Элементарный анализ конструкции жгута проводов высокого напряжения новой энергии

В настоящее время автомобильная промышленность на новых источниках энергии находится на стадии разведки и небольшого количества пробного производства, а промышленные масштабы отсутствуют внутри страны или даже на международном уровне, поэтому соответствующие детали также находятся на стадии пробного производства. Однако по сравнению с общим техническим уровнем автомобильных жгутов проводов в Китае, который в основном основан на сборке жгутов проводов, техническая основа зарубежных автомобильных жгутов является прочной, и существуют решения для жгутов проводов высокого напряжения. Например, компания Amphenol, первый лидер отрасли, начавший производство зарядных разъемов для электрических и гибридных транспортных средств, разработала высоковольтные жгуты проводов для электромобилей с простой конструкцией, отличными характеристиками и высокой популярностью у пользователей. Надежная работа при высоких температурах, вибрации, ограниченном пространстве и других суровых условиях широко используется различными отечественными и зарубежными производителями автомобилей; TYCO, Delphi (Delphi), LS и другие иностранные компании внимательно последовали за ними и выпустили собственные решения для высоковольтных жгутов и сопутствующие продукты.

Ввод текста, чтобы восполнить пробелы в исследованиях в области высоковольтных жгутов для легковых электромобилей в моей стране, и избавиться от текущей ситуации с прямыми закупками зарубежных продуктов для высоковольтных жгутов. Необходимый для электрических легковых автомобилей в Китае, был разработан высоковольтный и сильноточный высоковольтный кабель для электрических легковых автомобилей. Независимые исследования и разработки балки. Согласно требованиям к применению высоковольтных жгутов проводов в высоковольтной электросистеме пассажирских электромобилей, проектируемые высоковольтные жгуты проводов для пассажирских электромобилей должны соответствовать следующим требованиям: а. Требования к эксплуатации при высоком напряжении и токе. б. Требования безопасности и надежности, такие как защита от электромагнитных помех, водонепроницаемость, защита от вибрации, износостойкость, огнестойкость и надежный контакт.

1. Конструкция высоковольтного кабеля.

В традиционных автомобилях используются бензиновые двигатели. Роль традиционных автомобильных кабелей заключается в передаче сигналов управления, а ток и напряжение очень малы. Поэтому диаметр кабеля невелик, а конструкция проста из-за проводника и изоляции. Однако, согласно требованиям к использованию высоковольтных кабелей для легковых электромобилей, высоковольтные кабели для легковых электромобилей в основном играют роль передачи энергии и должны передавать энергию батареи каждой подсистеме. Следовательно, высоковольтный жгут проводов, предназначенный для легковых электромобилей, должен соответствовать передаче высокого напряжения тока. Высоковольтные кабели легковых электромобилей выдерживают высокое напряжение (номинальное напряжение до 600 В), большой ток (номинальный ток до 600 А) и сильное электромагнитное излучение, поэтому диаметр кабеля значительно увеличивается. В то же время, во избежание электромагнитного излучения на окружающую электронику, оборудование создает сильные электромагнитные помехи, которые влияют на нормальную работу другого электронного оборудования. Кабель также спроектирован с защитной структурой от электромагнитных помех, то есть принята коаксиальная структура, и внутренний проводник и внешний проводник (экранирование) работают вместе, а магнитное поле в кабеле распределено по концентрическим кругам. Электрическое поле направлено от внутреннего проводника к внешнему проводнику, так что электромагнитное поле вокруг кабеля равно нулю, то есть электромагнитное излучение экранировано, тем самым обеспечивая нормальную работу электромобиля.

Изоляционные материалы для первых автомобильных кабелей были в основном ПВХ (поливинилхлорид), но ПВХ содержал свинец, который был вреден для человека. В последние годы его постепенно используют LSZH (малодымный безгалогенный материал), TPE (термопластичный эластомер) и XLPE полиэтилен), силиконовый каучук и другие материалы. Поскольку высоковольтные кабели для легковых электромобилей соответствуют требованиям к высоковольтным, сильноточным и противоэлектромагнитным помехам, они также должны соответствовать требованиям по износостойкости и огнестойкости. Поэтому сравниваются свойства этих материалов:

а. LSZH можно разделить на две категории: ПО (полиолефин) и EPR (этилен-пропиленовый каучук), из которых материалы для кабелей из ПО являются основными. Состав огнестойкого материала кабеля LSZH типа PO содержит большое количество неорганического антипирена AI (OH) 3, Mg (OH) 2, поэтому материал кабеля имеет хорошие огнестойкость, низкий уровень дыма, отсутствие галогенов, низкую токсичность и т. Д. Характеристики, но это также отличает его от других негорючих материалов и галогенсодержащих огнезащитных материалов с точки зрения физических и механических свойств, электрических свойств и характеристик процесса экструзии.

б. TPE - это полимерный материал, обладающий характеристиками как резины, так и термопласта. Он показывает высокую эластичность резины при комнатной температуре, его можно пластифицировать и формовать при высоких температурах, но этот материал не является износостойким и не может соответствовать требованиям высоковольтных кабелей для легковых электромобилей. Требования к использованию балок.

c. XLPE изготовлен из обычного полиэтилена (полиэтилена) с классом термостойкости 75 ℃ после сшивки облучением, его термостойкость может достигать 150 ℃, и имеет отличные физико-механические свойства, устойчивость к перегрузкам, долгий срок службы и другие характеристики. но не огнестойкий.

d. Силиконовый каучук имеет высокое напряжение пробоя, поэтому он обладает дугостойкостью, устойчивостью к следам утечки и озоностойкостью. Он также обладает хорошей устойчивостью к высоким и низким температурам, устойчивостью к высоким температурам до 200 ℃, хорошими изоляционными характеристиками, а также высокой температурой и влажностью. Стабильная работа и огнестойкость в данных условиях. После сравнения свойств вышеупомянутых материалов силиконовая резина стала предпочтительным материалом для изоляции высоковольтных кабелей для легковых электромобилей из-за ее хороших физико-механических свойств, длительного срока службы и низкой цены. Конструкция окончательно разработанного высоковольтного кабеля для пассажирских электромобилей представлена ​​на рисунке 1.

Рис. 1. Структура высоковольтных кабелей для легковых электромобилей.

2. Конструкция высоковольтного разъема.

2.1 Конструкция сильноточных контактов

Как правило, разъемы (в основном контакты в них) имеют пределы рабочих температур. Как только рабочая температура превысит указанный предел, соединитель станет менее безопасным из-за нагрева или даже выйдет из строя. Есть две основные причины повышения температуры разъема:

а. Сама машина. Самая горячая часть автомобиля - это двигатель, например, температура двигателя обычного автомобиля может достигать 125 ° C и более.

б. Сам разъем. Во время использования разъем будет выделять тепло, а контакты, вставленные в разъем, имеют контактное сопротивление. Чем больше сопротивление контакта, тем больше потери мощности, выше температура контакта и ниже надежность. В связи с этим особое внимание следует уделять проектированию высоковольтных и сильноточных разъемов для легковых электромобилей. Чтобы избежать чрезмерно высокой температуры использования, чтобы повредить изоляционный материал в соединителе, снизить его изоляционные характеристики или даже выгореть и вызвать снижение эластичности контакта после нагрева или образования изолирующей пленки в области контакта , что снижает надежность контакта и увеличивает большое сопротивление контакта, что усиливает повышение рабочей температуры, и такой порочный круг в конечном итоге приводит к выходу из строя соединения и контакта. Необходимо рационально проектировать сильноточные контакты в высоковольтных и больших токовых разъемах легковых электромобилей.

При проектировании сильноточных контактов от выбора формы контакта напрямую зависит качество и стоимость разъема. Как правило, контактные формы контактов в основном включают пластинчатый тип, тип пластинчатой ​​пружины и тип проволочной пружины, как показано на рисунке 2.

Рисунок 2. Структура трех типов контактов.

Гнездо контакта микросхемы представляет собой цилиндрический бочонок с прорезями и закрытым корпусом, а гнездо обработано проволокой (прутком) из бериллиевой бронзы. Сырье более дорогое, а последующий процесс закрытия трудно контролировать, стабильность качества продукта трудно гарантировать, а стоимость высока.

Домкрат контакта листовой пружины представляет собой отверстие коронной пружины, и в домкрате размещаются от 1 до 2 витков листовой пружины. Каждый виток листовой пружины состоит из нескольких пружинных листов, и все пружинные листы выгнуты внутрь, чтобы сформировать упругий виток пружины; когда гнездо и штифт совпадают, каждый лист пружины контактирует со штифтом и создает прижимное усилие для обеспечения стабильного контакта в нескольких точках; Гнездо листовой пружины состоит из латунных деталей автомобиля и штампованных деталей коронной пружины, хорошей консистенции продукта и низкой стоимости. В запатентованной Amphenol конструкции домкрата RADSOK (как показано на рисунке 3) используется технология гиперболической коронной пружины для увеличения площади контакта на 65%, а его поверхность представляет собой посеребренный слой с высокой износостойкостью.

Рисунок 3. Структура гнезда RADSOK Amphenol&# 39.

Гнездо контакта проволочного пружинного типа представляет собой отверстие для проволочной пружины. Конструкция домкрата аналогична домкрату с листовой пружиной, за исключением того, что домкрат с проволочной пружиной состоит из пружинной проволоки. Хотя домкрат с проволочной пружиной имеет отличные характеристики, процесс сложен, стоимость также выше.

После сравнения вышеупомянутых типов контактов в высоковольтном и сильноточном разъеме легкового электрического автомобиля используется сильноточный контакт с листовой пружиной. В то же время, чтобы повысить надежность контактов и допустимую нагрузку по току, а также удовлетворить другие требования к индексам сильноточных контактов, сильноточный контакт с листовой пружиной использует двухступенчатый домкрат с листовой пружиной с двойным язычком. Наконец, благодаря расчету контактного сопротивления сильноточного контакта, конструкции конструкции и модификации конструкции образца, был успешно разработан сильноточный контакт.

2.2 Конструкция с устойчивостью к высокому давлению

Чтобы соответствовать требованиям к конструкции высоковольтных разъемов для пассажирских электромобилей, необходимо обеспечить, чтобы каждая часть высоковольтного разъема имела достаточную диэлектрическую прочность благодаря конструктивному дизайну и выбору материала для обеспечения его устойчивости к высокому напряжению. Конструкция высоковольтного сопротивления высоковольтных разъемов для пассажирских электромобилей в основном включает длину пути утечки, межфазный воздушный зазор и изоляционные материалы.

Длина пути утечки означает, что, когда рабочее напряжение слишком велико, мгновенное перенапряжение приведет к возникновению дуги в промежутке между изоляцией, что приведет к повреждению устройства и даже оператора. Этот изоляционный зазор представляет собой длину пути утечки. Непрерывное рабочее напряжение дуги определяет электрическое расстояние ползучести. В конструкции высоковольтного соединителя длина пути утечки должна быть максимально увеличена. Учитывая, что выдерживаемое напряжение диэлектрика разъема превышает 400 В, после тщательного расчета и проверки длина пути утечки разъема должна быть более 24 мм, что может полностью удовлетворить высокие требования к использованию разъема 600 В.

Чтобы повысить устойчивость разъема к высокому давлению, когда разъем вставлен, интерфейсная часть должна быть установлена ​​без воздушного зазора. Интерфейс разъема в основном включает стыковочный интерфейс штекерного разъема и разъема розетки, контакт разъема и соединительную часть провода. Эти части должны быть заполнены средой без воздуха, чтобы надежно гарантировать, что соединитель не сломается. Во избежание образования межфазных воздушных зазоров в конструкции высоковольтных разъемов приняты следующие меры:

а. Мягкий изоляционный материал используется на стыке стыковок, чтобы обеспечить заполнение воздушного зазора при стыковке на месте.

б. Изоляция за пределами контактной детали гнезда отлита для заполнения зазора вне контактной детали.

c. Сопрягаемая поверхность вилки и розетки имеет коническую структуру.

d. Часть изоляции кабеля проходит в корпус разъема после подключения контакта к кабелю.

Чтобы улучшить высоковольтное сопротивление соединителя, в высоковольтном соединителе для легковых электромобилей используется PPA с хорошими изоляционными характеристиками, высоким напряжением пробоя, высокой прочностью изоляции, хорошей стабильностью при высокой температуре и высоком давлении, стойкостью к дуге, утечкой. стойкость и низкое влагопоглощение. (Полифталамид) пластик.

2.3 Общая конструкция конструкции

Конструкция окончательно разработанного высоковольтного разъема для пассажирских электромобилей показана на рисунке 4. Структура высоковольтного разъема представляет собой внутренний проводник, изолирующий слой, экранирующий слой и оболочку изнутри наружу. .

Рисунок 4. Устройство высоковольтного разъема легкового электромобиля.

3. Общая конструкция высоковольтного жгута проводов.

3.1 Конструкция с защитными характеристиками

Чтобы спроектированный высоковольтный жгут проводов не только отвечал основным и надежным требованиям к электрическому подключению, но и обладал превосходными характеристиками электромагнитного экранирования, была разработана конструкция экранирующих характеристик жгута высоковольтных проводов. Конструкция экранирующих характеристик высоковольтного жгута проводов в основном включает конструкцию экранирующих характеристик самого высоковольтного кабеля, конструкцию экранирующих характеристик высоковольтного кабеля и высоковольтного разъема, конструкцию экранирующих характеристик высоковольтного кабеля. сам разъем напряжения, а также конструкцию экранирования сопрягаемого интерфейса высоковольтного разъема. Чтобы улучшить характеристики экранирования самого высоковольтного кабеля, высоковольтный кабель имеет экранирующую структуру. Если кабель представляет собой комбинацию сигнальной линии и линии питания, вам следует обратить на это больше внимания. Чтобы улучшить характеристики экранирования высоковольтного кабеля и высоковольтного разъема, необходимо обеспечить надежность контакта между ними, особенно, чтобы гарантировать, что соединение не будет ослаблено в условиях сильного движения. . После подключения оплетка кабеля контактирует с экранирующим слоем, и к стыку между оплеткой кабеля и разъемом добавляется отдельная экранирующая металлическая оплетка для усиления эффекта экранирования. Чтобы улучшить экранирование самого высоковольтного разъема, разъем имеет металлическую оболочку. Чтобы улучшить характеристики экранирования на стыковочном интерфейсе разъема, в конструкции принята пружинная конструкция экрана, обеспечивающая надежный контакт между вилкой и корпусом розетки; внутренний проводник соединительной головки расположен ниже поверхности раздела оболочки, чтобы предотвратить контакт внутреннего проводника с пальцами или другим металлом, который играет определенную защитную роль и повышает безопасность; после стыковки экранирующий слой разъема розетки и разъем разъема находится в надежном контакте, так что сопрягаемая поверхность экранируется снаружи.

3.2 Механическая защита и пыле- и водонепроницаемая конструкция

Из-за большого диаметра высоковольтных кабелей для легковых электромобилей требуется специальная разводка, то есть жгуты высоковольтных проводов для легковых электромобилей прокладываются вне автомобиля. Поэтому жгуты высоковольтных проводов для легковых электромобилей должны иметь механическую защиту и иметь защиту от пыли и воды. Чтобы улучшить механическую защиту и пыле- и водонепроницаемость жгута высоковольтных проводов, между заглушенными разъемами и положением соединительных кабелей разъема приняты защитные меры, такие как уплотнительные кольца, чтобы предотвратить попадание водяного пара и пыли, тем самым обеспечение герметичности разъемов. Избегайте риска короткого замыкания между контактами, предотвращайте попадание влаги и избегайте проблем с безопасностью, таких как искры.

3.3 Расчет срока службы

Легковые электрические автомобили, движущиеся по шоссе, будут производить сильную вибрацию из-за таких факторов, как неровная поверхность дороги и скорость, что вызовет трение и износ между высоковольтным жгутом проводов и контактными частями и другими жгутами проводов, а также усталость и износ сам высоковольтный жгут. Для увеличения срока службы и качества высоковольтного жгута проводов соединение между высоковольтным кабелем и высоковольтным разъемом должно быть усилено, соединение между высоковольтным разъемом должно быть заблокировано, а проводка Схема должна быть оптимизирована. Материал жгута высоковольтной проводки должен быть выбран из износостойких материалов и проводов. Используйте антиусталостный многожильный медный провод. Кроме того, перемычка между высоковольтными разъемами является слабым местом самого высоковольтного жгута проводов. Чтобы продлить срок службы высоковольтного жгута проводов и соответствовать требованиям высоковольтной электрической системы, необходимо гарантировать количество вставок и извлечений высоковольтного разъема, а также качество подключения.

3.4 Общий дизайн конструкции

Конструкция окончательно спроектированного высоковольтного жгута для легковых электромобилей показана на рисунке 5.

Рисунок 5. Устройство высоковольтного жгута проводов легковых электромобилей.

4. Проверка работоспособности жгута проводов высокого напряжения.

Чтобы проверить, соответствуют ли конструктивная рациональность, площадь контакта, контактное сопротивление, вибростойкость и т. Д. Высоковольтного жгута проводов с применением технологии высоковольтных и сильноточных контактов требованиям высокой надежности, длительного срока службы и высокой прочности. текущие характеристики, образцы высоковольтных жгутов для легковых электромобилей. После завершения разработки проводятся соответствующие испытания производительности в соответствии с соответствующими требованиями к конструкции, и результаты испытаний показаны в таблице 1. Видно, что различные характеристики высоковольтного жгута проводов пассажирского электромобиля соответствуют стандартным требованиям, а конструкция конструкции контактов, конструкции разъема и всего высоковольтного жгута проводов является разумной.

(Источник:" Inverter World")