Základná analýza návrhu nového vysokonapäťového káblového zväzku

V súčasnosti je nový energetický automobilový priemysel v štádiu prieskumu a malého množstva skúšobnej výroby. Neexistuje žiadny priemyselný rozsah na domácom trhu alebo dokonca na medzinárodnej úrovni, takže súvisiace časti sú tiež v štádiu skúšobnej výroby. V porovnaní s celkovou technickou úrovňou zväzkov vodičov automobilov v Číne, ktorá je založená hlavne na montáži zväzkov vodičov, je však technický základ zahraničných zväzkov vodičov automobilov solídny a existujú riešenia pre zväzky vysokého napätia. Napríklad Amphenol, prvý vodca v odbore, ktorý vstúpil do oblasti nabíjacích konektorov pre elektrické a hybridné vozidlá, vyvinul vysokonapäťové káblové zväzky pre elektrické vozidlá s jednoduchou štruktúrou, vynikajúcim výkonom a vysokou akceptovateľnosťou používateľom. Spoľahlivú prácu pri vysokých teplotách, vibráciách, obmedzenom priestore a iných drsných prostrediach široko prijali rôzni domáci aj zahraniční výrobcovia automobilov; TYCO, Delphi (Delphi), LS a ďalšie zahraničné spoločnosti pozorne sledovali a uviedli na trh svoje vlastné riešenia vysokonapäťových káblových zväzkov a súvisiace produkty.

Zadanie textu s cieľom vyrovnať medzery v oblasti výskumu vysokonapäťových káblových zväzkov pre elektrické osobné automobily v mojej krajine a zbaviť sa súčasnej situácie priameho nákupu zahraničných výrobkov pre vysokonapäťové káblové zväzky požadované pre elektrické osobné automobily v Číne, bol vyvinutý vysokonapäťový a silnoprúdový vysokonapäťový kábel pre elektrické osobné automobily. Nezávislý výskum a vývoj lúča. Podľa požiadaviek na použitie vysokonapäťových káblových zväzkov vo vysokonapäťovej elektrickej sústave elektrických osobných vozidiel by navrhovaný vysokonapäťový káblový zväzok pre elektrické osobné vozidlá mal spĺňať tieto požiadavky a. Požiadavky na použiteľnosť vysokého napätia a vysokého prúdu. b. Požiadavky na bezpečnosť a spoľahlivosť, ako je elektromagnetické rušenie, vodotesnosť, antivibrácia, odolnosť proti opotrebovaniu, retardér horenia a spoľahlivý kontakt.

1. Návrh vysokonapäťového kábla

Tradičné automobily sú poháňané benzínovými motormi. Úlohou tradičných automobilových káblov je prenášať riadiace signály a prúd a napätie sú veľmi malé. Preto je priemer kábla malý a konštrukcia je jednoduchá kvôli vodiču a izolácii. Podľa požiadaviek na používanie vysokonapäťových káblov pre elektrické osobné automobily však vysokonapäťové káble pre elektrické osobné automobily hrajú hlavne úlohu prenosu energie a potreby prenášať energiu batérie do každého subsystému. Preto musí vysokonapäťový káblový zväzok určený pre elektrické osobné automobily spĺňať vysokonapäťový prúdový prenos. Vysokonapäťové káble elektrických osobných automobilov nesú vysoké napätie (menovité napätie do 600 V), vysoký prúd (menovitý prúd do 600 A) a silné elektromagnetické žiarenie, takže priemer kábla sa výrazne zvyšuje. Súčasne, aby sa zabránilo elektromagnetickému žiareniu na okolitú elektroniku, zariadenie produkuje silné elektromagnetické rušenie, ktoré ovplyvňuje normálnu činnosť iných elektronických zariadení. Kábel je tiež navrhnutý s antielektromagnetickou interferenčnou tieniacou štruktúrou, to znamená, že je použitá koaxiálna štruktúra a vnútorný vodič a vonkajší vodič (tienenie) spolupracujú a magnetické pole v kábli je distribuované v sústredných kruhoch. Elektrické pole smeruje od vnútorného vodiča k vonkajšiemu vodiču, takže elektromagnetické pole okolo kábla je nulové, to znamená, že elektromagnetické žiarenie je tienené, čo zaisťuje normálnu prevádzku elektrického vozidla.

Izolačné materiály pre prvé automobilové káble boli hlavne PVC (polyvinylchlorid), ale PVC obsahovalo olovo, ktoré bolo škodlivé pre človeka. V posledných rokoch ho postupne používali LSZH (bezhalogénový bezhalogénový materiál), TPE (termoplastický elastomér) a XLPE polyetylén), silikónový kaučuk a ďalšie materiály. Pretože vysokonapäťové káble pre elektrické osobné automobily vyhovujú požiadavkám na vysokonapäťové, silnoprúdové a elektromagnetické rušenie, musia tiež zodpovedať požiadavkám na odolnosť proti opotrebovaniu a retardáciu horenia. Preto sa porovnávajú vlastnosti týchto materiálov:

a. LSZH možno rozdeliť do dvoch kategórií: PO (polyolefín) a EPR (etylénpropylénová guma), z ktorých hlavný prúd tvoria káblové materiály PO. Zloženie káblového materiálu LSZH s retardérom horenia typu PO obsahuje veľké množstvo anorganického retardéra horenia AI (OH) 3, Mg (OH) 2, takže káblový materiál má dobrý retardér horenia, nízky dym, bez halogénov, nízku toxicitu atď. Vlastnosti, ale odlišuje sa tiež od ostatných nehorľavých materiálov a materiálov retardérov horenia obsahujúcich halogény, pokiaľ ide o fyzikálne a mechanické vlastnosti, elektrické vlastnosti a výkonnosť procesu extrúzie.

b. TPE je polymérny materiál s gumovými aj termoplastickými vlastnosťami. Vykazuje vysokú pružnosť gumy pri izbovej teplote a dá sa plastifikovať a tvarovať pri vysokých teplotách, ale materiál nie je odolný proti opotrebovaniu a nemôže vyhovovať požiadavkám vysokonapäťových káblov pre elektrické osobné automobily. Požiadavky na použitie nosníkov.

c. XLPE je vyrobený z obyčajného materiálu PE (polyetylén) s teplotnou odolnosťou 75 ℃ po zosieťovaní ožarovaním, jeho teplotná odolnosť môže dosiahnuť 150 ℃ a má vynikajúce fyzikálne a mechanické vlastnosti, odolnosť proti preťaženiu a dlhú životnosť a ďalšie vlastnosti, ale nie spomaľovač horenia.

d. Silikónový kaučuk má vysoké prierazné napätie, má preto odolnosť voči oblúku, stopovým únikom a ozónu. Má tiež dobrú odolnosť proti vysokým a nízkym teplotám, odolnosť voči vysokej teplote až do 200 ° C, dobrý izolačný výkon a vysokú teplotu a vlhkosť. Stabilný výkon a spomaľovanie horenia za daných podmienok. Po porovnaní vlastností vyššie uvedených materiálov sa silikónový kaučuk stal prvou voľbou pre vysokonapäťové izolačné materiály káblov pre elektrické osobné automobily kvôli jeho dobrým fyzikálnym a mechanickým vlastnostiam, dlhej životnosti a nízkej cene. Štruktúra finálneho navrhnutého vysokonapäťového kábla pre elektrické osobné vozidlá je znázornená na obrázku 1.

Obrázok 1. Štruktúra vysokonapäťových káblov pre elektrické osobné automobily

2. Návrh vysokonapäťového konektora

2.1 Návrh vysokonapäťových kontaktov

Spravidla majú konektory (hlavne kontakty v nich) limity prevádzkovej teploty. Akonáhle prevádzková teplota prekročí stanovený limit, konektor bude z dôvodu tepla menej bezpečný alebo dokonca zlyhá. Existujú dva hlavné dôvody zvýšenia teploty konektora:

a. Samotné auto. Najhorúcejšia časť na aute je okolo motora, napríklad teplota okolo tradičného motora automobilu môže dosiahnuť 125 ° C alebo viac.

b. Samotný konektor. Konektor bude počas používania generovať teplo a kontakty vložené do konektora majú kontaktný odpor. Čím väčší je kontaktný odpor, tým väčšia je strata výkonu, tým vyššia je teplota kontaktu a tým nižšia je spoľahlivosť. V tejto súvislosti je potrebné venovať osobitnú pozornosť návrhu vysokonapäťových a silnoprúdových konektorov pre elektrické osobné vozidlá. Aby sa zabránilo nadmerne vysokej teplote použitia, aby nedošlo k poškodeniu izolačného materiálu v konektore, zníženiu jeho izolačného výkonu alebo dokonca k vyhoreniu a následnému zníženiu pružnosti kontaktu po zahriatí alebo tvorbe izolačného filmu v kontaktnej oblasti , čo znižuje spoľahlivosť kontaktov a zvyšuje Veľký kontaktný odpor, ktorý zosilňuje zvýšenie prevádzkovej teploty a taký začarovaný kruh nakoniec vedie k poruche spojenia a kontaktu. Je potrebné racionálne navrhnúť veľké prúdové kontakty vo vysokonapäťových a veľkých prúdových konektoroch elektrických osobných vozidiel.

Pri navrhovaní vysokoprúdových kontaktov bude výber kontaktného formulára priamo závisieť od kvality a ceny konektora. Spravidla kontaktné formy kontaktov zahŕňajú hlavne listový typ, typ listovej pružiny a typ drôtovej pružiny, ako je znázornené na obrázku 2.

Obrázok 2. Štruktúra troch typov kontaktov

Objímka kontaktu pre čip je valcová hlavica so štrbinami a uzavreté a objímka je spracovaná drôtom (tyčou) z berýliového bronzu. Surovina je nákladnejšia a následný proces zatvárania sa ťažko kontroluje, je ťažké zaručiť konzistenciu kvality produktu a náklady sú vysoké.

Zdvihák kontaktu listovej pružiny je otvor s korunovou pružinou a do zdviháka sú umiestnené 1 až 2 špirály listovej pružiny. Každá listová pružinová špirála sa skladá z viacerých pružinových listov a všetky pružinové listy sú vyklenuté dovnútra, aby vytvorili pružnú pružinovú špirálu; keď sú objímka a čap zladené, každý list pružiny je v kontakte s čapom a vytvára prítlačnú silu na zabezpečenie stabilného kontaktu vo viacerých bodoch; objímka listovej pružiny sa skladá z mosadzných automobilových dielov a lisovacích dielov korunnej pružiny, dobrej konzistencie produktu a nízkych nákladov. Patentovaná štruktúra konektora RADSOK spoločnosti Amphenol (ako je znázornené na obrázku 3) využíva technológiu hyperbolickej korunovej pružiny na zväčšenie kontaktnej plochy o 65% a jej povrch je postriebrená vrstva s vysokou odolnosťou proti opotrebovaniu.

Obrázok 3. Štruktúra konektora RADSOK Amphenol&# 39

Zdvihákom kontaktu s drôtenou pružinou je otvor pre drôtenú pružinu. Konštrukcia zdviháka je podobná ako pri zdvíhadle s listovými pružinami, až na to, že drôtený zdvihák je zložený z pružinového drôtu. Aj keď má zdvihák s drôtenou pružinou vynikajúci výkon, proces je komplikovaný, náklady sú tiež vyššie.

Po porovnaní vyššie uvedených typov kontaktov prijíma vysokonapäťový a silnoprúdový konektor elektrického osobného automobilu vysokoprúdový listový pružinový kontakt. Súčasne na zvýšenie spoľahlivosti kontaktov a únosnosti prúdu a na splnenie ďalších indexových požiadaviek silnoprúdových kontaktov používa vysokoprúdový kontakt listovej pružiny dvojstupňový zdvihák listovej pružiny s dvojitým jazýčkom. Nakoniec sa podarilo navrhnúť vysokoprúdový kontakt výpočtom kontaktného odporu vysokoprúdového kontaktu, návrhom konštrukcie a úpravou konštrukcie vzorky.

2.2 Návrh odolnosti proti vysokému tlaku

Na splnenie konštrukčných požiadaviek na vysokonapäťové konektory pre elektrické osobné vozidlá je potrebné zabezpečiť, aby každá časť vysokonapäťového konektora mala dostatočnú dielektrickú pevnosť prostredníctvom konštrukčného riešenia a výberu materiálu, aby sa zabezpečil jeho vysokonapäťový odpor. Konštrukcia vysokonapäťového odporu vysokonapäťových konektorov pre elektrické osobné vozidlá zahŕňa hlavne povrchovú vzdialenosť, vzduchovú medzeru rozhrania a izolačné materiály.

Povrchová cesta znamená, že keď je pracovné napätie príliš veľké, okamžité prepätie spôsobí, že prúd uvoľní oblúk pozdĺž medzery medzi izoláciou, čo poškodí zariadenie a dokonca aj obsluhu. Táto izolačná medzera je povrchovou cestou. Trvalé pracovné napätie oblúka určuje plazivú elektrickú vzdialenosť. Pri konštrukcii konštrukcie vysokonapäťového konektora by sa povrchová cesta mala čo najviac zväčšiť. Vzhľadom na to, že dielektrické výdržné napätie konektora je nad 400 V, je po dôkladnom výpočte a overení navrhnutá povrchová vzdialenosť konektora viac ako 24 mm, čo môže plne vyhovieť vysokým požiadavkám na použitie konektora 600 V.

Aby sa zlepšila odolnosť konektora proti vysokému tlaku, po zasunutí konektora by mala byť časť rozhrania pripevnená bez vzduchovej medzery. Rozhranie konektora obsahuje hlavne párovacie rozhranie konektora a zásuvky, kontaktu konektora a spojovacej časti drôtu. Tieto časti je potrebné naplniť médiom bez vzduchu, aby sa spoľahlivo zabezpečilo, že sa konektor nerozbije. Aby sa zabránilo existencii vzduchových medzier rozhrania, boli pri návrhu vysokonapäťových konektorov prijaté nasledujúce opatrenia:

a. Na spojovacom rozhraní sa používa mäkký izolačný materiál, aby sa zabezpečilo, že sa vzduchová medzera vyplní, kým sa pári na danom mieste.

b. Izolácia mimo kontaktného kusu zásuvky je tvarovaná tak, aby vyplnila medzeru mimo kontaktného kusu.

c. Spojovací povrch zástrčky a zásuvky má zúženú štruktúru.

d. Po pripojení kontaktu na kábel časť izolácie kábla zasahuje do krytu konektora.

Na zlepšenie vysokonapäťového odporu konektora používa vysokonapäťový konektor pre elektrické osobné vozidlá PPA s dobrým izolačným výkonom, vysokým prierazným napätím, vysokou izolačnou pevnosťou, dobrou stabilitou pri vysokej teplote a vysokom tlaku, odolnosťou proti oblúku, únikom odolnosť a nízka absorpcia vlhkosti. Plast (polyftalamid).

2.3 Celkový návrh konštrukcie

Konštrukcia konečného vysokonapäťového konektora pre elektrické osobné vozidlá je znázornená na obrázku 4. Konštrukcia vysokonapäťového konektora je vnútorný vodič, izolačná vrstva, tieniaca vrstva a plášť z vnútornej strany smerom von .

Obrázok 4. Štruktúra vysokonapäťového konektora elektrického osobného automobilu

3. Celková konštrukcia vysokonapäťového káblového zväzku

3.1 Návrh výkonu tienenia

Aby navrhnutý vysokonapäťový káblový zväzok nielen spĺňal základné a spoľahlivé požiadavky na elektrické pripojenie, ale mal aj vynikajúci elektromagnetický výkon tienenia, je vyvinutý návrh výkonového tienenia káblového zväzku vysokého napätia. Návrh výkonu tienenia vysokonapäťového káblového zväzku obsahuje hlavne návrh výkonu tienenia samotného vysokonapäťového kábla, návrh výkonu tienenia vysokonapäťového kábla a vysokonapäťového konektora, návrh výkonu tienenia vysokonapäťového kábla. samotný konektor napätia a návrh výkonu tienenia spojovacieho rozhrania konektora vysokého napätia. Na zvýšenie výkonu tienenia samotného vysokonapäťového kábla má vysokonapäťový kábel štítovú štruktúru. Ak je kábel kombináciou signálneho a elektrického vedenia, mali by ste tomu venovať väčšiu pozornosť. Aby sa zlepšil výkon tienenia vysokonapäťového kábla a vysokonapäťového konektora, je potrebné zabezpečiť spoľahlivosť kontaktu medzi nimi, najmä zabezpečiť, aby za podmienok silného pohybu nedošlo k uvoľneniu spojenia. . Po pripojení je káblové opletenie v kontakte s tieniacou vrstvou a do spoja medzi káblovým opletením a konektorom sa pridá samostatné tieniace kovové opletenie, aby sa posilnil efekt tienenia. Aby sa zlepšil výkon tienenia samotného vysokonapäťového konektora, má konektor kovový plášť. Aby sa zlepšil výkon tienenia na spojovacom rozhraní konektora, je v konštrukcii použitá konštrukcia pružinovej ochrany, ktorá zaisťuje spoľahlivý kontakt medzi zástrčkou a plášťom zásuvky; vnútorný vodič hlavy konektora je nižší ako rozhranie plášťa, aby sa zabránilo kontaktu vnútorného vodiča s prstami alebo inými kovmi. Kov hrá určitú ochrannú úlohu a zvyšuje bezpečnosť; po párení je tieniaca vrstva konektora zásuvky a konektora spoľahlivo v kontakte, takže párovacia plocha je z vonkajšej strany tienená.

3.2 Mechanická ochrana a prachotesné a vodotesné prevedenie

Z dôvodu veľkého priemeru vysokonapäťových káblov pre elektrické osobné automobily je potrebné špeciálne vedenie, to znamená, že vysokonapäťové káblové zväzky pre elektrické osobné automobily sú rozmiestnené mimo vozidla. Preto musia byť vysokonapäťové káblové zväzky pre elektrické osobné automobily mechanicky chránené a navrhnuté tak, aby boli odolné voči prachu a vode. Aby sa zlepšila mechanická ochrana a prachotesný a vodotesný výkon vysokonapäťového káblového zväzku, sú medzi zasunutými konektormi a polohou pripojovacích káblov konektora prijaté ochranné opatrenia, ako sú tesniace krúžky, ktoré zabraňujú prenikaniu vodnej pary a prachu, zabezpečenie utesňovacieho prostredia konektorov. Vyvarujte sa riziku skratu medzi kontaktmi, zabráňte vnikaniu vlhkosti a bezpečnostným problémom, ako sú iskry.

3.3 Návrh životnosti

Elektrické osobné automobily jazdiace po diaľnici budú produkovať vysoké vibrácie v dôsledku faktorov, ako sú nerovný povrch vozovky a rýchlosť, ktoré spôsobia trenie a opotrebenie medzi vysokonapäťovým káblovým zväzkom a kontaktnými časťami a inými káblovými zväzkami, ako aj únavou a opotrebovaním samotný vysokonapäťový káblový zväzok. Na zvýšenie životnosti a kvality vysokonapäťového káblového zväzku by sa malo posilniť spojenie medzi vysokonapäťovým káblom a vysokonapäťovým konektorom, malo by sa uzamknúť spojenie medzi vysokonapäťovým konektorom a elektroinštaláciou. schéma by sa mala optimalizovať. Materiál vysokonapäťového káblového zväzku by sa mal zvoliť z materiálov a drôtov odolných proti opotrebeniu. Použite protiúnavový medený lankový vodič. Okrem toho je spojovací článok medzi vysokonapäťovými konektormi slabým miestom samotného vysokonapäťového káblového zväzku. Aby sa zlepšila životnosť vysokonapäťového káblového zväzku a splnili požiadavky vysokonapäťového elektrického systému, musí byť zaručený počet zasunutia a vybratia vysokonapäťového konektora a kvalita spojenia.

3.4 Celkový návrh konštrukcie

Štruktúra finálneho navrhnutého vysokonapäťového káblového zväzku pre elektrické osobné vozidlá je znázornená na obrázku 5.

Obrázok 5. Štruktúra vysokonapäťového káblového zväzku pre elektrické osobné automobily

4. Test výkonu vysokonapäťového káblového zväzku

Za účelom overenia, či štrukturálna racionalita, kontaktná plocha, kontaktný odpor, vibračná odolnosť atď. Vysokonapäťového káblového zväzku navrhnutého pomocou vysokonapäťovej a silnoprúdovej kontaktnej technológie spĺňajú požiadavky vysokej spoľahlivosti, dlhej životnosti a vysokého súčasný výkon, vzorky vysokonapäťových káblových zväzkov pre elektrické osobné vozidlá. Po ukončení vývoja sa vykonajú príslušné skúšky výkonu v súlade s príslušnými požiadavkami na dizajn a výsledky skúšok sú uvedené v tabuľke 1. Je zrejmé, že rôzne výkony vysokonapäťového káblového zväzku elektrického osobného vozidla spĺňajú štandardné požiadavky a konštrukcia kontaktnej konštrukcie, konektorovej konštrukcie a celého vysokonapäťového káblového zväzku je primeraná.

(Zdroj:" Inverter World")