Présentation du connecteur haute tension
Les connecteurs haute tension, également appelés connecteurs haute tension, sont un type de connecteur automobile. Ils désignent généralement des connecteurs dont la tension de fonctionnement est supérieure à 60 V et sont principalement responsables de la transmission de courants importants.
Les connecteurs haute tension sont principalement utilisés dans les circuits haute tension et haute intensité des véhicules électriques. Ils fonctionnent avec des fils pour transporter l'énergie de la batterie à travers différents circuits électriques vers divers composants du véhicule, tels que les batteries, les contrôleurs de moteur et les convertisseurs CC/CC.
Il existe actuellement trois principaux systèmes de normes pour les connecteurs haute tension : les connecteurs BT standard, USCAR standard et japonais standard. Parmi ces trois connecteurs, le BT est actuellement le plus répandu sur le marché intérieur et dispose des normes de processus les plus complètes.
Schéma du processus d'assemblage du connecteur haute tension
Structure de base d'un connecteur haute tension
Les connecteurs haute tension sont principalement composés de quatre structures de base, à savoir les contacteurs, les isolateurs, les coques en plastique et les accessoires.
(1) Contacts : pièces essentielles qui complètent les connexions électriques, à savoir les bornes mâles et femelles, les lames, etc.
(2) Isolant : soutient les contacts et assure l'isolation entre les contacts, c'est-à-dire la coque intérieure en plastique ;
(3) Coque en plastique : La coque du connecteur assure l'alignement du connecteur et protège l'ensemble du connecteur, c'est-à-dire la coque extérieure en plastique ;
(4) Accessoires : y compris les accessoires structurels et les accessoires d'installation, à savoir les broches de positionnement, les broches de guidage, les bagues de connexion, les bagues d'étanchéité, les leviers rotatifs, les structures de verrouillage, etc.
Vue éclatée du connecteur haute tension
Classification des connecteurs haute tension
Les connecteurs haute tension peuvent être distingués de plusieurs manières. La présence ou non d'un blindage, le nombre de broches, etc., peuvent tous être utilisés pour définir la classification des connecteurs.
1.Qu'il y ait ou non un blindage
Les connecteurs haute tension sont divisés en connecteurs non blindés et connecteurs blindés selon qu'ils ont ou non des fonctions de blindage.
Les connecteurs non blindés présentent une structure relativement simple, sans fonction de blindage et un coût relativement faible. Ils sont utilisés dans les endroits ne nécessitant pas de blindage, comme les appareils électriques sous boîtier métallique tels que les circuits de charge, les compartiments de batteries et les compartiments de commande.
Exemples de connecteurs sans couche de blindage et sans conception de verrouillage haute tension
Les connecteurs blindés présentent des structures complexes, des exigences de blindage et des coûts relativement élevés. Ils conviennent aux endroits où une fonction de blindage est requise, par exemple lorsque l'extérieur des appareils électriques est connecté à des faisceaux de câbles haute tension.
Exemple de connecteur avec blindage et conception HVIL
2. Nombre de prises
Les connecteurs haute tension sont classés selon le nombre de ports de connexion (PIN). Actuellement, les connecteurs les plus couramment utilisés sont les connecteurs 1P, 2P et 3P.
Le connecteur 1P présente une structure relativement simple et un faible coût. Il répond aux exigences de blindage et d'étanchéité des systèmes haute tension, mais son assemblage est légèrement complexe et sa réutilisation est difficile. Il est généralement utilisé dans les batteries et les moteurs.
Les connecteurs 2P et 3P présentent des structures complexes et un coût relativement élevé. Ils répondent aux exigences de blindage et d'étanchéité des systèmes haute tension et offrent une bonne facilité d'entretien. Ils sont généralement utilisés pour les entrées et sorties CC, notamment sur les batteries haute tension, les bornes de contrôleur, les bornes de sortie CC des chargeurs, etc.
Exemple de connecteur haute tension 1P/2P/3P
Exigences générales pour les connecteurs haute tension
Les connecteurs haute tension doivent être conformes aux exigences spécifiées par la norme SAE J1742 et avoir les exigences techniques suivantes :
Exigences techniques spécifiées par la norme SAE J1742
Éléments de conception des connecteurs haute tension
Les exigences relatives aux connecteurs haute tension dans les systèmes haute tension comprennent, sans s'y limiter : des performances haute tension et courant élevé ; la nécessité de pouvoir atteindre des niveaux de protection plus élevés dans diverses conditions de travail (telles que des températures élevées, des vibrations, des impacts de collision, une étanchéité à la poussière et à l'eau, etc.) ; Avoir une installabilité ; avoir de bonnes performances de blindage électromagnétique ; le coût doit être aussi bas que possible et durable.
Conformément aux caractéristiques et exigences ci-dessus que les connecteurs haute tension doivent avoir, au début de la conception des connecteurs haute tension, les éléments de conception suivants doivent être pris en considération et une conception ciblée et une vérification des tests sont effectuées.
Liste comparative des éléments de conception, des performances correspondantes et des tests de vérification des connecteurs haute tension
Analyse des défaillances et mesures correspondantes des connecteurs haute tension
Afin d'améliorer la fiabilité de la conception du connecteur, son mode de défaillance doit d'abord être analysé afin que le travail de conception préventive correspondant puisse être effectué.
Les connecteurs présentent généralement trois principaux modes de défaillance : un mauvais contact, une mauvaise isolation et une fixation lâche.
(1) Pour un mauvais contact, des indicateurs tels que la résistance de contact statique, la résistance de contact dynamique, la force de séparation d'un seul trou, les points de connexion et la résistance aux vibrations des composants peuvent être utilisés pour juger ;
(2) Pour une mauvaise isolation, la résistance d'isolement de l'isolant, le taux de dégradation temporelle de l'isolant, les indicateurs de taille de l'isolant, les contacts et d'autres pièces peuvent être détectés pour juger ;
(3) Pour la fiabilité du type fixe et détaché, la tolérance d'assemblage, le moment d'endurance, la force de rétention de la broche de connexion, la force d'insertion de la broche de connexion, la force de rétention dans des conditions de contrainte environnementale et d'autres indicateurs du terminal et du connecteur peuvent être testés pour juger.
Après avoir analysé les principaux modes de défaillance et les formes de défaillance du connecteur, les mesures suivantes peuvent être prises pour améliorer la fiabilité de la conception du connecteur :
(1) Sélectionnez le connecteur approprié.
Le choix des connecteurs doit non seulement tenir compte du type et du nombre de circuits connectés, mais aussi de la composition de l'équipement. Par exemple, les connecteurs circulaires sont moins sensibles aux facteurs climatiques et mécaniques que les connecteurs rectangulaires, présentent une usure mécanique moindre et assurent une connexion fiable aux extrémités des fils. Il est donc conseillé de privilégier les connecteurs circulaires autant que possible.
(2) Plus le nombre de contacts d'un connecteur est élevé, plus la fiabilité du système est faible. Par conséquent, si l'espace et le poids le permettent, privilégiez un connecteur avec un nombre de contacts réduit.
(3) Lors de la sélection d'un connecteur, les conditions de fonctionnement de l'équipement doivent être prises en compte.
En effet, le courant de charge total et le courant de fonctionnement maximal du connecteur sont souvent déterminés en fonction de la chaleur admissible lors d'un fonctionnement aux températures les plus élevées de l'environnement. Afin de réduire la température de fonctionnement du connecteur, il est essentiel de prendre en compte ses conditions de dissipation thermique. Par exemple, des contacts plus éloignés du centre du connecteur peuvent être utilisés pour connecter l'alimentation, ce qui favorise la dissipation thermique.
(4) Étanche et anti-corrosion.
Lorsque le connecteur fonctionne dans un environnement contenant des gaz et des liquides corrosifs, il est conseillé, afin d'éviter toute corrosion, de l'installer horizontalement par le côté. En cas d'installation verticale, il convient d'éviter toute infiltration de liquide dans le connecteur par les fils. Il est conseillé d'utiliser des connecteurs étanches.
Points clés de la conception des contacts des connecteurs haute tension
La technologie de connexion de contact examine principalement la zone de contact et la force de contact, y compris la connexion de contact entre les bornes et les fils, et la connexion de contact entre les bornes.
La fiabilité des contacts est un facteur important pour déterminer la fiabilité du système et constitue également une partie importante de l'ensemble du faisceau de câbles haute tension.En raison de l'environnement de travail difficile de certains terminaux, fils et connecteurs, la connexion entre les terminaux et les fils, ainsi que la connexion entre les terminaux et les terminaux sont sujettes à diverses défaillances, telles que la corrosion, le vieillissement et le desserrage dû aux vibrations.
Étant donné que les pannes de faisceau de câbles électriques causées par des dommages, un desserrage, une chute et une défaillance des contacts représentent plus de 50 % des pannes de l'ensemble du système électrique, une attention particulière doit être accordée à la conception de la fiabilité des contacts dans la conception de la fiabilité du système électrique haute tension du véhicule.
1. Connexion de contact entre la borne et le fil
La connexion entre les bornes et les fils se fait par sertissage ou soudage par ultrasons. Actuellement, ces deux procédés sont couramment utilisés dans les faisceaux de câbles haute tension, chacun présentant ses avantages et ses inconvénients.
(1) Processus de sertissage
Le principe du sertissage consiste à utiliser une force externe pour enfoncer le fil conducteur dans la partie sertie de la borne. La hauteur, la largeur, la section et la force de traction sont les éléments clés de la qualité du sertissage, qui déterminent la qualité du sertissage.
Il convient toutefois de noter que la microstructure de toute surface solide finement usinée est toujours rugueuse et irrégulière. Une fois les bornes et les fils sertis, le contact ne se produit pas sur toute la surface de contact, mais sur quelques points dispersés. La surface de contact réelle doit donc être inférieure à la surface de contact théorique, ce qui explique également la résistance de contact élevée du sertissage.
Le sertissage mécanique est fortement influencé par le procédé de sertissage, notamment la pression et la hauteur de sertissage. Le contrôle de la production doit être effectué par des moyens tels que l'analyse de la hauteur de sertissage, du profil et de la métallographie. Par conséquent, la régularité du sertissage est moyenne, l'usure de l'outil est importante et la fiabilité est moyenne.
Le procédé de sertissage mécanique est mature et offre un large éventail d'applications pratiques. Il s'agit d'un procédé traditionnel. Presque tous les grands fournisseurs proposent des faisceaux de câbles utilisant ce procédé.
Profils de contact des bornes et des fils utilisant le procédé de sertissage
（2) Procédé de soudage par ultrasons
Le soudage par ultrasons utilise des ondes vibratoires à haute fréquence transmises aux surfaces de deux objets à souder. Sous pression, les surfaces des deux objets frottent l'une contre l'autre pour former une fusion entre les couches moléculaires.
Le soudage par ultrasons utilise un générateur d'ultrasons pour convertir un courant de 50/60 Hz en énergie électrique de 15, 20, 30 ou 40 kHz. L'énergie électrique haute fréquence ainsi convertie est convertie en mouvement mécanique de même fréquence par le transducteur, puis transmise à la tête de soudage par un ensemble de dispositifs à cornet permettant d'en modifier l'amplitude. La tête de soudage transmet l'énergie vibratoire reçue à la jonction de la pièce à souder. Dans cette zone, l'énergie vibratoire est convertie en énergie thermique par frottement, ce qui fait fondre le métal.
En termes de performance, le processus de soudage par ultrasons présente une faible résistance de contact et un faible chauffage par surintensité pendant une longue période ; en termes de sécurité, il est fiable et ne se desserre pas et ne tombe pas facilement sous l'effet de vibrations à long terme ; il peut être utilisé pour le soudage entre différents matériaux ; il est affecté par l'oxydation de surface ou le revêtement suivant ; la qualité du soudage peut être jugée en surveillant les formes d'onde pertinentes du processus de sertissage.
Bien que le coût de l'équipement du processus de soudage par ultrasons soit relativement élevé et que les pièces métalliques à souder ne puissent pas être trop épaisses (généralement ≤ 5 mm), le soudage par ultrasons est un processus mécanique et aucun courant ne circule pendant tout le processus de soudage, il n'y a donc pas Les problèmes de conduction thermique et de résistivité sont les tendances futures du soudage de faisceaux de câbles haute tension.
Bornes et conducteurs avec soudage par ultrasons et leurs sections de contact
Quel que soit le procédé de sertissage ou de soudage par ultrasons, une fois la borne connectée au fil, sa force d'arrachement doit être conforme aux exigences de la norme. Une fois le fil connecté au connecteur, la force d'arrachement ne doit pas être inférieure à la force d'arrachement minimale.
Date de publication : 6 décembre 2023