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电动汽车用高压连接器的技术特点

电动汽车用高压连接器的技术特点

来源:未知    发布时间: 2020-04-29 16:43    次浏览  
在新能源汽车的三电系统中,高压连接系统有着举足轻重的地位,好比是把人体内各个重要的器官有机整合的血管系统,电池总正、总负回路类似于人体主动脉和主静脉,各个系统回路类似于人体各条动脉、静脉和毛细血管,是保证电动汽车能量传递,安全、可靠运行的

 
       在新能源汽车的三电系统中,高压连接系统有着举足轻重的地位,好比是把人体内各个重要的器官有机整合的血管系统,电池总正、总负回路类似于人体主动脉和主静脉,各个系统回路类似于人体各条动脉、静脉和毛细血管,是保证电动汽车能量传递,安全、可靠运行的重要保障,实现源源不断地把能量传送到各个系统。图6为高压连接系统与三电的关系。
 
2.1 端子类型
      目前高压连接器可按照端子类型及结构两种方式进行分类。
 
2.1.1 按照端子类型分 (图7)
      1) 方端子结构。采用冲压的端子技术,这类别的端子成本较低,有模具要求及模具费用投入高,40A以下的小电流中应用较为广泛,行业中以TE端子具有代表性。有一些日系、美系车企大电流的连接器采用方端子结构,住友、Yazaki等,车企如Tesla、丰田。
      2) 圆端子结构。采用机加工端子技术为主,端子成本相对于冲压端子,成本更高,但由于采用机加工生产方式,无需或很低的模具投入,端子前期投资较少。比较有代表性的产品有TE HVA800系列、国内主流产品系列。
2.1.2 按照结构类型分 (图8)
      连接器结构按照安装方式可以分为插头、插座,插头可分为线性插头、90°直角插头,插座可分为法兰插座、90°直角插座,线性插座等。
 
2.2 高压互锁
      高压互锁 (High Voltage Inter-lock,简称HVIL),用低压信号管理高压回路的一种安全设计方法。在高压系统设计中,为避免由于高压连接器在实际操作过程中带电断开、闭合所造成的拉弧,高压连接器一般都应具备“高压互锁”功能。具有高压互锁功能的高压连接系统,连接和断开时功率和互锁端子应满足以下条件:高压连接系统连接时,功率端子先接通,互锁端子后接通;高压连接系统断开时,互锁端子先断开,功率端子后断开。高压互锁常用于高压电气回路中,如高压连接器、MSD、高压配电盒等回路中。
 
带有高压互锁的连接器,在带电情况下进行解锁时,可通过高压互锁的逻辑时序来断开,断开的时间与高压互锁端子和功率端子的有效接触长度差值大小有关,与断开时的速度有关。通常情况下,系统对互锁端子回路的响应时间在10~100ms之间,当连接系统分离 (拔出) 时间小于系统响应时间时,就会出现带电插拔的安全风险,而二次解锁就是为了解决这个断开时间问题,通常情况下,二次解锁能有效地把这个断开时间控制在1s以上,以确保操作安全。
 
2.3 二次解锁
      二次解锁分为两种方式,一种是通过操作顺序来实现,通过与正常拔出的反方向或不同方向来实现,如市场上主流的HVA800、HVC800系列高压连接器产品,连接器拔出时,助力板手与分离方向正好相反或不在一个方向上,以增加拔出时的响应时间,达到二次解锁功能。另一种为机械式的二次解锁功能,当拔出连接器时,第一次只能拔出到高压互锁端子断开的位置,这个状态下功率端子仍然有效接触,此时高压回路因高压互锁端子分离而断开,然后再经过二次操作才能把功率端子分离,从而实现两次解锁功能要求,机械式二次解锁与操作顺序解锁相比,具有更高的安全性,但结构相对更复杂。图9为二级解锁过程。
2.4 锁止结构
      连接器二次锁止结构 (Connector Position Assurance,简称CPA),是用于增加连接器锁止装置强度的卡扣结构。CPA能有效保护连接器插头、插座的可靠连接,防止汽车运行过程中的意外松脱或接触不良引起的带载插拔安全事故,CPA属于辅助锁止结构,是通过与主锁止结构配合以达到可靠锁止的要求。CPA的工作原理,当主锁止结构锁止后,CPA辅助锁止,此时主锁止结构将不容易受到外界环境影响而松脱 (主锁止结构失效除外),解锁时需要解开CPA才能正常解开,能满足较苛刻条件下使用的一种锁止构结。
 
2.5 端子辅助结构
      连接器端子保持辅助结构 (Terminal Position Assurance,简称TPA) (图10),是用于对端子的二次保护和限位的一种结构,防止端子在外界拉力的作用下脱出,造成线路中断,应用在环境比较恶劣或要求拉脱力更大的情况下。这种构成中一般会包含两种保持结构,一是端子本身的保持结构,另一种是由TPA构成的保持结构。
2.6 关键参数端子压接评估
      端子压接是连接器行业核心的关键工艺,评价端子压接的效果主要由以下几点组成。
      1) 端子抗拉力。评估端子压接的效果包含端子与线之间的压接最小抗拉强度。主要参数要求见表1。
      2) 端子电阻。评估端子压接的效果包含压接电阻测试评估。表2为端子电阻。
      3) 端子压接剖面分析。对压接后的端子压接有效区域(选择压缩最致密区域) 进行端面截断,打磨,剖光,然后用专业的设备进行压缩比测试,在放大约5~10倍时要求被压缩的线缆铜丝间无可见空隙,且压缩比控制在80%~90%为宜。
      4) 端子温升。温升测试,一般要求温升不超过55K (不同的标准对应不同的要求,也有50K)。国标GB / T 37133—2018中的要求是55K。
      5) 端子压高压宽的定义。对于前面测试OK后的端子进行端子压高、压宽定义,并在制程过程中进行CPK管控。
 
2.7 高压连接器的综合检测高压连接器及线束在生产下线过程中,需对产品性能进行综合检测,这类综合检测对产品品质起到非常重要的把关作用,一般会包含但不限于以下几项进行测试。
 
       1) 耐压测试。主要是针对产品在组装过程中是否存在因空间或爬到距离变化导致的耐压不良,或者在线束组装过程中线束压接或其他引起损伤导致的耐压不良产生的风险,通常情况下这类测试需要100%的检测。
      2) 绝缘测试。主要是针对产品在组装过程中是否存在因空间或爬到距离变化导致的绝缘不良,或者在线束组装过程中线束压接或其他引起损伤导致的绝缘不良产生的风险。
      3) 回路导通。多用于2组或以上的回路中,用于检测连接器在组装后各回路是否一一对应。
      4) 气密测试。适用于连接器成品或线束总成测试,施加47.8kPa的气压,对连接器的密封性进行检测,测试时间、泄漏值及其他参数可根据产品特点调整。
      5) 屏蔽回路测试。用于检测屏蔽回路中的阻值,一般情况下屏蔽电阻应小于10mΩ。综合模拟测试台 (图11) 可实现连接器的主要电气性能检测 (绝缘、耐压、导通等) 及气密性测试,检测NG时综合检测台程序锁止,并伴随着报警灯闪烁,需专人打开。测试OK后能自动生成唯一条形码 (二维码) 的标签并打印,确保所有下线产品经过检测并且可追溯


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