Design von Hochspannungssteckern: 7 Arten der Kontaktstruktur

Elektrofahrzeuge haben eine Hochspannung von über 600 V und ein Hochstromsystem von über 300 A. Das Steckersystem von Hochspannungsstromkreisen, insbesondere die interne Kontaktstruktur von Hochspannungssteckern, spielt eine entscheidende Rolle bei der Gewährleistung der Sicherheit des Hochspannungsstromkreises.

Die herkömmliche Kontaktstruktur von Kfz-Steckverbindern kann die Standardanforderungen an die elektrische Sicherheit und den Kontaktwiderstand nicht erfüllen.

Die in der Energiewirtschaft verwendete Hochspannungs-Blütenkontaktstruktur ist einfach zu verarbeiten, hat aber nur wenige Kontaktpunkte, einen hohen Kontaktwiderstand und Schwierigkeiten bei der Kontrolle der Verarbeitungsgenauigkeit.

Viele Forscher im Bereich der Hochspannungsverbindungen für Elektrofahrzeuge haben in letzter Zeit neue interne Kontaktstrukturen für Hochspannungssteckverbinder entwickelt.

Wir haben viel Forschungsarbeit in diesem Bereich geleistet.

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• Elastische Buchsenkontakte
• Poröse, verschleißfeste Struktur
• Elastische Buchsenkontakte
• Kontaktart Elastisch Interne Kontaktstruktur
• Blatt-Feder-Kontaktstruktur
• Ein neuer Typ einer zylindrischen Tellerfeder
• Elastische Hochspannungsstecker

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Doppelspirale und Drahtfederkontaktstruktur

Amphenols Kontaktstrukturlösung für Hochstromsteckverbinder in der Motorsteuerung und im Motorantrieb von Elektro- und Hybridfahrzeugen ist eine Doppelhelixstruktur (Abbildung 1).

Merkmale:

• Diese Struktur hat eine Kontaktfläche von 65 % und bietet geringe Steck- und Ziehkräfte sowie hohe Zuverlässigkeit.
• Mit einer Betriebsspannung von bis zu 630 V und einem Nennstrom von 455 A hat er eine relativ hohe Überlastfähigkeit.

Vorteile:

• Mit einer mechanischen Lebensdauer von mehr als 500 Zyklen ist es eine der bekanntesten internen Kontaktstrukturen im Bereich der Hochspannungsverbindungen für Elektrofahrzeuge.

Das Rosenberger Drahtfederkontaktsystem (Bild 2) bietet mehr als 40 Kontaktpunkte, hohe Strombelastbarkeit, Platzersparnis, geringe Übergangswiderstände und Steckkräfte.

Poröse, verschleißfeste Struktur

Wir haben einen porösen, verschleißfesten Innenkontaktring für Hochspannungsstecker von Elektrofahrzeugen entwickelt, der einen porösen, elastischen Innenkontaktring (Abbildung 3) und eine Oberflächenbeschichtung umfasst.

Merkmal:

• Der poröse elastische Kontaktring ist ein hochelastisches offenes Rohr aus einer Kupfer-Nickel-Silizium-Legierung mit einer Wandstärke von 0,5 mm, einem Innendurchmesser von 8 mm und einer Länge von 19 mm.
• Das Rohr ist gebogen und in der Mitte konkav, hat einen Innendurchmesser von 5 mm und an der Wand verteilte Löcher von 1,5 mm Durchmesser.
• Das Rohr hat einen Schlitz entlang der Achse, und die Breite des Schlitzes wird innerhalb von 0,5 mm kontrolliert.
• Die Oberflächenbeschichtung besteht aus einer AgCu-, AgSb-, AgPd- und AuAg-Legierung mit einer Dicke von 0,5 bis 2,0 μs.

Vorteile:

• Der Kontakt hat eine einfache Struktur, eine zuverlässige Leistung und ist vielseitig einsetzbar.

Dieser poröse, verschleißfeste, elastische Innenkontaktring erreicht einen netzförmigen, linearen Kontakt mit dem Stecker mit geringem Übergangswiderstand, der die Anforderungen an den Übergangswiderstand der LV215-Hochspannungsstecker erfüllt.

Anstelle von reinem Ag oder reinem Au werden Beschichtungen aus AgCu-, AgSb-, AgPd- und AuAg-Legierungen für den inneren Kontaktring verwendet, um die Verschleißfestigkeit der inneren Kontaktstruktur zu verbessern.

Wenn der Pd-Gehalt in der Legierungsbeschichtung 8 bis 10 beträgt, ist die Verschleißfestigkeit 5 bis 10 Mal höher als die von reinem Silber. 30~40 Ag in der AuAg-Legierungsbeschichtung erhöht die Verschleißfestigkeit um das 8~10-fache gegenüber reinem Gold.

Elastische Buchsenkontakte

Shibin Zhao entwarf einen elastischen Wagenheberkontakt (Abbildung 4), der aus einem Mantel, einem elastischen Element und einem Wagenheber besteht.

Merkmal:

• Die elastischen Kontaktteile bestehen aus elastischem Draht oder elastischem Band und sind gleichmäßig um den Umfang der Buchse angeordnet.
• Das kreisförmige Kontaktteil ist in Richtung der Mitte des Hebers aufgehängt, um einen gleitenden Drehpunkt zu bilden, und in radialer Richtung des Hebers ist eine innere Kontaktbuchse ausgebildet.

Vorteile:

• Die Konstruktion hat die Vorteile eines einfachen Aufbaus, einer geringen Ein- und Auszugskraft und einer hohen Tragfähigkeit.

Kontaktart Elastisch Interne Kontaktstruktur

Wir haben kürzlich eine elastische Innenkontaktstruktur entwickelt, die einen elastischen Kontaktring (Abbildung 5), einen zylindrischen Kontaktkopf und einen Buchsenkörper umfasst.

Merkmal:

• Der federnde Kontaktring wird im Muffenkörper befestigt und dann an den zylindrischen Kontaktkopf angedockt.
• Der elastische Kontaktring ist eine offene Röhrenstruktur mit gleichmäßig auf der Innenseite verteilten gebogenen Höckern.
• Der Durchmesser des offenen Rohrs des elastischen Kontaktrings beträgt 3~16 mm, der Radius der bogenförmigen Beule 0,5~1 mm und die Höhe der bogenförmigen Beule 0,2~0,5 mm.

Vorteile:

• Die Struktur ist einfach zu verarbeiten und zuverlässig in der Leistung, und die elastische Multikontaktstruktur hat einen geringen Kontaktwiderstand.
• Er erfüllt die Anforderungen an den Kontaktwiderstand von LV215-Hochspannungssteckern.

Jibing Feng setzte mehrere Anordnungen von Höckern auf das laserskelettierte Verbindungsrohr (Abbildung 6), um einen stabilen Mehrfachkontaktüberdruck zu erzielen und die Kontaktsicherheit zu gewährleisten.

Blatt-Feder-Kontaktstruktur

Yi-Ping Peng erfand eine Blatt-Feder-Kontaktstruktur (Abbildung 7).

Merkmal:

• Die Struktur besteht aus einem C-förmigen oder ringförmigen Körper und mehreren Zungen, die zur Achse des Körpers weisende Kontaktzungen haben.
• Diese Struktur hat eine bessere Elastizität und Widerstandsfähigkeit gegen das Ein- und Ausstecken.

Ein neuer Typ einer zylindrischen Tellerfeder

Vor kurzem hat unser Team eine neue Art von zylindrischer Kronenfeder entwickelt (Abbildung 8).

Merkmale:

• Diese Struktur besteht aus zwei Bandringen und mehreren Schilfrohren, die zwischen den beiden Bandringen angebracht sind.
• Jede Zunge hat einen Kontaktbereich, der sich axial in Richtung der zylindrischen Kronenfeder erstreckt.

Vorteile:

• Diese Struktur hat mehr Kontaktpunkte und kann den Übergangswiderstand wirksam reduzieren.
• Die Zungen haben mehrere Schichten von Erhebungen im Inneren, die die Stifte beim Einsetzen der Stifte schichtweise berühren und die Kräfte beim Einsetzen und Entfernen der Stifte wirksam reduzieren können.

Elastische Hochspannungsstecker

Alle oben genannten Kontaktstrukturen werden durch Zwischenglieder kontaktiert, nicht durch direkten Kontakt zwischen Stecker und Buchse. Wir haben einen federnden Hochspannungsstecker (Abbildung 9) mit einem linearen federnden Kontaktstück entwickelt, das direkt mit der Buchse in Kontakt steht.

Merkmale:

• Anstelle einer herkömmlichen Silber- oder Goldbeschichtung werden Silber-Nickel-, Silber-Nickel-Nano-Graphitflocken- oder Silber-Nickel-Kohlenstoffnanoröhren-Verbundbeschichtungen verwendet, um die Härte und Verschleißfestigkeit der Beschichtung zu verbessern.
• Basierend auf der Hochspannungsblütenbuchse ist die Steckeroberfläche als Zahngewinde ausgeführt, wodurch auch ein linearer Kontakt zwischen Stecker und Buchse erreicht wird, um die Zuverlässigkeit des Hochspannungssteckerkontakts ohne Medienkörper zu gewährleisten.

Schlussfolgerung

Zusammenfassend kann man sagen, dass es zwei Trends bei der Konstruktion von Hochspannungssteckern gibt.

Eine davon ist der Wechsel vom ursprünglichen Niederspannungs-Oberflächenkontakt zum Hochspannungskontakt unter der Doppelhelix-Kurvenstruktur, der Drahtfederstruktur, der porösen verschleißfesten Struktur, der Blattfederkontaktstruktur und der elastischen Buchsenstruktur des Drahtkontakts, um die Kontaktfläche zu vergrößern, den Kontaktwiderstand zu verringern und die Strombelastbarkeit zu verbessern.

Die andere verwendet einen Multikontaktring, ein skelettiertes Verbindungsrohr mit einer Reihe von Erhebungen und die neue zylindrische Kronenfeder, um einen direkten Punktkontakt zu erreichen, der den Kontaktwiderstand reduziert und die Strombelastbarkeit verbessert. Der flexible Hochspannungsstecker kann einen direkten linearen Kontakt mit der Steckdose herstellen, ohne Zwischenglieder wie z. B. Kronenfedern.