نمای کلی کانکتور ولتاژ بالا
کانکتورهای ولتاژ بالا که به عنوان کانکتورهای ولتاژ بالا نیز شناخته می‌شوند، نوعی کانکتور خودرو هستند. آنها عموماً به کانکتورهایی با ولتاژ کاری بالای 60 ولت اشاره دارند و عمدتاً مسئول انتقال جریان‌های بزرگ هستند.
کانکتورهای ولتاژ بالا عمدتاً در مدارهای ولتاژ و جریان بالای وسایل نقلیه الکتریکی استفاده می‌شوند. آنها با سیم‌ها کار می‌کنند تا انرژی باتری را از طریق مدارهای الکتریکی مختلف به اجزای مختلف سیستم خودرو مانند باتری‌ها، کنترل‌کننده‌های موتور و مبدل‌های DCDC منتقل کنند. اجزای ولتاژ بالا مانند مبدل‌ها و شارژرها.
در حال حاضر، سه سیستم استاندارد اصلی برای کانکتورهای ولتاژ بالا وجود دارد که عبارتند از پلاگین استاندارد LV، پلاگین استاندارد USCAR و پلاگین استاندارد ژاپنی. در بین این سه پلاگین، LV در حال حاضر بیشترین تیراژ را در بازار داخلی و کامل‌ترین استانداردهای فرآیندی را دارد.
نمودار فرآیند مونتاژ کانکتور ولتاژ بالا
ساختار اساسی کانکتور ولتاژ بالا
کانکتورهای ولتاژ بالا عمدتاً از چهار ساختار اساسی تشکیل شده‌اند: کنتاکتورها، عایق‌ها، پوسته‌های پلاستیکی و لوازم جانبی.
(1) کنتاکت‌ها: قطعات اصلی که اتصالات الکتریکی را کامل می‌کنند، یعنی ترمینال‌های نر و ماده، نی‌ها و غیره؛
(2) عایق: از کنتاکت‌ها پشتیبانی می‌کند و عایق بین کنتاکت‌ها، یعنی پوسته پلاستیکی داخلی را تضمین می‌کند.
(3) پوسته پلاستیکی: پوسته کانکتور، تراز بودن کانکتور را تضمین می‌کند و از کل کانکتور، یعنی پوسته پلاستیکی بیرونی، محافظت می‌کند.
(4) لوازم جانبی: شامل لوازم جانبی سازه‌ای و لوازم جانبی نصب، یعنی پین‌های موقعیت‌یابی، پین‌های راهنما، حلقه‌های اتصال، حلقه‌های آب‌بندی، اهرم‌های چرخان، سازه‌های قفل‌کننده و غیره.
نمای انفجاری کانکتور ولتاژ بالا
طبقه بندی کانکتورهای ولتاژ بالا
کانکتورهای ولتاژ بالا را می‌توان از چندین طریق تشخیص داد. اینکه کانکتور عملکرد محافظ دارد یا خیر، تعداد پین‌های کانکتور و غیره، همگی می‌توانند برای تعریف طبقه‌بندی کانکتور استفاده شوند.
1.آیا محافظ وجود دارد یا خیر
کانکتورهای ولتاژ بالا بر اساس اینکه آیا عملکرد محافظ دارند یا خیر، به کانکتورهای بدون محافظ و کانکتورهای محافظ تقسیم می‌شوند.
کانکتورهای بدون شیلد ساختار نسبتاً ساده‌ای دارند، فاقد عملکرد شیلد هستند و هزینه نسبتاً کمی دارند. در مکان‌هایی که نیازی به شیلد ندارند، مانند لوازم برقی پوشیده شده با قاب‌های فلزی مانند مدارهای شارژ، قسمت‌های داخلی بسته باتری و قسمت‌های داخلی کنترل، استفاده می‌شوند.
نمونه‌هایی از کانکتورهای بدون لایه محافظ و بدون طراحی قفل داخلی ولتاژ بالا
کانکتورهای شیلددار ساختار پیچیده‌ای دارند، به شیلد نیاز دارند و هزینه نسبتاً بالایی دارند. این کانکتورها برای مکان‌هایی که عملکرد شیلد مورد نیاز است، مانند جایی که قسمت بیرونی لوازم برقی به سیم‌کشی‌های ولتاژ بالا متصل است، مناسب هستند.
مثالی از طراحی کانکتور با شیلد و HVIL
2. تعداد پریزها
کانکتورهای ولتاژ بالا بر اساس تعداد پورت‌های اتصال (PIN) تقسیم‌بندی می‌شوند. در حال حاضر، رایج‌ترین آنها کانکتور 1P، کانکتور 2P و کانکتور 3P هستند.
کانکتور 1P ساختار نسبتاً ساده و هزینه کمی دارد. این کانکتور الزامات محافظت و ضد آب بودن سیستم‌های ولتاژ بالا را برآورده می‌کند، اما فرآیند مونتاژ آن کمی پیچیده است و قابلیت کار مجدد آن ضعیف است. عموماً در باتری‌ها و موتورها استفاده می‌شود.
کانکتورهای 2P و 3P ساختارهای پیچیده و هزینه‌های نسبتاً بالایی دارند. این کانکتورها الزامات محافظت و ضد آب بودن سیستم‌های ولتاژ بالا را برآورده می‌کنند و قابلیت نگهداری خوبی دارند. عموماً برای ورودی و خروجی DC، مانند باتری‌های ولتاژ بالا، ترمینال‌های کنترلر، ترمینال‌های خروجی DC شارژر و غیره استفاده می‌شوند.
مثال کانکتور ولتاژ بالای 1P/2P/3P
الزامات عمومی برای کانکتورهای ولتاژ بالا
کانکتورهای ولتاژ بالا باید با الزامات مشخص شده توسط SAE J1742 مطابقت داشته باشند و الزامات فنی زیر را داشته باشند:
الزامات فنی مشخص شده توسط SAE J1742
عناصر طراحی کانکتورهای ولتاژ بالا
الزامات کانکتورهای ولتاژ بالا در سیستم‌های ولتاژ بالا شامل موارد زیر است، اما محدود به آنها نیست: عملکرد در ولتاژ و جریان بالا؛ نیاز به دستیابی به سطوح بالاتر حفاظت در شرایط کاری مختلف (مانند دمای بالا، لرزش، ضربه، ضد گرد و غبار و ضد آب و غیره)؛ قابلیت نصب؛ عملکرد خوب در برابر حفاظت الکترومغناطیسی؛ هزینه باید تا حد امکان کم و بادوام باشد.
با توجه به ویژگی‌ها و الزامات فوق که کانکتورهای ولتاژ بالا باید داشته باشند، در ابتدای طراحی کانکتورهای ولتاژ بالا، عناصر طراحی زیر باید در نظر گرفته شوند و طراحی هدفمند و تأیید آزمایش انجام شود.
فهرست مقایسه‌ای عناصر طراحی، عملکرد مربوطه و آزمایش‌های تأیید کانکتورهای ولتاژ بالا
تحلیل خرابی و اقدامات مربوط به کانکتورهای ولتاژ بالا
برای بهبود قابلیت اطمینان طراحی کانکتور، ابتدا باید حالت خرابی آن تجزیه و تحلیل شود تا بتوان کارهای طراحی پیشگیرانه مربوطه را انجام داد.
کانکتورها معمولاً سه حالت اصلی خرابی دارند: تماس ضعیف، عایق‌بندی ضعیف و اتصال شل.
(1) برای تماس ضعیف، می‌توان از شاخص‌هایی مانند مقاومت تماس استاتیک، مقاومت تماس دینامیک، نیروی جداسازی تک سوراخ، نقاط اتصال و مقاومت ارتعاشی اجزا برای قضاوت استفاده کرد.
(2) برای عایق‌بندی ضعیف، می‌توان مقاومت عایقی عایق، نرخ تخریب زمانی عایق، شاخص‌های اندازه عایق، کنتاکت‌ها و سایر قطعات را برای قضاوت تشخیص داد.
(3) برای بررسی قابلیت اطمینان نوع ثابت و جدا شده، می‌توان تلرانس مونتاژ، گشتاور استقامتی، نیروی نگهدارنده پین اتصال، نیروی درج پین اتصال، نیروی نگهدارنده در شرایط تنش محیطی و سایر شاخص‌های ترمینال و کانکتور را برای قضاوت آزمایش کرد.
پس از تجزیه و تحلیل حالت‌های اصلی خرابی و اشکال خرابی کانکتور، می‌توان اقدامات زیر را برای بهبود قابلیت اطمینان طراحی کانکتور انجام داد:
(1) کانکتور مناسب را انتخاب کنید.
انتخاب کانکتورها نه تنها باید نوع و تعداد مدارهای متصل را در نظر بگیرد، بلکه باید ترکیب تجهیزات را نیز تسهیل کند. به عنوان مثال، کانکتورهای دایره‌ای نسبت به کانکتورهای مستطیلی کمتر تحت تأثیر آب و هوا و عوامل مکانیکی قرار می‌گیرند، سایش مکانیکی کمتری دارند و به طور قابل اعتمادی به انتهای سیم‌ها متصل می‌شوند، بنابراین باید تا حد امکان کانکتورهای دایره‌ای انتخاب شوند.
(2) هرچه تعداد کنتاکت‌ها در یک کانکتور بیشتر باشد، قابلیت اطمینان سیستم کمتر است. بنابراین، اگر فضا و وزن اجازه می‌دهد، سعی کنید کانکتوری با تعداد کنتاکت‌های کمتر انتخاب کنید.
(3) هنگام انتخاب کانکتور، شرایط کاری تجهیزات باید در نظر گرفته شود.
دلیل این امر این است که جریان بار کل و حداکثر جریان عملیاتی کانکتور اغلب بر اساس گرمای مجاز هنگام کار در بالاترین شرایط دمایی محیط اطراف تعیین می‌شوند. به منظور کاهش دمای کاری کانکتور، شرایط اتلاف گرمای کانکتور باید به طور کامل در نظر گرفته شود. به عنوان مثال، می‌توان از کنتاکت‌های دورتر از مرکز کانکتور برای اتصال منبع تغذیه استفاده کرد که برای اتلاف گرما مفیدتر است.
(4) ضد آب و ضد خوردگی.
وقتی کانکتور در محیطی با گازها و مایعات خورنده کار می‌کند، برای جلوگیری از خوردگی، باید به امکان نصب افقی آن از کنار در حین نصب توجه شود. وقتی شرایط ایجاب می‌کند که به صورت عمودی نصب شود، باید از جریان یافتن مایع به داخل کانکتور در امتداد سیم‌ها جلوگیری شود. معمولاً از کانکتورهای ضد آب استفاده کنید.
نکات کلیدی در طراحی کنتاکت‌های کانکتور ولتاژ بالا
فناوری اتصال تماسی عمدتاً ناحیه تماس و نیروی تماسی، از جمله اتصال تماسی بین ترمینال‌ها و سیم‌ها، و اتصال تماسی بین ترمینال‌ها را بررسی می‌کند.
قابلیت اطمینان کنتاکت‌ها عامل مهمی در تعیین قابلیت اطمینان سیستم است و همچنین بخش مهمی از کل مجموعه سیم‌کشی ولتاژ بالا می‌باشد.با توجه به محیط کاری سخت برخی از ترمینال‌ها، سیم‌ها و کانکتورها، اتصال بین ترمینال‌ها و سیم‌ها و اتصال بین ترمینال‌ها و ترمینال‌ها مستعد خرابی‌های مختلفی مانند خوردگی، فرسودگی و شل شدن در اثر لرزش است.
از آنجایی که خرابی‌های دسته سیم‌های برق ناشی از آسیب، شل بودن، افتادن و خرابی کنتاکت‌ها بیش از ۵۰٪ از خرابی‌ها در کل سیستم الکتریکی را تشکیل می‌دهند، باید در طراحی قابلیت اطمینان سیستم الکتریکی ولتاژ بالای خودرو، به طراحی قابلیت اطمینان کنتاکت‌ها توجه کامل شود.
۱. اتصال تماسی بین ترمینال و سیم
اتصال بین ترمینال‌ها و سیم‌ها به اتصال بین این دو از طریق فرآیند پرس یا فرآیند جوشکاری اولتراسونیک اشاره دارد. در حال حاضر، فرآیند پرس و فرآیند جوشکاری اولتراسونیک معمولاً در مهار سیم‌های ولتاژ بالا استفاده می‌شوند که هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند.
(1) فرآیند چین دادن
اصل فرآیند پرس کردن، استفاده از نیروی خارجی برای فشردن فیزیکی سیم هادی به داخل قسمت پرس شده ترمینال است. ارتفاع، عرض، وضعیت مقطع و نیروی کشش پرس ترمینال، اجزای اصلی کیفیت پرس ترمینال هستند که کیفیت پرس را تعیین می‌کنند.
با این حال، باید توجه داشت که ریزساختار هر سطح جامدی که به خوبی پردازش شده باشد، همیشه خشن و ناهموار است. پس از چین خوردن ترمینال‌ها و سیم‌ها، تماس کل سطح تماس نیست، بلکه تماس برخی از نقاط پراکنده در سطح تماس است. سطح تماس واقعی باید کوچکتر از سطح تماس تئوری باشد، که دلیل مقاومت تماسی بالای فرآیند چین خوردن نیز همین است.
پرس مکانیکی به شدت تحت تأثیر فرآیند پرس، مانند فشار، ارتفاع پرس و غیره قرار دارد. کنترل تولید باید از طریق روش‌هایی مانند ارتفاع پرس و آنالیز پروفیل/آنالیز متالوگرافی انجام شود. بنابراین، ثبات پرس فرآیند پرس متوسط و سایش ابزار زیاد و قابلیت اطمینان متوسط است.
فرآیند پرس مکانیکی به بلوغ رسیده و طیف وسیعی از کاربردهای عملی را در بر می‌گیرد. این یک فرآیند سنتی است. تقریباً همه تأمین‌کنندگان بزرگ، محصولات مهار سیم را با استفاده از این فرآیند تولید می‌کنند.
پروفیل‌های تماس ترمینال و سیم با استفاده از فرآیند پرسکاری
(2) فرآیند جوشکاری التراسونیک
جوشکاری التراسونیک از امواج ارتعاشی با فرکانس بالا برای انتقال به سطوح دو جسم مورد جوش استفاده می‌کند. تحت فشار، سطوح دو جسم به یکدیگر ساییده می‌شوند تا بین لایه‌های مولکولی جوش ایجاد شود.
جوشکاری التراسونیک از یک مولد التراسونیک برای تبدیل جریان ۵۰/۶۰ هرتز به انرژی الکتریکی ۱۵، ۲۰، ۳۰ یا ۴۰ کیلوهرتز استفاده می‌کند. انرژی الکتریکی فرکانس بالای تبدیل شده دوباره از طریق مبدل به حرکت مکانیکی با همان فرکانس تبدیل می‌شود و سپس حرکت مکانیکی از طریق مجموعه‌ای از دستگاه‌های بوق که می‌توانند دامنه را تغییر دهند به سر جوشکاری منتقل می‌شود. سر جوشکاری انرژی ارتعاش دریافتی را به محل اتصال قطعه کار مورد جوشکاری منتقل می‌کند. در این ناحیه، انرژی ارتعاش از طریق اصطکاک به انرژی گرمایی تبدیل می‌شود و فلز را ذوب می‌کند.
از نظر عملکرد، فرآیند جوشکاری اولتراسونیک مقاومت تماسی کمی دارد و برای مدت طولانی گرمای بیش از حد کمی تولید می‌کند؛ از نظر ایمنی، قابل اعتماد است و در اثر ارتعاش طولانی مدت به راحتی شل و جدا نمی‌شود؛ می‌توان از آن برای جوشکاری بین مواد مختلف استفاده کرد؛ تحت تأثیر اکسیداسیون سطح یا پوشش قرار می‌گیرد؛ کیفیت جوشکاری را می‌توان با نظارت بر شکل موج‌های مربوط به فرآیند چین‌خوردگی قضاوت کرد.
اگرچه هزینه تجهیزات فرآیند جوشکاری اولتراسونیک نسبتاً بالا است و قطعات فلزی که باید جوش داده شوند نمی‌توانند خیلی ضخیم باشند (عموماً ≤5 میلی‌متر)، جوشکاری اولتراسونیک یک فرآیند مکانیکی است و در کل فرآیند جوشکاری هیچ جریانی جریان نمی‌یابد، بنابراین هیچ مشکلی وجود ندارد. مسائل مربوط به رسانایی گرما و مقاومت ویژه، روندهای آینده جوشکاری مهار سیم ولتاژ بالا هستند.
ترمینال‌ها و هادی‌های دارای جوشکاری مافوق صوت و سطح مقطع تماس آنها
صرف نظر از فرآیند پرس یا فرآیند جوشکاری اولتراسونیک، پس از اتصال ترمینال به سیم، نیروی کشش آن باید الزامات استاندارد را برآورده کند. پس از اتصال سیم به کانکتور، نیروی کشش نباید کمتر از حداقل نیروی کشش باشد.
زمان ارسال: دسامبر-06-2023