatur bör kontaktens värmeavledningsförhållanden beaktas fullt ut. Till exempel kan kontakter längre bort från kontaktens centrum användas för att ansluta strömförsörjningen, vilket är mer gynnsamt för värmeavledning.
(4) Vattentät och korrosionsbeständig.
När kontakten används i en miljö med korrosiva gaser och vätskor bör man, för att förhindra korrosion, vara uppmärksam på möjligheten att installera den horisontellt från sidan under installationen. När förhållandena kräver vertikal installation bör vätska förhindras från att rinna in i kontakten längs ledningarna. Använd generellt vattentäta kontakter.
Viktiga punkter i designen av högspänningskontakter
Kontaktanslutningstekniken undersöker huvudsakligen kontaktytan och kontaktkraften, inklusive kontaktanslutningen mellan terminaler och ledningar, och kontaktanslutningen mellan terminaler.
Kontakternas tillförlitlighet är en viktig faktor för att bestämma systemets tillförlitlighet och är också en viktig del av hela högspänningskablageaggregatet.På grund av den tuffa arbetsmiljön för vissa terminaler, ledningar och kontakter är anslutningen mellan terminaler och ledningar, och anslutningen mellan terminaler och terminaler, benägen för olika fel, såsom korrosion, åldring och lossning på grund av vibrationer.
Eftersom fel på elnätet orsakade av skador, glapp, att kontakterna faller av eller att de inte fungerar står för mer än 50 % av alla fel i hela elsystemet, bör full uppmärksamhet ägnas åt kontakternas tillförlitlighetsdesign vid tillförlitlighetsdesignen av fordonets högspänningssystem.
1. Kontaktanslutning mellan terminal och ledning
Med anslutning mellan terminaler och ledningar avses anslutningen mellan de två genom en krympprocess eller en ultraljudssvetsprocess. För närvarande används krympprocessen och ultraljudssvetsprocessen ofta i högspänningskablage, var och en med sina egna fördelar och nackdelar.
(1) Krympprocess
Principen för krympningsprocessen är att använda extern kraft för att helt enkelt fysiskt pressa in ledartråden i den krympta delen av terminalen. Höjd, bredd, tvärsnittstillstånd och dragkraft vid terminalkrympning är de centrala egenskaperna för terminalkrympningskvaliteten, vilka avgör krympningens kvalitet.
Det bör dock noteras att mikrostrukturen hos alla fint bearbetade solida ytor alltid är grova och ojämna. Efter att terminalerna och ledarna har krympts är det inte hela kontaktytan som är i kontakt, utan kontakten mellan vissa punkter som är utspridda på kontaktytan. Den faktiska kontaktytan måste vara mindre än den teoretiska kontaktytan, vilket också är anledningen till att kontaktmotståndet vid krympningsprocessen är högt.
Mekanisk krympning påverkas i hög grad av krympningsprocessen, såsom tryck, krymphöjd etc. Produktionskontroll måste utföras genom metoder som krymphöjd och profilanalys/metallografisk analys. Därför är krympningskonsistensen under krympningsprocessen medelmåttig och verktygsslitaget är stort, påverkan är stor och tillförlitligheten är medelmåttig.
Den mekaniska krympprocessen är mogen och har ett brett utbud av praktiska tillämpningar. Det är en traditionell process. Nästan alla stora leverantörer har kablageprodukter som använder denna process.
Terminal- och trådkontaktprofiler med hjälp av krympprocess
(2) Ultraljudssvetsningsprocess
Ultraljudssvetsning använder högfrekventa vibrationsvågor som överförs till ytorna på två objekt som ska svetsas. Under tryck gnids ytorna på de två objekten mot varandra för att bilda en sammansmältning mellan de molekylära lagren.
Ultraljudssvetsning använder en ultraljudsgenerator för att omvandla 50/60 Hz ström till 15, 20, 30 eller 40 kHz elektrisk energi. Den omvandlade högfrekventa elektriska energin omvandlas återigen till mekanisk rörelse med samma frekvens genom givaren, och sedan överförs den mekaniska rörelsen till svetshuvudet genom en uppsättning hornanordningar som kan ändra amplituden. Svetshuvudet överför den mottagna vibrationsenergin till skarven på arbetsstycket som ska svetsas. I detta område omvandlas vibrationsenergin till värmeenergi genom friktion, vilket smälter metallen.
När det gäller prestanda har ultraljudssvetsprocessen liten kontaktresistans och låg överströmsvärme under lång tid; säkerhetsmässigt är den tillförlitlig och inte lätt att lossna och falla av under långvarig vibration; den kan användas för svetsning mellan olika material; den påverkas av ytoxidation eller beläggning. Därefter kan svetskvaliteten bedömas genom att övervaka de relevanta vågformerna i krympningsprocessen.
Även om utrustningskostnaden för ultraljudssvetsprocessen är relativt hög, och metalldelarna som ska svetsas inte får vara för tjocka (vanligtvis ≤5 mm), är ultraljudssvetsning en mekanisk process och ingen ström flyter under hela svetsprocessen, så det finns inga problem med värmeledning och resistivitet. Problemen med värmeledning och resistivitet är framtida trender för svetsning av högspänningskablage.
Terminaler och ledare med ultraljudssvetsning och deras kontakttvärsnitt
Oavsett krympprocess eller ultraljudssvetsning måste kopplingsstiftets avdragskraft uppfylla standardkraven efter att det anslutits till kabeln. Efter att kabeln är ansluten till kontakten bör avdragskraften inte vara mindre än den minsta avdragskraften.
Publiceringstid: 6 december 2023