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连接器技术及趋势

Time:2021-08-30Views:1001 Author:Yixinying

效劳于制造业百万工程师

近年来,由于遭到全球经济动摇的影响,北美、欧洲和日本连接器市场增长迟缓,而以中国为代表的新兴市场呈现持续增长势头,成为推进全球连接器市场增长的主要动力。为此,全球知名连接器企业纷繁把消费基地转移到国内,包括TE Connectivity、Molex、Delphi等持续在国内投资建厂,中国曾经成为全球[敏感词]的连接器消费基地,特别在政府的政策推进鼓励下,我国新能源汽车行业稳健开展带动了汽车连接器的持续开展。我国连接器经过了多年的技术积聚,无论在设计才能还是自动化消费才能上曾经满足了新能源汽车高压连接器所请求的技术程度。在下游厂商国产化和技术才能足够满足的前提下,国内厂商曾经占领了新能源汽车高压连接器的至高点。希望在这个新的范畴完成弯道超车,有时机突破外商在传统汽车连接器的垄断位置。

1 高压连接器技术剖析

1.1 高压连接器在整车系统中的应用

新能源汽车用连接器是连接[敏感词]类中的一种,是近几年随着国度新能源汽车的开展,逐步从传统高压大电流和传统低压汽车连接器中别离出来的一类连接器。相较于传统高压大电流连接器,新能源汽车用连接器的运用工况更复杂多变,对连接器的牢靠性请求更高;相较于传统低压汽车连接器,由于电压等级的进步(目前主流系统的电压均高于300V DC),增加了人体遭到电击伤害的风险,对连接器的平安性请求更高;所以对产品的绝缘、防护请求等比传统低压插件均有所进步。

新能源汽车用连接器的作用主要是保证整车高压互联络统,即在内部电路被阻断或孤立不通处架起桥梁从而使电流流通。新能源车用连接器的组成普通可分为:外壳、密封件等辅助构造,绝缘件,导电接触对三局部组成。经过插头护套和插座护套间的对插、互相配合,即可到达接通和导电的功用。高压连接器主要运用在新能源汽车高压大电流回路,和导电线缆同时作用,将电池包的能量经过不同的电气回路,保送到整车系统中各部件,如电池包、电机控制器、DCDC转换器、充电机等车身用电单元。  

连接器的温升受如下要素影响:

1、 接触电阻:用于导电衔接,两接触载体之间的电阻,如针孔对插接触电阻、针孔尾部与导线压接电阻、螺纹衔接铜牌与铜牌之间的接触电阻

2、物质环境加热:当连接器长期处于一个高温环境,由于连接器所用的资料都是工程塑料、金属、橡胶等,特别工程塑料请求[敏感词]工作温度140℃,但当产品运用的环境温渡过高,连接器由于本身接触内阻发热在到达热均衡时,加上所处的环境温度高于了资料允许运用[敏感词]工作温度。此时,若连接器长期处于一个该环境,连接器内部针孔件发热招致内部温度排不出来话,内部温度会持续升高,连接器就会产生很大的热量,招致连接器呈现烧蚀惹起车辆熄灭,这是十分严重的问题。橡胶资料和金属资料均有[敏感词]工作温度限制,设计时均需求思索。

3、板端的衔接:设计的时分要用螺栓的状况下,或者要用预防措施,避免供货的时分松脱;同时在螺栓衔接时,一定要依据操作标准停止扭力检测。导电部件螺钉衔接状况下,主要的失效形式之一就是未依照力矩请求停止拧紧力矩管控,招致衔接部位温升异常,烧蚀。

4、降额曲线:如今我们来讨论降落额曲线,在我的了解中,降额曲线图就好比你去选择一个商品,这个商品要用在特定的环境中运用,这时选择商品的时分就要依据这个商品的一个属性值来肯定你选择哪个区间范围内的商品。高压连接器的降额曲线图就是给客户提供一份菜单,客户依据这个菜单对应本人的口味选择本人适宜的菜品。

降额曲线就是不同电流在不同的工作环境温度下对应出的不同值,这些值经过描点法得到的一个曲线图,有了这个降额曲线图就能愈加直观的看到这个连接器运用条件。

1.2.2高压互锁(HVIL)

针对整个的高压互连系统来讲,为了保证高压系统上下电时的平安,在衔接设计时,引入了高压互锁概念。简单描绘为,连接器在插合导通时,高压回路先接触导通,后高压互锁信号回路再导通;分断时,先高压互锁信号分断,后高压回路断开。大多数连接器厂家会把高压互锁设计放在连接器内部,也有一局部厂家会把高压互锁经过辅助构造设计放在对插腔体的外部。确保高压互锁回路的稳定性,非常重要。假如说高压互锁不连续,可能带来的影响会很恶劣,比方车正在行驶过程中,忽然高压互锁回路信号异常,招致整车忽然掉电,不能正常运转,这样会形成交通事故。

1.2.3 锁紧构造

了解真正的二次锁不是有一个二次的维护作用,是更要有效地对其维护,这个真正的含义就是在一次锁止后,假如一次锁失效了或者没有操作核实到位,二次锁就是确保一次锁锁好以后,对[敏感词]次锁停止维护,这是一个很重要的作用。二次锁紧构造分离一次锁里面最常用的就是力臂机构,由于一次锁紧跟插拔力有关,所以依照力学设计理念需求一品种似于力臂机构的方式,这样才干到达既省力,也可以很轻松地把连接器插到位。关于力臂的请求,USCAR里面讲到了很多的力臂的人机工程的可操作性。USCAR里面也规则了相关一次锁和二次锁在对插和不对插状况下的力的请求。其实我们大家都会以为USCAR是连接器的规范,但我以为USCAR规范不只仅是作为一个技术性规范,而且还指导了设计者在设计过程中把构造做牢靠,怎样在构造及性能牢靠的前提下,也可以提供客户更好的产品体验感。             

1.2.4 防护等级

连接器的防护主要分在三个布置:

[敏感词]个是板端密封:板端就是连接器插座端采用四个螺钉采用机械衔接方式装置,这种是比拟常用的构造,也有一些比拟特殊的构造(图3);

第二个是头座对插密封:头座对插就是公端包含母端或者是母端包含公端中间采用橡胶件停止径向和轴向之间的防护(图4);           

第三个是线端密封,线端连接器跟电缆之间的防护密封。           

关于电动汽车高压连接器随着市场的开展,主机厂对产品防护的性能请求也在不时地进步。行业开展初期,IPI67的防护请求曾经能够满足绝大局部客户。但是后期随着市场上呈现的连接器产品防护失效,招致产品呈现漏水,绝缘毛病、以至烧蚀的案例也越来越来越多。

防护请求逐渐的进步成为电动车开展趋向,目前IP67的请求不能满足正常的运用请求,当然这也不是[敏感词]的,还要看连接器在车上布置的位置。依据高压回路在整车布置来讲,都会悬挂在汽车底盘[敏感词],高压不得进舱内这是一个准绳,所以说大多数高压连接器都是会在底盘靠近空中,或者靠近轮毂的位置,当一些天气恶劣的时分,比方说残酷的天气很大的暴雨或者说一些严寒的天气,你的轮胎带起来的水其实会冲击这些连接器,假如大家熟习测试的话,国内规范没有IP6K9K一说,你会发现假如IP67的话,高压水枪的冲击的压力,其实没有6k9k大。当汽车高速行使的时分,忽然涉水时,瞬时涌向连接器的水压会很大,所以说IP67有的时分是很难满足实践的运用请求。针对这一点的话,如今国内规范QC/T1067,国外规范USCAR将连接器密封分为两个等级S1和S2。S2等级的话,明白规则适用的场所是底盘的位置较低,引荐的就是6K和9K,所以将来衔接防护的话一定是6K和9K。假如连接器并不是布置在上述位置,IP67的设计其实还是能够满足整车运用请求。

1.2.5 电磁屏蔽

电动汽车有很多的电子器件,电流会产生磁场,整车零部件要有抗干扰的才能。特别是电动汽车如今作为一个载体,无人驾驶会在这个根底上更多地开发,所以这个技术问题十分重要。关于高压系统而言,屏蔽连接器、电缆是十分重要的,但是我们更多的是要优先思索系统级的布置,这是一个前提条件,假如你的OBC,你布置的位置,包括系统中的DCDC,是不是自身可能会有一些先天性的问题,即便连接器做得再好,也会呈现各种信号干扰的问题,所以首先要思索系统型的,其次思索零部件级的。关于连接器屏蔽效能,普通会采用二个方式。[敏感词]种方式,我们在一些塑料连接器上,里面会有金属屏蔽罩,电缆屏蔽层会跟金属壳的屏蔽层相连,构成一个有效的360°的屏蔽层。第二种方式,大多数的高压小电流的衔接,都不会有二次的衔接,会采用跟电缆的屏蔽层相接,这种方式也是现有厂家常用的方式,包括国内一些比拟知名的主机厂也在思索这种方式,我们叫spring contact(英文),其实就是一个弹簧的衔接。这种构造的益处也是很多的,由于尺寸、空间会更小,它的接触点也会更多;此构造的制造商很多,主要代表的公司像瑞士的宝马弹簧、美国的巴塞尔等,他们在这块有很多实践成熟应用案例。大多数状况下,导线和屏蔽层的衔接,我们会用金属内、外环的方式,停止压接,将屏蔽层置于两个金属环之间,经过冷压变形使屏蔽层和金属环停止严密固定。另外,我们还有一种屏蔽方式,它经过一品种似于表带簧的构造,用以替代弹簧衔接,该构造常在军用产品上运用,技术成熟;我们做过相关测试,均能满足设计请求。该构造应用在新能源电动车的屏蔽,既可以满足性能请求,同时又是冲制件,合适批量消费,性价比高。

1.2.6连接器材质

连接器绝缘件材质普通选用PA66、PBT、ABS、PC等。接触件材质普通选用黄铜、磷青铜、铍铜等,但如今国外用的比拟多的资料是铜镍硅资料。连接器壳体材质普通分为塑料和金属两种材质。

关于如何选择塑料材质或者金属材质,普通有如下几个参考点:

1.轻量化

由于对整车轻量化的需求,特别是乘用车厂商会在满足产品性能的前提下,尽量去选择塑料连接器,以到达控制整车重量。

2.产品的运用环境

由于金属资料的机械强度比塑料好。所以在一些运用环境比拟恶劣的环境下,金属连接器会更合适。例如像特种车辆、渣土车,以及整车在布置时,未做防护的电气衔接部位。此时,金属材质相比塑料材质的连接器在受环境影响及机械强度方面略胜一筹。

3.屏蔽完成方式

针对屏蔽连接器,由于金属连接器本身的外壳就是用于导通屏蔽,构成屏蔽维护的载体。普通状况下,金属连接器较塑料连接器更容易完成更为优良的屏蔽效能,外形构造更为紧凑。

1.2.7连接器常用技术参数解读

(1)运用位置:望文生义,即为连接器在整车不同高压电器上的应用位置,选择连接器。           

(2)额定电压:电气设备(包括用电、供电设备)可长期稳定工作的[敏感词]电压。

额定电压大小与爬电间隔&电气间隙成正比。

换句话说,额定电压请求越高,连接器越大,或者越长。爬电间隔&电气间隙设计规范依GBT 16935.1(IEC 60664-1),

(3)额定电流:电气设备的额定电流是指在基准环境温度下,在额定电压工作条件下,发热不超越长期发热允许温度时所允许长期经过的[敏感词]电流。

对电动汽车而言,P=UI,额定电流是依据电气设备的功率P,输出电压U决议。

峰值电流:电动汽车在急加速,爬坡,超载的霎时产生的[敏感词]电流值。

载流截面积与连接器额定电流成正比,换句话说,插针/孔/导线截面越大,它所能经过的电流也越大,连接器越大。

(4) HVIL(高压互锁)

(4.1)设计HVIL功用目的

确认整个高压系统的完好性,当高压系统回路断开或者完好性遭到毁坏的时分,激起整车的平安措施启动。

(4.2)HVIL功用的完成

a.需求整个系统构成,系统开发时就要设计进去;

b.主要经过连接器来完成;

c.HVIL电路是低压电,相关于功率电路,是独立的。

(4.3)连接器HVIL功用完成原理

功率和信号端子应满足:

——衔接时,功率端子先接通,信号端子后接通。

——断开时,信号端子先断开,功率端子后断开。

特别阐明:功率端子的接通,表示良好的接触,虚接触是不可承受           

(5) 屏蔽

交变电场屏蔽:为降低交变电场对敏感电路的耦合干扰电压,能够在干扰源和敏感电路之间设置导电性好的金属屏蔽体,并将金属屏蔽体接地。屏蔽与非屏蔽连接器主要区别即为能否设置有导电良好的金属屏蔽体。

(6) 防护等级

IP防护等级是由两个数字所组成,[敏感词]个标志数字表示电器防尘、避免外物侵入的等级,第二个标志数字表示电器防湿气、防水侵入的密闭水平,数字越大表示其防护等级越高。

(7)出线方式

主要指电连接器插头尾部电缆出线角度与插座装置面法向方向之间的角度,依此划分,常见的有90°(弯式)及180°(直式)出线电连接器。

(8) 插座装置方式

为满足主机厂设计人员对连接器不同布置方式的需求,电连接器插座装置方式细分为以下四种:           

1.6.2.3选项留意事项

(1)电压选型需匹配:整车经过负载计算的额定电压应小于等于连接器额定电压,若整车工作电压超出连接器额定电压长时间运转,电连接器有爬电烧蚀风险。

(2)电流选型需匹配:整车经过负载计算的额定电流应小于等于连接器额定电流,若整车工作电流超出连接器额定电流长时间运转,电连接器有过载烧蚀风险。

(3)电缆选型需匹配:整车电缆选型匹配分为电缆载流匹配和电缆与连接器密封匹配,关于电缆载流,各主机厂有特地的电气工程师停止匹配设计,在此不作解释。

密封匹配:连接器与电缆密封依托橡胶密封件弹性紧缩提供二者间接触压力,从而完成牢靠的防护性能,如IP67;依据计算,完成特定的接触压力依托密封件特定的紧缩量完成,依此推出,若需牢靠防护,连接器的密封防护在设计之初就对电缆有特定的尺寸请求;

同等规格的载流截面,电缆可有不同的外径尺寸,如屏蔽电缆与非屏蔽电缆,国标电缆与LV216规范电缆,详细匹配何种电缆,连接器选型规格书均有明白表述,故连接器选型时需特别留意适配电缆规格请求,以防形成连接器密封失效。

(4)整车需柔性布线:关于整车布线,现各主机厂均有弯曲半径及松弛度请求;依据连接器在整车运用案例,倡议线束装配完成后,连接器端子自身不受应力,只要当线束整体因汽车运转遭到振动、冲击与车身发作相对位移时,经过线束柔性到达应变消弭目的,即便有少许应变传送到连接器端子,所产生应力也不超越端子在连接器中设计固持力 。          

2 高压连接器开展趋向

2.1 政策导向作用

国度对新能源电动汽车产业政策的制定要依据中国国情来决议。在开展绿色交通体系方面,国度方案提出,加快车船构造晋级,推行运用新能源汽车,2020年新能源汽车产销量到达200万辆左右。加快推进城市建成区新增和更新的公交、环卫、邮政、出租、通勤、轻型物料配送车辆运用新能源或清洁能源汽车,重点区域运用比例到达80%;重点区域港口、机场、铁路货场等新增或改换作业车辆主要运用新能源或清洁能源汽车。2020年底前,在物流园、产业园、工业园、大型单列市建成区公交车全部改换为新能源汽车。在物流园、产业园、工业园、大型商业购物中心、农贸批发市场等物流集散地建立集中式充电桩和快速充电桩。依据国度的政策导向,整车厂也依据相关政策调整内部形式,这就决议了连接器的开展方向。

2.2平台化及定制化

电动汽车这品种型也多,比方说乘用车、物流车,包括定制连接器,请求会不所不同,或者说会提出一些特别特殊的请求,所以包括还有无人驾驶,物联网车、新能源等等,我们连接器厂家要思索一下,这种电动汽车细分行业需求的定制化(整车端和电池端),我觉得或许会是一个选择不错的尝试,我们如今曾经在迈向[敏感词]步。由于总体来看,这些类型的车都会在不同的场所应用,其实都是一个细分范畴,固然量没有那么大,但是那个市场就是属于我们的,我们在这个市场就是做到[敏感词],这也是一个不错的选择。第二个就是平台化,将来电池和整车都会趋于平台化,如何跟客户坚持深化的技术沟通,构成双方平台化的产品很重要,国内主机厂比拟多,大家平台如今也不同,比方电池整包厂特别多,每家本人的模组计划、电池箱成组计划都不一样,作为连接器厂家需求考虑怎样样做合适平台化的应用。

2.3小型化及轻量化

在汽车工业日渐追求节能与环保的背景下,汽车轻量化及小型化已成为技术潮流,也是汽车厂商技术竞争的重点,经过控制整车重量,能够有效的降低油耗,减小尾气排放,进步燃油能效。在汽车工业这样的大环境下,也带动新能源连接器必需走小型化及轻量化。

汽车小型化及轻量化的一系列重要处理计划,包括引入更小尺寸的高性能铜合金导线做为信号传输线,同时引入向微型化开展的端子及接触件系统,以及该微型化产生的压接不稳定的优化及牢靠考证办法;采用高性能端子来降低小功率传输导线尺寸的原理,以及采用铝导线替代传输较大功率的大线径铜导线。

3 结论

经过剖析新能源连接器的主要技术参数及选用准绳,随着我们不时地去搜集各种各样的数据反应,在国外的话,以至连接器的厂家设置了很多整车的数据返回,他们会构成一个联盟,他们会依据数据不时的改进,到达一个最优的产品。

同时,随着国内连接器厂商,在实践运用过程中得到的主机厂和用户的实践反应。连机器厂商们也在不停地去模仿真适用户运用环境下,连接器能否稳定;包括我们新资料的研发和技术壁垒的攻克,本钱能否可以商业化。在不久的未来,这些都不会是问题,都会被克制掉。

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