Visão geral do conector de alta tensão
Conectores de alta tensão, também conhecidos como conectores de alta tensão, são um tipo de conector automotivo. Geralmente, referem-se a conectores com tensão de operação acima de 60 V e são os principais responsáveis pela transmissão de altas correntes.
Conectores de alta tensão são usados principalmente em circuitos de alta tensão e alta corrente de veículos elétricos. Eles trabalham com fios para transportar a energia da bateria através de diferentes circuitos elétricos para vários componentes do sistema do veículo, como baterias, controladores de motor e conversores CC/CC. Componentes de alta tensão, como conversores e carregadores.
Atualmente, existem três principais sistemas padrão para conectores de alta tensão: o plug-in padrão LV, o plug-in padrão USCAR e o plug-in padrão japonês. Entre esses três plug-ins, o LV possui atualmente a maior circulação no mercado nacional e os padrões de processo mais completos.
Diagrama do processo de montagem do conector de alta tensão
Estrutura básica do conector de alta tensão
Os conectores de alta tensão são compostos principalmente de quatro estruturas básicas: contatores, isoladores, invólucros plásticos e acessórios.
(1) Contatos: partes centrais que completam as conexões elétricas, nomeadamente terminais macho e fêmea, palhetas, etc.;
(2) Isolador: suporta os contatos e garante o isolamento entre os contatos, ou seja, a capa plástica interna;
(3) Invólucro de plástico: O invólucro do conector garante o alinhamento do conector e protege todo o conector, ou seja, o invólucro de plástico externo;
(4) Acessórios: incluindo acessórios estruturais e acessórios de instalação, nomeadamente pinos de posicionamento, pinos-guia, anéis de conexão, anéis de vedação, alavancas rotativas, estruturas de bloqueio, etc.
Vista explodida do conector de alta tensão
Classificação de conectores de alta tensão
Conectores de alta tensão podem ser diferenciados de diversas maneiras. A função de blindagem do conector, o número de pinos do conector, etc., podem ser usados para definir a classificação do conector.
1.Se há ou não blindagem
Os conectores de alta tensão são divididos em conectores não blindados e conectores blindados, de acordo com a função de blindagem que possuem.
Conectores sem blindagem têm uma estrutura relativamente simples, sem função de blindagem e custo relativamente baixo. São utilizados em locais que não requerem blindagem, como aparelhos elétricos cobertos por invólucros metálicos, como circuitos de carga, interiores de baterias e interiores de controles.
Exemplos de conectores sem camada de blindagem e sem projeto de intertravamento de alta tensão
Conectores blindados possuem estruturas complexas, requisitos de blindagem e custos relativamente altos. São adequados para locais onde a função de blindagem é necessária, como onde a parte externa de aparelhos elétricos é conectada a chicotes de alta tensão.
Exemplo de conector com blindagem e design HVIL
2. Número de plugues
Os conectores de alta tensão são divididos de acordo com o número de portas de conexão (PIN). Atualmente, os mais utilizados são os conectores 1P, 2P e 3P.
O conector 1P possui uma estrutura relativamente simples e baixo custo. Atende aos requisitos de blindagem e impermeabilização de sistemas de alta tensão, mas o processo de montagem é um pouco complicado e a operabilidade de retrabalho é baixa. Geralmente utilizado em baterias e motores.
Conectores 2P e 3P possuem estruturas complexas e custos relativamente altos. Atendem aos requisitos de blindagem e impermeabilização de sistemas de alta tensão e apresentam boa manutenibilidade. Geralmente utilizados para entrada e saída CC, como em conjuntos de baterias de alta tensão, terminais de controladores, terminais de saída CC de carregadores, etc.
Exemplo de conector de alta tensão 1P/2P/3P
Requisitos gerais para conectores de alta tensão
Os conectores de alta tensão devem estar em conformidade com os requisitos especificados pela SAE J1742 e ter os seguintes requisitos técnicos:
Requisitos técnicos especificados pela SAE J1742
Elementos de design de conectores de alta tensão
Os requisitos para conectores de alta tensão em sistemas de alta tensão incluem, mas não estão limitados a: desempenho de alta tensão e alta corrente; a necessidade de conseguir níveis mais altos de proteção sob várias condições de trabalho (como alta temperatura, vibração, impacto de colisão, à prova de poeira e água, etc.); ter capacidade de instalação; ter bom desempenho de blindagem eletromagnética; o custo deve ser o mais baixo possível e durável.
De acordo com as características e requisitos acima que os conectores de alta tensão devem ter, no início do projeto dos conectores de alta tensão, os seguintes elementos de projeto precisam ser levados em consideração e o projeto direcionado e a verificação de testes devem ser realizados.
Lista de comparação de elementos de projeto, desempenho correspondente e testes de verificação de conectores de alta tensão
Análise de falhas e medidas correspondentes de conectores de alta tensão
Para melhorar a confiabilidade do projeto do conector, seu modo de falha deve primeiro ser analisado para que o trabalho de projeto preventivo correspondente possa ser feito.
Os conectores geralmente apresentam três modos principais de falha: mau contato, mau isolamento e fixação frouxa.
(1) Para mau contato, indicadores como resistência de contato estática, resistência de contato dinâmica, força de separação de furo único, pontos de conexão e resistência à vibração dos componentes podem ser usados para julgar;
(2) Para isolamento deficiente, a resistência de isolamento do isolador, a taxa de degradação do tempo do isolador, os indicadores de tamanho do isolador, contatos e outras partes podem ser detectados para julgar;
(3) Para a confiabilidade do tipo fixo e destacado, a tolerância de montagem, o momento de resistência, a força de retenção do pino de conexão, a força de inserção do pino de conexão, a força de retenção sob condições de estresse ambiental e outros indicadores do terminal e do conector podem ser testados para julgar.
Após analisar os principais modos de falha e formas de falha do conector, as seguintes medidas podem ser tomadas para melhorar a confiabilidade do projeto do conector:
(1) Selecione o conector apropriado.
A seleção de conectores não deve considerar apenas o tipo e o número de circuitos conectados, mas também facilitar a composição do equipamento. Por exemplo, conectores circulares são menos afetados por fatores climáticos e mecânicos do que conectores retangulares, apresentam menor desgaste mecânico e são conectados de forma confiável às extremidades dos fios, portanto, conectores circulares devem ser selecionados sempre que possível.
(2) Quanto maior o número de contatos em um conector, menor a confiabilidade do sistema. Portanto, se o espaço e o peso permitirem, tente escolher um conector com um número menor de contatos.
(3) Ao selecionar um conector, as condições de trabalho do equipamento devem ser consideradas.
Isso ocorre porque a corrente de carga total e a corrente máxima de operação do conector são frequentemente determinadas com base no calor permitido durante a operação nas condições de temperatura mais altas do ambiente circundante. Para reduzir a temperatura de operação do conector, as condições de dissipação de calor do conector devem ser totalmente consideradas. Por exemplo, contatos mais distantes do centro do conector podem ser usados para conectar a fonte de alimentação, o que é mais propício à dissipação de calor.
(4) À prova d'água e anticorrosivo.
Quando o conector opera em um ambiente com gases e líquidos corrosivos, para evitar a corrosão, deve-se considerar a possibilidade de instalá-lo horizontalmente pela lateral durante a instalação. Quando as condições exigirem instalação vertical, deve-se evitar que o líquido flua para dentro do conector ao longo dos fios. Geralmente, utilize conectores à prova d'água.
Pontos-chave no projeto de contatos de conectores de alta tensão
A tecnologia de conexão de contato examina principalmente a área de contato e a força de contato, incluindo a conexão de contato entre terminais e fios, e a conexão de contato entre terminais.
A confiabilidade dos contatos é um fator importante na determinação da confiabilidade do sistema e também é uma parte importante de todo o conjunto de fiação de alta tensão. Devido ao ambiente de trabalho severo de alguns terminais, fios e conectores, a conexão entre terminais e fios, e a conexão entre terminais e terminais estão sujeitas a várias falhas, como corrosão, envelhecimento e afrouxamento devido à vibração.
Como falhas na fiação elétrica causadas por danos, folgas, quedas e falhas de contatos são responsáveis por mais de 50% das falhas em todo o sistema elétrico, deve-se dar total atenção ao projeto de confiabilidade dos contatos no projeto de confiabilidade do sistema elétrico de alta tensão do veículo.
1. Conexão de contato entre o terminal e o fio
A conexão entre terminais e fios refere-se à conexão entre ambos por meio de um processo de crimpagem ou soldagem ultrassônica. Atualmente, os processos de crimpagem e soldagem ultrassônica são comumente utilizados em chicotes de fios de alta tensão, cada um com suas próprias vantagens e desvantagens.
(1) Processo de crimpagem
O princípio do processo de crimpagem é usar força externa para simplesmente comprimir fisicamente o fio condutor na parte crimpada do terminal. A altura, a largura, o estado da seção transversal e a força de tração da crimpagem do terminal são os principais componentes da qualidade da crimpagem do terminal, que determinam a qualidade da crimpagem.
No entanto, deve-se observar que a microestrutura de qualquer superfície sólida finamente processada é sempre rugosa e irregular. Após a crimpagem dos terminais e fios, o contato não é de toda a superfície de contato, mas sim de alguns pontos espalhados pela superfície de contato. A superfície de contato real deve ser menor do que a superfície de contato teórica, o que também explica a alta resistência de contato do processo de crimpagem.
A crimpagem mecânica é amplamente afetada pelo processo de crimpagem, como pressão, altura de crimpagem, etc. O controle da produção precisa ser realizado por meio de medidas como altura de crimpagem e análise de perfil/análise metalográfica. Portanto, a consistência da crimpagem do processo de crimpagem é média e o desgaste da ferramenta é alto. O impacto é grande e a confiabilidade é média.
O processo de crimpagem mecânica é um processo maduro e possui uma ampla gama de aplicações práticas. É um processo tradicional. Quase todos os grandes fornecedores possuem chicotes elétricos que utilizam esse processo.
Perfis de contato de terminais e fios usando processo de crimpagem
（2) Processo de soldagem ultrassônica
A soldagem ultrassônica utiliza ondas de vibração de alta frequência para transmiti-las às superfícies de dois objetos a serem soldados. Sob pressão, as superfícies dos dois objetos se esfregam, formando uma fusão entre as camadas moleculares.
A soldagem ultrassônica utiliza um gerador ultrassônico para converter corrente de 50/60 Hz em energia elétrica de 15, 20, 30 ou 40 kHz. A energia elétrica de alta frequência convertida é convertida novamente em movimento mecânico de mesma frequência através do transdutor, que então é transmitido ao cabeçote de soldagem por meio de um conjunto de dispositivos de corneta que podem alterar a amplitude. O cabeçote de soldagem transmite a energia de vibração recebida para a junta da peça a ser soldada. Nessa área, a energia de vibração é convertida em energia térmica por atrito, fundindo o metal.
Em termos de desempenho, o processo de soldagem ultrassônica tem pequena resistência de contato e baixo aquecimento de sobrecorrente por um longo tempo; em termos de segurança, é confiável e não se solta e cai facilmente sob vibração de longo prazo; pode ser usado para soldagem entre diferentes materiais; é afetado pela oxidação da superfície ou revestimento. Em seguida; a qualidade da soldagem pode ser avaliada monitorando as formas de onda relevantes do processo de crimpagem.
Embora o custo do equipamento do processo de soldagem ultrassônica seja relativamente alto e as peças metálicas a serem soldadas não possam ser muito grossas (geralmente ≤5 mm), a soldagem ultrassônica é um processo mecânico e nenhuma corrente flui durante todo o processo de soldagem, portanto, não há problemas de condução de calor e resistividade são as tendências futuras da soldagem de chicotes de alta tensão.
Terminais e condutores com soldagem ultrassônica e suas seções transversais de contato
Independentemente do processo de crimpagem ou soldagem ultrassônica, após a conexão do terminal ao fio, sua força de tração deve atender aos requisitos padrão. Após a conexão do fio ao conector, a força de tração não deve ser inferior à força mínima de tração.
Horário da publicação: 06/12/2023