Elementaranalyse zum Design eines neuen Hochspannungskabelbaums

Gegenwärtig befindet sich die neue Energie-Automobilindustrie im Stadium der Exploration und einer geringen Menge an Versuchsproduktionen, und es gibt weder im Inland noch international einen industriellen Maßstab, so dass sich verwandte Teile auch in der Versuchsproduktion befinden. Verglichen mit dem technischen Gesamtniveau der Fahrzeugkabelbäume in China, das hauptsächlich auf der Kabelbaummontage basiert, ist die technische Grundlage für ausländische Fahrzeugkabelbäume solide, und es gibt Lösungen für Hochspannungskabelbäume. Zum Beispiel hat Amphenol, der erste Branchenführer auf dem Gebiet der Ladeanschlüsse für Elektro- und Hybridfahrzeuge, Hochspannungskabelbäume für Elektrofahrzeuge mit einfacher Struktur, hervorragender Leistung und hoher Benutzerakzeptanz entwickelt. Zuverlässige Arbeiten unter hohen Temperaturen, Vibrationen, begrenztem Platz und anderen rauen Umgebungen wurden von verschiedenen in- und ausländischen Automobilherstellern weitgehend übernommen. TYCO, Delphi (Delphi), LS und andere ausländische Unternehmen folgten genau und führten ihre eigenen Hochspannungskabelbaumlösungen und verwandte Produkte ein.

Eingabe des Textes, um die Forschungslücken im Bereich der Hochspannungskabelbäume für elektrische Personenkraftwagen in meinem Land auszugleichen und die derzeitige Situation des direkten Kaufs ausländischer Produkte für die Hochspannungskabelbäume zu beseitigen Für elektrische Personenkraftwagen in China wurde ein Hochspannungs- und Hochstrom-Hochspannungskabel für elektrische Personenkraftwagen entwickelt. Unabhängige Forschung und Entwicklung des Strahls. Entsprechend den Anforderungen für die Verwendung von Hochspannungskabelbäumen im elektrischen Hochspannungsnetz von elektrischen Personenkraftwagen sollte der entworfene Hochspannungskabelbaum für elektrische Personenkraftwagen die folgenden Anforderungen erfüllen: a. Anforderungen an die Verwendbarkeit von Hochspannung und Hochstrom. b. Sicherheits- und Zuverlässigkeitsanforderungen wie elektromagnetische Störungen, Wasserdichtigkeit, Vibrationsschutz, Verschleißfestigkeit, Flammschutzmittel und zuverlässiger Kontakt.

1. Design des Hochspannungskabels

Traditionelle Autos werden von Benzinmotoren angetrieben. Die Rolle herkömmlicher Fahrzeugkabel besteht darin, Steuersignale zu übertragen, und Strom und Spannung sind sehr gering. Daher ist der Kabeldurchmesser klein und die Struktur ist aufgrund des Leiters und der Isolierung einfach. Entsprechend den Anforderungen für die Verwendung von Hochspannungskabeln für elektrische Personenkraftwagen spielen die Hochspannungskabel für elektrische Personenkraftwagen hauptsächlich die Rolle der Energieübertragung und müssen die Energie der Batterie an jedes Teilsystem übertragen. Daher muss der für elektrische Personenkraftwagen ausgelegte Hochspannungskabelbaum der Hochspannungsstromübertragung entsprechen. Die Hochspannungskabel von elektrischen Personenkraftwagen tragen Hochspannung (Nennspannung bis 600 V), Hochstrom (Nennstrom bis 600 A) und starke elektromagnetische Strahlung, so dass der Durchmesser des Kabels erheblich vergrößert wird. Gleichzeitig erzeugt das Gerät starke elektromagnetische Störungen, die den normalen Betrieb anderer elektronischer Geräte beeinträchtigen, um elektromagnetische Strahlung auf die umgebende Elektronik zu vermeiden. Das Kabel ist auch mit einer Abschirmstruktur gegen elektromagnetische Interferenzen ausgelegt, dh es wird eine koaxiale Struktur verwendet, und der Innenleiter und der Außenleiter (Abschirmung) arbeiten zusammen, und das Magnetfeld im Kabel ist in konzentrischen Kreisen verteilt. Das elektrische Feld zeigt vom Innenleiter zum Außenleiter, so dass das elektromagnetische Feld um das Kabel Null ist, dh die elektromagnetische Strahlung abgeschirmt ist, wodurch der normale Betrieb des Elektrofahrzeugs sichergestellt wird.

Isoliermaterialien für frühe Fahrzeugkabel waren hauptsächlich PVC (Polyvinylchlorid), aber PVC enthielt Blei, das für den Menschen schädlich war. In den letzten Jahren wurde es allmählich von LSZH (raucharmes halogenfreies Material), TPE (thermoplastisches Elastomer) und XLPE-Polyethylen), Silikonkautschuk und anderen Materialien verwendet. Da Hochspannungskabel für elektrische Personenkraftwagen die Anforderungen an Hochspannung, Hochstrom und elektromagnetische Störungen erfüllen, müssen sie auch die Anforderungen an Verschleißfestigkeit und Flammhemmung erfüllen. Daher werden die Eigenschaften dieser Materialien verglichen:

ein. LSZH kann in zwei Kategorien unterteilt werden: PO (Polyolefin) und EPR (Ethylen-Propylen-Kautschuk), von denen PO-Kabelmaterialien der Hauptstrom sind. Die Formulierung des flammhemmenden Kabelmaterials vom Typ PO vom Typ LSZH enthält eine große Menge an anorganischem AI (OH) 3, Mg (OH) 2 -flammschutzmittel, so dass das Kabelmaterial ein gutes Flammschutzmittel, wenig Rauch, halogenfrei, geringe Toxizität usw. Eigenschaften, unterscheidet sich aber auch von anderen nicht flammhemmenden Materialien und halogenhaltigen flammhemmenden Materialien hinsichtlich physikalischer und mechanischer Eigenschaften, elektrischer Eigenschaften und Leistung des Extrusionsprozesses.

b. TPE ist ein Polymermaterial mit sowohl kautschukartigen als auch thermoplastischen Eigenschaften. Es zeigt eine hohe Elastizität von Gummi bei Raumtemperatur und kann bei hohen Temperaturen plastifiziert und geformt werden, aber das Material ist nicht verschleißfest und kann die Anforderungen von Hochspannungskabeln für elektrische Personenkraftwagen nicht erfüllen. Anforderungen für die Verwendung von Balken.

c. XLPE besteht aus gewöhnlichem PE (Polyethylen) -Material mit einem Temperaturbeständigkeitsgrad von 75 ° C nach Bestrahlungsvernetzung, einem Temperaturbeständigkeitsgrad von 150 ° C und ausgezeichneten physikalischen und mechanischen Eigenschaften, Überlastbeständigkeit sowie langer Lebensdauer und anderen Eigenschaften. aber nicht flammhemmend.

d. Silikonkautschuk hat eine hohe Durchschlagspannung, daher Lichtbogenbeständigkeit, Leckspurbeständigkeit und Ozonbeständigkeit. Es hat auch eine gute Beständigkeit gegen hohe und niedrige Temperaturen, eine hohe Beständigkeit gegen hohe Temperaturen bis zu 200 ° C, eine gute Isolationsleistung sowie hohe Temperaturen und Luftfeuchtigkeit. Stabile Leistung und Flammschutzmittel unter den Bedingungen. Nach dem Vergleich der Eigenschaften der oben genannten Materialien ist Silikongummi aufgrund seiner guten physikalischen und mechanischen Eigenschaften, langen Lebensdauer und des niedrigen Preises die erste Wahl für Hochspannungskabelisolationsmaterialien für elektrische Personenkraftwagen. Der Aufbau des endgültig konstruierten Hochspannungskabels für elektrische Personenkraftwagen ist in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1. Aufbau von Hochspannungskabeln für elektrische Personenkraftwagen

2. Aufbau des Hochspannungssteckers

2.1 Aufbau von Hochstromkontakten

Im Allgemeinen haben Steckverbinder (hauptsächlich die Kontakte in ihnen) Betriebstemperaturgrenzen. Sobald die Betriebstemperatur den angegebenen Grenzwert überschreitet, wird der Stecker aufgrund von Hitze weniger sicher oder fällt sogar aus. Es gibt zwei Hauptgründe für den Temperaturanstieg des Steckverbinders:

ein. Das Auto selbst. Der heißeste Teil eines Autos befindet sich um den Motor herum. Beispielsweise kann die Temperatur um einen herkömmlichen Automotor 125 ° C oder mehr erreichen.

b. Der Stecker selbst. Der Stecker erzeugt während des Gebrauchs Wärme und die in den Stecker eingesetzten Kontakte haben einen Kontaktwiderstand. Je größer der Kontaktwiderstand ist, desto größer ist der Leistungsverlust, desto höher ist die Kontakttemperatur und desto geringer ist die Zuverlässigkeit. In diesem Zusammenhang ist bei der Auslegung von Hochspannungs- und Hochstromsteckverbindern für elektrische Personenkraftwagen besondere Aufmerksamkeit zu widmen. Um eine zu hohe Gebrauchstemperatur zur Beschädigung des Isoliermaterials im Verbinder zu vermeiden, die Isolationsleistung zu verringern oder sogar auszubrennen und die Elastizität des Kontakts nach dem Erhitzen oder die Bildung eines Isolierfilms im Kontaktbereich zu verringern Dies verringert die Kontaktzuverlässigkeit und erhöht den großen Kontaktwiderstand, wodurch der Anstieg der Betriebstemperatur verstärkt wird. Ein solcher Teufelskreis führt schließlich zum Ausfall der Verbindung und des Kontakts. Es ist notwendig, die großen Stromkontakte in den Hochspannungs- und großen Stromsteckern von elektrischen Personenkraftwagen rational zu gestalten.

Beim Entwerfen von Hochstromkontakten bestimmt die Wahl des Kontaktformulars direkt die Qualität und die Kosten des Steckverbinders. Im Allgemeinen umfassen die Kontaktformen der Kontakte hauptsächlich Blatttyp, Blattfedertyp und Drahtfedertyp, wie in 2 gezeigt.

Abbildung 2. Die Struktur der drei Kontakttypen

Der Sockel des Chipkontakts ist ein zylindrischer Zylinder, der geschlitzt und geschlossen ist, und der Sockel wird mit Berylliumbronzedraht (Stab) verarbeitet. Das Rohmaterial ist teurer und der nachfolgende Schließprozess ist schwer zu kontrollieren, und die Konsistenz der Produktqualität ist schwer zu garantieren, und die Kosten sind hoch.

Der Wagenheber des Blattfederkontakts ist ein Kronenfederloch, und 1 bis 2 Blattfederspulen sind in dem Wagenheber angeordnet. Jede Blattfederspule besteht aus mehreren Federblättern, und alle Federblätter sind nach innen gewölbt, um eine elastische Federspule zu bilden. Wenn die Buchse und der Stift übereinstimmen, berührt jedes Federblatt den Stift und erzeugt eine Druckkraft, um einen stabilen Kontakt an mehreren Punkten sicherzustellen. Die Blattfederbuchse besteht aus Messing-Autoteilen und Kronenfeder-Stanzteilen. Gute Produktkonsistenz und niedrige Kosten. Die patentierte RADSOK-Buchsenstruktur von Amphenol (wie in Abbildung 3 dargestellt) verwendet die hyperbolische Kronenfedertechnologie, um die Kontaktfläche um 65% zu vergrößern. Die Oberfläche ist eine versilberte Schicht mit hoher Verschleißfestigkeit.

Abbildung 3. Die Struktur der RADSOK-Buchse von Amphenol GG

Die Buchse des Drahtfederkontakts ist ein Drahtfederloch. Die Struktur der Buchse ähnelt der der Blattfederbuchse, außer dass die Drahtfederbuchse aus Federdraht besteht. Obwohl die Drahtfederbuchse eine ausgezeichnete Leistung aufweist, ist der Prozess kompliziert. Die Kosten sind auch höher.

Nach dem Vergleich der oben genannten Kontakttypen übernimmt der Hochspannungs- und Hochstromstecker des elektrischen Personenkraftwagens den Hochstrom-Blattfederkontakt. Gleichzeitig verwendet der Hochstrom-Blattfederkontakt einen zweistufigen Blattfederheber mit doppelten Stimmzungen, um die Kontaktzuverlässigkeit und die Strombelastbarkeit zu verbessern und andere Indexanforderungen von Hochstromkontakten zu erfüllen. Schließlich wurde durch die Berechnung des Kontaktwiderstands des Hochstromkontakts, das Design der Struktur und die Modifikation des Probendesigns der Hochstromkontakt erfolgreich entworfen.

2.2 Leistungsdesign mit hoher Druckbeständigkeit

Um die Konstruktionsanforderungen von Hochspannungssteckverbindern für elektrische Personenkraftwagen zu erfüllen, muss sichergestellt werden, dass jeder Teil des Hochspannungssteckverbinders durch strukturelle Konstruktion und Materialauswahl eine ausreichende Durchschlagfestigkeit aufweist, um seinen Hochspannungswiderstand sicherzustellen. Das Hochspannungswiderstandsdesign von Hochspannungssteckverbindern für elektrische Personenkraftwagen umfasst hauptsächlich Kriechstrecke, Grenzflächenluftspalt und Isoliermaterialien.

Kriechstrecke bedeutet, dass bei zu großer Arbeitsspannung die momentane Überspannung dazu führt, dass der Strom einen Lichtbogen entlang des Spaltes zwischen der Isolierung auslöst, der das Gerät und sogar den Bediener beschädigt. Dieser Isolationsspalt ist die Kriechstrecke. Die kontinuierliche Arbeitsspannung des Lichtbogens bestimmt den elektrischen Kriechabstand. Bei der Konstruktion der Hochspannungssteckverbinderstruktur sollte die Kriechstrecke so weit wie möglich vergrößert werden. In Anbetracht der Tatsache, dass die dielektrische Spannungsfestigkeit des Steckverbinders nach sorgfältiger Berechnung und Überprüfung über 400 V liegt, ist die Kriechstrecke des Steckverbinders auf mehr als 24 mm ausgelegt, wodurch die hohen Anforderungen an die 600 V-Nutzung des Steckverbinders vollständig erfüllt werden können.

Um den Hochdruckwiderstand des Steckverbinders zu verbessern, sollte beim Einstecken des Steckverbinders das Schnittstellenteil ohne Luftspalt montiert werden. Die Schnittstelle des Steckers umfasst hauptsächlich die Gegenschnittstelle des Steckverbinders und des Buchsensteckers, den Steckerkontakt und den Verbindungsteil des Kabels. Diese Teile müssen mit Medium ohne Luft gefüllt werden, um zuverlässig sicherzustellen, dass der Stecker nicht kaputt geht. Um das Vorhandensein von Grenzflächenluftspalten zu verhindern, wurden bei der Konstruktion von Hochspannungssteckverbindern folgende Maßnahmen ergriffen:

ein. An der Passfläche wird ein weiches Isoliermaterial verwendet, um sicherzustellen, dass der Luftspalt während der Paarung gefüllt wird.

b. Die Isolierung außerhalb des Sockelkontaktstücks ist so geformt, dass sie den Spalt außerhalb des Kontaktstücks ausfüllt.

c. Die Passfläche von Stecker und Buchse nimmt eine sich verjüngende Struktur an.

d. Ein Teil der Kabelisolierung erstreckt sich in das Steckergehäuse, nachdem der Kontakt mit dem Kabel verbunden wurde.

Um den Hochspannungswiderstand des Steckverbinders zu verbessern, verwendet der Hochspannungssteckverbinder für elektrische Personenkraftwagen PPA mit guter Isolationsleistung, hoher Durchschlagspannung, hoher Isolationsfestigkeit, guter Stabilität unter hoher Temperatur und hohem Druck, Lichtbogenwiderstand, Leckage Beständigkeit und geringe Feuchtigkeitsaufnahme. (Polyphthalamid) Kunststoff.

2.3 Gesamtstrukturgestaltung

Die Struktur des endgültig entworfenen Hochspannungssteckers für elektrische Personenkraftwagen ist in Abbildung 4 dargestellt. Die Struktur des Hochspannungssteckers besteht aus einem Innenleiter, einer Isolierschicht, einer Abschirmschicht und einer Hülle von innen nach außen .

Abbildung 4. Aufbau des Hochspannungssteckers eines elektrischen Personenkraftwagens

3. Das Gesamtdesign des Hochspannungskabelbaums

3.1 Design der Abschirmleistung

Damit der entworfene Hochspannungskabelbaum nicht nur die grundlegenden und zuverlässigen Anforderungen an die elektrische Verbindung erfüllt, sondern auch eine hervorragende elektromagnetische Abschirmleistung aufweist, wurde das Design der Abschirmleistung des Hochspannungskabelbaums entwickelt. Das Abschirmleistungsdesign des Hochspannungskabelbaums umfasst hauptsächlich das Abschirmleistungsdesign des Hochspannungskabels selbst, das Abschirmleistungsdesign des Hochspannungskabels und des Hochspannungssteckers, das Abschirmleistungsdesign des Hochspannungskabels. Spannungsstecker selbst und das Design der Abschirmleistung der Verbindungsschnittstelle für Hochspannungsstecker. Um die Abschirmleistung des Hochspannungskabels selbst zu verbessern, nimmt das Hochspannungskabel eine Abschirmstruktur an. Wenn das Kabel eine Kombination aus einer Signalleitung und einer Stromleitung ist, sollten Sie dies stärker berücksichtigen. Um die Abschirmleistung des Hochspannungskabels und des Hochspannungssteckers zu verbessern, muss die Zuverlässigkeit des Kontakts zwischen beiden sichergestellt werden, insbesondere um sicherzustellen, dass die Verbindung bei starker Bewegung nicht locker wird . Nach dem Anschließen hat das Kabelgeflecht Kontakt mit der Abschirmschicht, und der Verbindung zwischen dem Kabelgeflecht und dem Stecker wird ein separates Abschirmmetallgeflecht hinzugefügt, um den Abschirmeffekt zu verbessern. Um die Abschirmleistung des Hochspannungssteckers selbst zu verbessern, nimmt der Stecker ein Metallgehäusedesign an. Um die Abschirmleistung an der Steckverbindungsschnittstelle zu verbessern, wird eine Abschirmfederstruktur in die Konstruktion übernommen, um einen zuverlässigen Kontakt zwischen dem Stecker und der Buchsenschale sicherzustellen. Der Innenleiter des Steckerkopfs ist niedriger als die Mantelschnittstelle, um zu verhindern, dass der Innenleiter Finger oder anderes Metall berührt. Dies spielt eine gewisse Schutzfunktion und erhöht die Sicherheit. Nach dem Zusammenstecken befindet sich die Abschirmschicht des Steckverbinders und des Steckverbinders in zuverlässigem Kontakt, so dass die Gegenfläche von außen abgeschirmt ist.

3.2 Mechanischer Schutz sowie staub- und wasserdichtes Design

Aufgrund des großen Durchmessers von Hochspannungskabeln für elektrische Personenkraftwagen ist eine spezielle Verlegung erforderlich, dh die Hochspannungskabelbäume für elektrische Personenkraftwagen werden außerhalb des Fahrzeugs verlegt. Daher müssen die Hochspannungskabelbäume für elektrische Personenkraftwagen mechanisch geschützt und auf Staub- und Wasserbeständigkeit ausgelegt sein. Um den mechanischen Schutz sowie die staub- und wasserdichte Leistung des Hochspannungskabelbaums zu verbessern, werden Schutzmaßnahmen wie Dichtringe zwischen den Stecksteckern und der Position der Verbindungskabel getroffen, um das Eindringen von Wasserdampf und Staub zu verhindern Gewährleistung der Dichtungsumgebung der Steckverbinder. Vermeiden Sie das Risiko von Kurzschlüssen zwischen Kontakten, verhindern Sie das Eindringen von Feuchtigkeit und vermeiden Sie Sicherheitsprobleme wie Funken.

3.3 Lebensdauergestaltung

Auf der Autobahn fahrende elektrische Personenkraftwagen erzeugen aufgrund von Faktoren wie unebener Fahrbahnoberfläche und Geschwindigkeit hohe Vibrationen, die Reibung und Verschleiß zwischen dem Hochspannungskabelbaum und den Kontaktteilen und anderen Kabelbäumen sowie Ermüdung und Verschleiß verursachen der Hochspannungskabelbaum selbst. Um die Lebensdauer und Qualität des Hochspannungskabelbaums zu verbessern, sollte die Verbindung zwischen dem Hochspannungskabel und dem Hochspannungsstecker verstärkt, die Verbindung zwischen dem Hochspannungsstecker verriegelt und die Verkabelung hergestellt werden Schema sollte optimiert werden. Das Hochspannungskabelbaummaterial sollte aus verschleißfesten Materialien und Drähten ausgewählt werden. Verwenden Sie Kupferlitzen mit Ermüdungsschutz. Darüber hinaus ist die Verbindungsverbindung zwischen den Hochspannungssteckern die Schwachstelle des Hochspannungskabelbaums selbst. Um die Lebensdauer des Hochspannungskabelbaums zu verbessern und die Anforderungen des Hochspannungsnetzes zu erfüllen, müssen die Anzahl der Ein- und Ausbauten des Hochspannungssteckers und die Anschlussqualität gewährleistet sein.

3.4 Gesamtstrukturgestaltung

Der Aufbau des endgültig konstruierten Hochspannungskabelbaums für elektrische Personenkraftwagen ist in Abbildung 5 dargestellt.

Abbildung 5. Aufbau des Hochspannungskabelbaums für elektrische Personenkraftwagen

4. Leistungstest des Hochspannungskabelbaums

Um zu überprüfen, ob die strukturelle Rationalität, die Kontaktfläche, der Kontaktwiderstand, die Vibrationsfestigkeit usw. des mit Hochspannungs- und Hochstromkontakttechnologie ausgelegten Hochspannungskabelbaums die Anforderungen an hohe Zuverlässigkeit, lange Lebensdauer und hohe Leistung erfüllen Stromleistung, die Beispiele für Hochspannungskabelbäume für elektrische Personenkraftwagen Nach Abschluss der Entwicklung werden relevante Leistungstests gemäß den entsprechenden Konstruktionsanforderungen durchgeführt, und die Testergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt. Es ist ersichtlich, dass die Verschiedene Leistungen des Hochspannungskabelbaums des elektrischen Personenkraftwagens erfüllen die Standardanforderungen, und die Konstruktion der Kontaktstruktur, der Steckverbinderstruktur und des gesamten Hochspannungskabelbaums ist angemessen.

(Quelle:&"Inverter World GG")