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高圧ワイヤーハーネスコンポーネント – コネクターの解釈

高電圧コネクタの概要

高電圧コネクタとも呼ばれる高電圧コネクタは、自動車用コネクタの一種です。これらは一般に、動作電圧が 60 V を超えるコネクタを指し、主に大電流の伝送を担当します。

高電圧コネクタは主に電気自動車の高電圧および大電流回路で使用されます。これらはワイヤと連携して、バッテリー パックのエネルギーをさまざまな電気回路を通じて、バッテリー パック、モーター コントローラー、DCDC コンバーターなどの車両システム内のさまざまなコンポーネントに伝送します。コンバータや充電器などの高電圧コンポーネント。

現在、高電圧コネクタには LV 標準プラグイン、USCAR 標準プラグイン、日本標準プラグインの 3 つの主要な標準システムがあります。これら 3 つのプラグインの中で、LV は現在国内市場で最大の流通量を誇り、最も完全なプロセス標準を持っています。
高圧コネクタ組立工程図
高圧コネクタの基本構造
高電圧コネクタは主に、コンタクタ、絶縁体、プラスチックシェル、アクセサリという 4 つの基本構造で構成されています。
(1) コンタクト: 電気的接続を完了するコア部品、すなわちオス端子、メス端子、リードなど。
(2) 絶縁体: 接点を支持し、接点間の絶縁を確保します。つまり、内側のプラスチックシェルです。
(3) プラスチック シェル: コネクタのシェルは、コネクタの位置合わせを保証し、コネクタ全体、つまり外側のプラスチック シェルを保護します。
(4) 付属品: 構造付属品および設置付属品、すなわち位置決めピン、ガイドピン、接続リング、シールリング、回転レバー、ロック構造などを含みます。

コネクタ

高電圧コネクタの分解図

高圧コネクタの分類

高電圧コネクタはさまざまな方法で区別できます。コネクタの分類は、コネクタのシールド機能の有無やコネクタのピン数などから判断できます。
1.シールドの有無
高圧コネクタは、シールド機能の有無により、非シールドコネクタとシールドコネクタに分けられます。
非シールドコネクタは構造が比較的単純で、シールド機能がなく、比較的安価です。充電回路や電池パック内部、制御部内部などの金属ケースで覆われた電気製品など、シールドを必要としない箇所に使用されます。

コネクタ-1

シールド層なし、高電圧インターロック設計なしのコネクタの例
シールド コネクタには複雑な構造、シールド要件があり、比較的高価です。電化製品の外部と高圧ワイヤーハーネスが接続される箇所など、シールド機能が必要とされる箇所に適しています。

コネクタ-2

シールド付きコネクタと HVIL 設計の例
2. プラグの数
高圧コネクタは接続ポート(PIN)の数に応じて分かれています。現在、最も一般的に使用されているのは、1P コネクタ、2P コネクタ、3P コネクタです。
1Pコネクタは構造が比較的簡単で低コストです。高電圧システムのシールドや防水の要件を満たしていますが、組立工程が若干煩雑であり、リワーク作業性も悪いです。一般的にバッテリーパックやモーターに使用されます。
2P および 3P コネクタは構造が複雑で、コストが比較的高くなります。高電圧システムのシールドおよび防水要件を満たしており、メンテナンス性にも優れています。一般に、高電圧バッテリーパック、コントローラー端子、充電器の DC 出力端子などの DC 入出力に使用されます。

コネクタ-3

1P/2P/3P高圧コネクタ例
高電圧コネクタの一般要件
高電圧コネクタは SAE J1742 で指定された要件に準拠し、次の技術要件を満たしている必要があります。

コネクタ-4

SAE J1742 によって指定された技術要件

高電圧コネクタの設計要素

高電圧システムの高電圧コネクタの要件には、以下が含まれますが、これらに限定されません。 高電圧および大電流の性能。さまざまな作業条件(高温、振動、衝突衝撃、防塵、防水など)下でより高いレベルの保護を達成できる必要性。設置性を持ち、優れた電磁シールド性能を持っています。コストは可能な限り低く、耐久性のあるものである必要があります。

高電圧コネクタが持つべき上記の特性と要件に従って、高電圧コネクタの設計の開始時に以下の設計要素を考慮し、目標を絞った設計とテスト検証を実行する必要があります。

コネクタ-5

高電圧コネクタの設計要素と対応する性能および検証試験の比較リスト

高圧コネクタの故障解析とその対策
コネクタ設計の信頼性を向上させるには、まずその故障モードを分析して、対応する予防設計作業を実行できるようにする必要があります。

コネクタには通常、接触不良、絶縁不良、固定の緩みという 3 つの主な故障モードがあります。

(1) 接触不良については、静的接触抵抗、動的接触抵抗、単穴分離力、接続箇所、部品の耐振動性などの指標で判断できます。

(2)絶縁不良については、絶縁体の絶縁抵抗、絶縁体の経時劣化率、絶縁体の寸法指標、接点等を検出して判断することができる。

(3) 着脱式の信頼性については、端子・コネクタの組立公差、耐久モーメント、接続ピン保持力、接続ピン挿入力、環境応力条件下での保持力等を試験により判定することができます。

コネクタの主な故障モードと故障形態を分析した後、コネクタ設計の信頼性を向上させるために次の措置を講じることができます。

(1) 適切なコネクタを選択します。
コネクタの選択は、接続する回路の種類と数を考慮するだけでなく、機器の構成を容易にすることも考慮する必要があります。たとえば、円形コネクタは角形コネクタよりも気候や機械的要因の影響が少なく、機械的摩耗が少なく、ワイヤ端に確実に接続されるため、できる限り円形コネクタを選択する必要があります。

(2) コネクタの接点数が多くなると、システムの信頼性が低下します。したがって、スペースと重量が許せば、コンタクト数が少ないコネクタを選択するようにしてください。

(3) コネクタを選択するときは、機器の使用条件を考慮する必要があります。
これは、コネクタの合計負荷電流と最大動作電流が、周囲環境の最高温度条件下で動作するときに許容される熱に基づいて決定されることが多いためです。コネクタの使用温度を下げるには、コネクタの放熱条件を十分に考慮する必要があります。たとえば、コネクタの中心から離れた接点を電源の接続に使用でき、これにより放熱が促進されます。

(4) 防水性と耐腐食性。
コネクタを腐食性のガスや液体が存在する環境で使用する場合は、腐食を防ぐため、設置時に横から水平に設置できるよう注意してください。垂直設置が必要な状況では、液体がリード線に沿ってコネクタに流入するのを防ぐ必要があります。通常は防水コネクタを使用してください。

高圧コネクタのコンタクト設計のポイント
接触接続技術では、端子と電線との接触接続や端子同士の接触接続など、主に接触面積と接触力を検査します。

接点の信頼性はシステムの信頼性を決定する重要な要素であり、高電圧ワイヤハーネス アセンブリ全体の重要な部分でもあります。。一部の端子、電線、コネクタは過酷な使用環境により、端子と電線の接続部、端子と端子の接続部に腐食、経年劣化、振動による緩みなど、さまざまな故障が発生しやすくなります。

電気ワイヤーハーネスの破損、緩み、脱落、接点の故障などによる故障は、電気システム全体の故障の50%以上を占めており、電気システムの信頼性設計においては、接点の信頼性設計に十分な注意を払う必要があります。車両の高電圧電気システム。

1. 端子と電線との接触接続
端子と電線との接続とは、圧着や超音波溶着などにより両者を接続することを指します。現在、高圧ワイヤーハーネスでは圧着加工と超音波溶着加工が一般的ですが、それぞれに長所と短所があります。

(1) 圧着工程
圧着プロセスの原理は、外力を使用して導線を端子の圧着部分に物理的に押し込むことです。端子圧着の高さ、幅、断面状態、引張力は端子圧着品質の核心であり、圧着の品質を決定します。

ただし、微細に加工された固体表面の微細構造は常に粗くて不均一であることに注意する必要があります。端子と電線の圧着後は、接触面全体の接触ではなく、接触面に点在する点接触となります。実際の接触面は理論上の接触面よりも小さい必要があり、これが圧着プロセスの接触抵抗が高くなる理由でもあります。

機械圧着は圧力や圧着高さなどの圧着工程に大きく影響されます。圧着高さや形状解析・金属組織解析などによる生産管理が必要です。したがって、圧着プロセスの圧着一貫性は平均的であり、工具の摩耗は大きく、信頼性も平均的です。

機械圧着の圧着プロセスは成熟しており、実用的な用途が広範囲にあります。それは伝統的なプロセスです。ほぼすべての大手サプライヤーは、このプロセスを使用したワイヤー ハーネス製品を提供しています。

コネクタ-6

圧着プロセスを使用した端子とワイヤの接触プロファイル

(2)超音波溶着工程
超音波溶着では、高周波の振動波を使用して、溶着する 2 つの物体の表面に伝達します。圧力がかかると、2 つの物体の表面が互いにこすり合い、分子層間に融合が形成されます。

超音波溶接では、超音波発生器を使用して、50/60 Hz の電流を 15、20、30、または 40 KHz の電気エネルギーに変換します。変換された高周波電気エネルギーは、トランスデューサを介して同じ周波数の機械的運動に再び変換され、その機械的運動は振幅を変更できるホーン装置のセットを介して溶接ヘッドに伝達されます。溶接ヘッドは、受け取った振動エネルギーを溶接対象のワークピースの接合部に伝達します。この領域では、振動エネルギーが摩擦によって熱エネルギーに変換され、金属が溶解します。

性能の面では、超音波溶着プロセスは接触抵抗が小さく、長時間の過電流加熱が少ないという特徴があります。安全性の面では、信頼性が高く、長期の振動によって緩んだり脱落したりするのは簡単ではありません。異なる材料間の溶接に使用できます。表面の酸化やコーティングの影響を受けます。溶接品質は、圧着プロセスの関連波形を監視することで判断できます。

超音波溶接プロセスの設備コストは比較的高く、溶接する金属部品が厚すぎることはできません(通常 5mm 以下)。ただし、超音波溶接は機械的なプロセスであり、溶接プロセス全体で電流が流れないため、溶接の必要はありません。熱伝導と抵抗率の問題は、高圧ワイヤーハーネス溶接の今後の動向です。

コネクタ-7

超音波溶接された端子および導体とその接触断面

圧着プロセスまたは超音波溶接プロセスに関係なく、端子を電線に接続した後の引き抜き力は標準要件を満たさなければなりません。ワイヤをコネクタに接続した後、引き抜き力は最小引き抜き力を下回ってはなりません。


投稿時間: 2023 年 12 月 6 日