新能源汽車的連接器解決方案
由成都高新區(qū)管理委員會主辦，成都天府軟件園承辦的“2013中國汽車電子國際論壇暨汽車半導(dǎo)體應(yīng)用峰會”在成都新東方千禧大酒店召開，C114中國通信網(wǎng)對此次會議進行了全程報道。
為大家?guī)硇履茉雌嚨倪B接器解決方案。科絡(luò)普汽車線束膠帶
大家上午好！我今天要講的主題是在新能源汽車中連接器對安全性和可靠性的解決方案。隨著人們生活水平的提高，人們對生活質(zhì)量的要求也越來越高，環(huán)境保護越來越多的受到了關(guān)注，而汽車工業(yè)一直是消費自然資源的大戶，廢氣的排放對環(huán)境造成很大的污染，所以人們一直在尋找一種新的能源來代替現(xiàn)有的汽車動力。從1980年到2010年，我們經(jīng)歷了汽油、柴油、天然氣、生物柴油、電動機和混合動力到燃料電池，市場的需求迫使技術(shù)上的不斷突破，同時技術(shù)上的障礙和配套設(shè)施的落實不到位，以及一些其他因素也減緩了新能源利用的步伐。所以按照初步的估計，到2015年前內(nèi)燃機發(fā)動機仍然將占有絕對市場，但同時混合動力和電動車市場將迅速發(fā)展，我們希望通過政府的大力扶持和各企業(yè)的積極努力，以及各配套設(shè)施的落實，以及標(biāo)準(zhǔn)及時制訂完善，新能源汽車的發(fā)展將大大超過我們原來的預(yù)期，而電動動力系統(tǒng)將逐漸普及高密度/大功率電池組. 電動發(fā)動機主要分三類，中混電動機和插電式混合動力電動車，這將成為普通車型的主流，在目前的情況下，根據(jù)不同的電動車的種類，電器系統(tǒng)的電壓和電流也隨之變化，電壓從14伏到100伏，電力也從100安培到500安培，電動車和混動車用的是高壓高電器的電氣系統(tǒng)，汽車線束絨布膠帶而電壓電流有不斷升高的趨勢，到2015年將有可能達到600伏電壓和500安培，稍有任何不當(dāng)就會造成整車燒毀，對人的生命構(gòu)成威脅，所以在新能源汽車中這是最為關(guān)鍵的問題，這就要求汽車所有零部件具有最可靠的質(zhì)量和性能。從而來保證汽車在任何環(huán)境和條件下都能正常運行，對于連接器而言，雖然只是一個小小的零部件，但是在我們的統(tǒng)計中發(fā)現(xiàn)，由于連接器的缺陷，造成整車事故的比例非常高，所以小小的連接器對整個汽車的質(zhì)量保證起著舉足輕重的作用。
要說連接器的可靠性，必須保證連接器的密封性能，防火花性能,屏蔽性能和溫度的控制等等，連接器行業(yè)當(dāng)中密封等級最高的是IP67，在汽車的不同位置防護等級是不一樣，大部分有可能進水的地方都要求IP67，在連接器有四個地方水會進入，公端連接器和設(shè)備間,公端連接器和電纜間,公端母端連接器之間,母端連接器和電纜間. 密封的方式有很多種，在密封設(shè)計中，每一個孔位都會被隔離開，非常重要的是所有的密封圈都必須要保持限位，很多失效都是由于密封圈位置移動從而造成密封失效。比較巧妙的設(shè)計是利用端子位置的保持器，在保證端子位置的時候，也保證密封圈的位置.最常用的密封材料有硅橡膠(液硅和固硅)。由于高壓和高電流產(chǎn)生的電磁場，會對其他的通訊設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾，而快速切換的電源也會造成電磁干擾，所以汽車包括整車和零部件必須要有抗干擾和抗輻射的能力，對連接器也有同樣的要求，要求整個連接器要有屏蔽層，汽車線束布基膠帶并有效的和電纜屏蔽層連接，屏蔽層的設(shè)計有兩種，一種是內(nèi)屏蔽，還有外屏蔽，在外屏蔽設(shè)計中，通常用兩個同樣的屏蔽殼體裝配在一起，屏蔽殼體上必須要有足夠的鎖片結(jié)構(gòu)來保證內(nèi)連接器的可靠安裝，屏蔽層必須覆蓋整個連接器長度，以保證足夠的屏蔽功能，必須盡量減少屏蔽界面之間的電阻，所有屏蔽零件比較電鍍，以防止氧化腐蝕，所有的屏蔽材料必需在密封的環(huán)境中，以防止化學(xué)腐蝕。內(nèi)屏蔽結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜，首先必須將電纜的屏蔽層壓縮到一個金屬內(nèi)環(huán)，屏蔽層和塑料成型在一起，所有屏蔽層都在密封的環(huán)境下，以避免氧化腐蝕而影響到屏蔽性能。為了安全的考慮，車內(nèi)電氣系統(tǒng)不允許暴露在高電壓的環(huán)境下，為了避免由于高電壓斷開和閉合所造成的打弧現(xiàn)象，我們采用了一種設(shè)計，原理是在高電壓端子連接時，整個回路不帶電，高壓互鎖回路接通并給系統(tǒng)傳遞一個信號后才連上高壓電路，在連接器斷開的時候正好相反，先斷開高壓互鎖回路，系統(tǒng)高壓電路斷開,然后高壓端子在不帶電的情況下斷開，這樣就避免了打弧的可能性。在結(jié)構(gòu)的設(shè)計上一般有內(nèi)置式和外置式,內(nèi)置式高壓互鎖回路安裝在兩個高壓端子之間，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊體積小.外置式的結(jié)構(gòu)比較簡單，相當(dāng)于一個輔助的小連接器安裝在一起，這樣一來體積就比較大,但可以附加CPA裝置。
由于高壓電氣系統(tǒng)電壓高達幾百伏，所以必須保證所有暴露在外的帶電體之間有足夠的絕緣性，以避免人的傷害. 按照ISO標(biāo)準(zhǔn),有兩個指標(biāo)來衡量，一個是電氣間隙,指的是兩個暴露在外帶電體之間的最短直線距離，另一個是爬電距離, 指兩個暴露在外帶電體之間沿著絕緣體表面為路徑的最短距離，例如電源在600伏的時候，電氣間隙要求大于8毫米, 而爬電距離要求大于10毫米.這二個要求對連接器的設(shè)計提供了一個很大的挑戰(zhàn).還有一個重要的安全性就是防手指觸碰，就是手指不能碰到連接器內(nèi)帶電體，由于系統(tǒng)高達幾百伏的電壓和幾百安的電流,一旦人的手指碰到帶電體，將直接對人的生命構(gòu)成威脅，這種情況很有可能發(fā)生在安裝、調(diào)試和維修過程中。所以我們在設(shè)計連接器的時候要加以考慮，根據(jù)ISO的要求，當(dāng)用一個直徑12毫米的探頭來測量時，在連接器里面的任何部分探頭都不能碰到帶電體.一般有兩種設(shè)計來滿足這個標(biāo)準(zhǔn)，汽車線束PVC膠帶第一種是在結(jié)構(gòu)尺寸上加以保證，在端子周圍加絕緣材料，并高出端子的高度，使得人的手指沒有可能碰到端子;第二種是在金屬端子的頂部裝上一個塑料帽，使得手指不能直接碰到金屬端子，但是這種結(jié)構(gòu)不適用在內(nèi)空間比較大的情況，因為在這種情況下手指是有可能從側(cè)面碰到端子。
另外有效的控制溫度也是非常重要的安全措施，首先我們必須要了解實際的溫度情況，以及車內(nèi)對溫度控制的要求，由于發(fā)動機的高熱量加上炎熱夏天，高溫會對整車的環(huán)境溫度產(chǎn)生很大影響，再加上電氣零部件承載很大的電流，使得電氣部分局部溫度可以高達一百多度，溫度太高會造成連接器絕緣材料失效，導(dǎo)致安全問題。為了有效的控制溫度，我們在設(shè)計中首先要根據(jù)應(yīng)用定義不同的溫度等級，然后根據(jù)不同的溫度等級來設(shè)計我們的產(chǎn)品和工藝，合理的選擇材料是非常關(guān)鍵，靠近發(fā)動機的部分我們必須選用耐高溫的材料，當(dāng)然我們能控制的是溫度的上升,在幾百安培的情況下，必須選擇合理的設(shè)計，使得溫度控制在合理范圍內(nèi)，一般我們會從電氣的電阻來考慮，最大限度來降低電氣的接觸電阻，對于接觸端子我們會選擇高性能低電阻的金屬材料，合理的設(shè)計端子形狀，來確保端子的接觸正壓力,從而降低接觸電阻. 端子的電鍍也不能忽略,必要是我們會選用電阻最低的鍍銀層. 在設(shè)計中我們會用模擬軟件把以上所有的電阻因素反復(fù)組合分析來確保最終的結(jié)果和要求，在工藝上我們采用超聲波焊接技術(shù)，把電纜和金屬端子焊接在一起，由于超聲波工藝面積非常大，所以可以有效的使溫度得到發(fā)散。
下面我們來展望一下充電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，我們從Mode1充電系統(tǒng)到16安培的普通充電系統(tǒng)，再到簡易的充電樁，再到專用的充電樁30安培，還有直流快充充電樁80安培，再后面是組合充電接口充電系統(tǒng)，它是把車載充電接口交流和直流復(fù)合在一起從而降低成本,后面是無線充電系統(tǒng),德爾福也在開發(fā)這個系統(tǒng)，是車子在停車位的時候自動通過無線充電，最后是智能小區(qū)能源網(wǎng)，所謂的智能小區(qū)能源網(wǎng)，就是利用太陽能充電，白天利用太陽能進行充電，晚上我們可以對車子進行充電，剩余的電量可以賣給國家電網(wǎng)，通過這樣的新能源反復(fù)利用，可以節(jié)省能源和降低排放。
下面我趁這個機會給大家簡單的介紹一下德爾福，德爾福下面有五個事業(yè)部，德爾福派克是其中之一，下面又有兩個事業(yè)部，一個是電子電氣分布系統(tǒng)，第二個是連接器系統(tǒng)，電子電氣主要是做線速，連接器系統(tǒng)主要是做連接器，包括安全控制系統(tǒng)連接器，混合動力連接器，還有數(shù)據(jù)通訊連接器產(chǎn)品等等. 德爾福連接器系統(tǒng)在上海安亭的工廠是全球最大的連接器工廠，占地50平方公里，它有注塑機，嵌入件注塑機，液硅注塑機，快速沖床等等，LSLR同時可以把密封圈注塑在塑料的殼體里面，這樣在設(shè)計中可以把密封圈做到任何部位，還有連接器裝備線等，德爾福的模具工廠是全球最大的模具工廠，包括精密模床、光曲模床、精密銑床、SEDM、CNC、全自動EDM加工線，最主要的我們有三條EDM的加工線，這是在中國連接器行業(yè)里面唯一的具有全自動裝備線的公司。中間是機械手的導(dǎo)軌，兩邊是各種不同的加工工位，包括銑床、EDM、電機的組成柜，包括原材料的組成柜,在加工時,工程師只需要把要加工的模型輸入到電腦里面，然后機械手就可以直接從儲存柜里面拿到要加工的電極進行加工，加工完以后會自動放到柜里儲存起來，并編號，或夾裝到響應(yīng)的EDM工站上,然后再自動拿到毛坯到這個工站進行加工，完后進行測量，把測量數(shù)據(jù)存在電腦里面，最后把產(chǎn)品存到柜里面，工程師唯一要做的就是把3D模型輸入，所以這是非常先進的加工線。中國工程部我們有一百多個工程師，包括連接器的開發(fā)系統(tǒng)，連接器的應(yīng)用工程，有材料工程師進行材料方面的研究，還有模擬工程，因為做連接器設(shè)計前期階段要反復(fù)模擬，以確保在實驗中保證成功率，也節(jié)省開發(fā)周期。還有快速樣品實驗室，我們在兩天之內(nèi)就可以給客戶提供一個具有一定功能性的樣品，還有一個新產(chǎn)品新技術(shù)的開發(fā)團隊，在制造方面有注塑模具(包括液硅模和嵌入式模具)的設(shè)計和制造，自動裝配線的設(shè)計制造，在安亭我們還有一個測試中心，它符合ISO16949，每年能做兩千三百多個實驗，能做車子連接器的全套實驗。
我就講到這里，如有問題歡迎大家和我聯(lián)系以便進一步的探討,謝謝大家！
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