Силовые электрические герметичные соединители Molex Imperium и MAX-LOC для электромобилей

Введение

«Стратегия развития автомобильной промышленности Российской Федерации на период до 2020 года» первое место в списке приоритетных проектов НИОКР отводит «разработке перспективных технологий создания транспортных средств, использующих электрические источники энергии (комбинированные энергоустановки, электромобили, электробусы, системы электропривода и перспективные источники тока)» [1]. В отличие от стационарного промышленного электрооборудования, транспортные системы работают в более жёстких климатических и механических условиях и должны иметь возможно меньшие габариты, массу, быть технологичными для обеспечения сборки на конвейере и ремонтопригодными. Для удовлетворения этих требований компания Molex разработала систему силовых контактов Imperium Plus и герметичные соединители на их основе с максимальными токами до 300 А для Imperium и 650 А для MAX-LOC.

Molex Imperium

Герметичные силовые соединители Imperium [2] основаны на 8 мм системе контактов (см. рис. 1).

Конструкция соединителя обеспечивает полное, 360-градусное экранирование и степень герметичности до IP69K и удовлетворяет требованиям USCAR-2 T3S3V1 [3]. Система «вилка на панель» обеспечивает прямое подключение к силовым шинам устройства без промежуточных соединений, что уменьшает переходное сопротивление и упрощает общую конструкцию изделия (см. рис. 2).

Конструкция контактов позволяет поворачивать их в колодке для облегчения подвода силовых шин под различными углами.

Основные технические характеристики Imperium представлены в таблице 1.

Imperium имеют встроенную функцию HVIL (High Voltage Interlock Loop). Она позволяет реализовать подачу высокого напряжения от источника только после замыкания силовых контактов и наоборот – снятие высокого напряжения до их фактического размыкания (см. рис. 3).

Конструктивно HVIL представляет собой встроенный низковольтный соединитель, контакты которого соединяются последними при сочленении разъёма и отсоединяются первыми при расчленении. Благодаря этому может быть реализован как простейший алгоритм концевого выключателя (в этом случае контакты на вилке или розетке замыкаются между собой), так и более сложный, вплоть до организации шины передачи данных. HVIL позволяет при сочленении/расчленении разъёма избежать образования на силовых контактах высоковольтной дуги, снижающей их ресурс. Imperium наиболее часто используются для коммутации блоков аккумуляторных батарей и в подсистемах распределения энергии.

Герметичные вводы MAX-LOC Plus

Для коммутации мощностей 150 кВА и выше, характерных для силовых инверторов и тяговых приводов, полностью интегрированные соединители подходят в меньшей степени, поскольку являются громоздкими, дорогими, неудобными в разработке и эксплуатации. В этих случаях чаще применяются герметичные экранированные кабельные вводы, обеспечивающие подключение устройств отдельными кабелями сечением до 120 мм². Для подобных применений Molex выпускает гермовводы MAX-LOC Plus (см. рис. 4) [4].

Отличительной особенностью компонентов Molex является наличие стопорного кольца, ограничивающего степень затяжки гайки, что исключает механическое повреждение кабеля и уплотнителя. Основные технические характеристики MAX-LOC представлены в таблице 2.

Однако при всей простоте и надёжности таких подключений они обладают серьёзным функциональным недостатком – необходимостью вскрывать устройство для присоединения/отсоединения кабелей, поскольку провод обжимается в кольцевой наконечник под болт. В случае стационарного промышленного оборудования с достаточным пространством компоновки и обслуживания эта ситуация не настолько критична, как в случае транспортных средств (ТС) с большими объёмами производства и малыми конструктивными размерами.

Герметичные вводы MAX-LOC Pluggable

С целью обеспечения быстрого и лёгкого подключения/отключения силовых проводов в электромобилях без вскрытия оборудования Molex разработал быстросъёмные гермовводы MAX-LOC Pluggable [5] в габаритах MAX-LOC (см. рис. 5).

Взятая за основу система контактов 11 мм обеспечивает коммутацию максимальных токов до 650 А. Кабельный штыревой разъём выполнен на базе конструкции MAX-LOC, а для устройств типа силовых инверторов и электромоторов разработаны различные варианты розеток, максимально учитывающие особенности их конструкции (см. рис. 6).

Герметичная моторная розетка крепится к корпусу электрической машины изнутри, имеет резьбу М8 для прямого подключения фазных выводов статора и устойчива к различным жидким охладителям. Инверторная розетка может подключаться непосредственно к силовому модулю IGBT, исключая любые промежуточные соединения, что существенно упрощает конструкцию инвертора и уменьшает переходное сопротивление.

Ультразвуковая сварка контактов Imperium

Механический обжим терминалов на провод является стандартной широко применяемой технологией в автотранспортной отрасли, однако в условиях силовых применений при токах 200 А и выше начинают проявляться недостатки такого способа: возрастание переходного сопротивления контакта при циклических перегревах и, как результат, снижение надёжности и долговечности. Учитывая этот факт, Molex разработал инновационную технологию ультразвуковой сварки для соединения терминалов с проводами больших сечений вплоть до 120 мм². Такой способ существенно уменьшает переходное сопротивление, а значит и перегрев зоны контакта, обеспечивая надёжное соединение в течение всего жизненного цикла ТС. На рисунке 7 можно видеть однородный сплав провода с медным телом терминала, составные части которого практически совпадают по структуре.

Переходное сопротивление такого контакта в полтора-два раза превышает требования USCAR-38 [6].

Заключение

В статье представлен первичный обзор высоковольтных силовых электрических герметичных соединителей Molex Imperium и MAX-LOC, способных коммутировать токи до 650 А, обеспечивающих быстрое соединение/разъединение силовых цепей без вскрытия оборудования, облегчающих разработку силовых инверторов и электромоторов за счёт возможности прямого подключения силовых шин и модулей IGBT без промежуточных соединений.

Компоненты предназначены для эксплуатации в жёстких электрических, механических и климатических условиях. Полное соответствие требованиям USCAR, современный дизайн с учётом особенностей массового производства и другие характеристики позволяют выбрать наиболее оптимальное и экономичное решение задачи проектирования, а также сократить сроки разработки и запуска электронных изделий в производство.

Литература