近年全球連接器市場受到全球經濟波動的影響,北美、歐洲和日本等地區市場增長尤為緩慢,但以中國為代表的新興市場卻呈現著持續增長的趨勢,從而中國成為推動全球連接器市場增長的主要動力。
由此,一些全球知名連接器企業公司將生產基地移至國內投資建廠,例如:TE Connectivity、Delphi、Molex等。
中國已成為全球最大連接器生產基地,其中,在政府政策的推動下,我國新能源汽車行業穩健發展有利于汽車連接器的持續發展。多年的技術積累,中國連接器在設計能力和自動化生產能力上都達到并滿足新能源汽車高壓連接器的技術水平。
因下游廠商國產化和技術能力足夠滿足,國內廠商已占領了新能源汽車高壓連接器的最高處,有機會打破外商在傳統汽車連接器的壟斷地位實現彎道超車,例如四川永貴、中航光電、巴斯巴等知名企業公司。
高壓連接器設計注意事項
1、尺寸約束
這是高壓連接器和電纜組件設計面臨艱巨的挑戰。高壓連接器為滿足工作要求,卻往往會忽視所需的空間。行業發展向更小更輕且工作閾值更高的方向,使用空間抵消高壓已成為過去式,要最為初始考慮到電纜組件或連接器的結構。
2、圍繞現有連接器而設計
這被證實十分困難,用戶經常要求使用不能丟棄的現有連接器,但這些連接器性能不達要求。另一個原因是,連接器需要在當前配置不能滿足的更高性能閾值下工作。不管是哪種情況,都要求深入分析連接器組件的內部工作原理。
3、成本
就當下的經濟趨勢,高壓設計保持成本下降是主要障礙,但不要太執著于成本。可靠、耐用和安全的設計從長期來看更便宜。
4、可制造性
這是設計的一個關鍵部分,設計難度影響搭建電纜組件所需的直接勞動時間,進而影響成本。設計難度也影響維持一個可重復的可靠工藝的能力。
5、材料
選擇性能特征達標和保持設計效率的材料是十分重要的,同時高壓電纜組件和連接器要求材料在電氣性能上和機械性能上都要表現優秀。
6、冠狀突出
無冠組件設計良好能夠確保可靠性、彈性,保證能夠經受長時間的考驗。在這設計時必須考慮多種因素:首先要選擇正確的電纜,大多數設計使用三重擠壓電纜,這可以確保導體和地的平滑和均勻;其次是連接器接口,接口應有足夠的距離來抵消施加的電壓,并消除空氣。
而連接器幾何形狀很重要,尖銳的邊角就像冠狀天線。所有尖銳邊緣都應盡可能圓形鈍化。
高壓連接器技術分析
1、整車系統中的應用
連接器中一大類—新能源汽車高壓連接器,這是近年來因國家新能源汽車的發展而從傳統汽車連接器中分離出來的。比起傳統用的高壓大電流連接器,新能源汽車高壓連接器使用對可靠性更為苛刻,使得工況更為復雜多變。
比起傳統低壓汽車連接器,又因現電壓等級提高(均高達300V DC),人體受到電擊傷害的風險增加,由此,新能源汽車連接器的安全性、產品絕緣性、防護要求等更高。
新能源汽車高壓連接器主要作用是保證整車高壓互聯系統,意為內部電路被阻斷或孤立不通處架起橋梁從而電流流通。高壓連接器主要使用在新能源汽車高壓大電流回路,與導電線纜同時作用是將電池包的能量通過不同的電氣回路,輸送至整車系統中各組件,例如,電池包、充電機、DCDC轉換、電機控制器器等車身用電單位。
2、關鍵項設計
(1)溫升及降額曲線值
溫升是連接器設計最為重要的設計關鍵項之一,過高的溫度會導致連接器發生燒蝕。
溫升影響因素:
[1]接觸電阻:
用于導電連接,兩接觸載體間的電阻,例如針孔對插接觸電阻、針孔尾部與導線壓接電阻、螺紋連接銅排與銅排見的接觸電阻。
[2]物質環境加熱:
連接器若是長久至于高溫環境,而連接器材料皆是工程塑料、金屬、橡膠等,其中工程塑料最高工作溫度達140℃,但產品使用環境溫度過高,連接器因自身接觸內阻發熱又加上所處的環境溫度高于材料允許使用最高工作溫度,連接器內部針孔發熱會導致內部溫度散熱不行,溫度會持續升高,最終會導致連接器出現燒蝕引起車輛火災。
注意:由此設計時要格外注意,考慮。
[3]板端的連接:
主要用在螺栓的情況下或是預防措施,防止供貨時松脫;同時螺栓連接時,要根據操作規范進行扭力檢測。導電組件螺釘連接下,失效模式之一關鍵在于未按照力矩要求進行擰緊力矩管控,至此連接部位升溫異常,造成燒蝕。
[4]降額曲線:
降額曲線圖就像挑選一款商品,而商品需在特定的環境中使用,這時選擇上需要根據它的一個屬性值來確定選擇在那個領域范圍內的商品。
高壓連接器的降額曲線圖是為用戶提供一份清單,用戶依據清單對應自己所需選擇。通過曲線圖可以清晰直觀的看到連接器使用的條件。
(2)高壓互鎖
對于高壓互連系統,要保障高壓系統通電過程的安全,連接設計時要引入高壓互鎖理念。簡單來說,就是連接器在插合導通時,高壓回路需接觸導通;斷開時,高壓互鎖需先信號斷開,后高壓回路斷開。多數的連接器廠家將高壓互鎖設計放置連接器內部,一部分廠家將高壓互鎖通過輔助結構設計放于插腔體的外部。
同時高壓互鎖回路的穩定性非常重要,若是互鎖不連續,可能會在車輛行駛時,高壓互鎖回路信號異常,導致掉電,造成交通事故。
(3)鎖緊結構
二次鎖不僅是二次保護作用,更是有效地保護,即為在一次鎖止后,二次鎖對一次鎖進行保護。
二次鎖緊結構結合一次鎖最為常見的是力臂機構,因一次鎖緊與插拔力有關,所以按力學設計理念,需要一個類似于力臂機構的形式,才可達到省力。
(4)防護等級
主要分為三個布置:
[1]板端密封:
板端為連接器插座端,由四個螺釘以機械連接方式安裝。這是常用的結構。
[2]頭座對插密封:
即為公端包含母端或是母端包含公端,中間采取橡膠件對徑向和軸向進行防護。
[3]線端密封:
線端連接器與電纜之間的防護密封。
(5)電磁屏蔽
電動汽車多用電子器件材料,使得電流流動時產生磁場,同時會出現各種信號的干擾,所以組件需要抗干擾的能力。
[1]塑料連接器上,其本身具有金屬屏蔽罩,電纜屏蔽層會與金屬殼的屏蔽層相連,形成有效的360度的屏蔽層。
[2]彈簧連接,多數高壓小電流連接,不會進行二次連接,采用電纜的屏蔽層相接。
(6)器件材質
[1]絕緣件材質:采用PA66、PBT、ABS、PC等;
[2]接觸件材質:采用黃銅、磷青銅、鈹銅、銅鎳硅材料等;
[3]殼體材質:塑料,金屬。
(7)連接器選型
由上述可知用戶需要注意產品使用的位置、額定電壓、額定電流、高壓互鎖、屏蔽、防護等級、出線方式、插座安裝方式等。
國家對新能源電動汽車產業的扶持,推動電動汽車的發展,帶動新能源連接器的發展,同時也決定了連接器的發展方向是平臺化、定制化、小型化、輕量化。
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