고전압 커넥터 개요
고전압 커넥터는 자동차용 커넥터의 한 유형입니다. 일반적으로 60V 이상의 작동 전압을 가진 커넥터를 말하며, 주로 고전류를 전달하는 역할을 합니다.
고전압 커넥터는 주로 전기 자동차의 고전압 및 고전류 회로에 사용됩니다. 이 커넥터는 전선과 함께 작동하여 배터리 팩의 에너지를 다양한 전기 회로를 통해 배터리 팩, 모터 컨트롤러, DCDC 컨버터와 같은 차량 시스템의 다양한 구성 요소로 전달합니다. 컨버터 및 충전기와 같은 고전압 구성 요소에도 사용됩니다.
현재 고전압 커넥터에는 LV 표준 플러그인, USCAR 표준 플러그인, 그리고 일본 표준 플러그인의 세 가지 주요 표준 체계가 있습니다. 이 세 가지 플러그인 중 LV는 현재 국내 시장에서 가장 많이 유통되고 있으며 가장 완벽한 공정 표준을 갖추고 있습니다.
고전압 커넥터 조립 공정도
고전압 커넥터의 기본 구조
고전압 커넥터는 주로 접촉기, 절연체, 플라스틱 쉘 및 부속품이라는 4가지 기본 구조로 구성됩니다.
(1) 접점 : 전기적 연결을 완성하는 핵심 부품으로, 즉 수컷 및 암컷 단자, 리드 등입니다.
(2) 절연체 : 접점을 지지하고 접점간의 절연을 확보하는 역할을 하는 것으로서 내부 플라스틱 쉘을 말한다.
(3) 플라스틱 쉘: 커넥터의 쉘은 커넥터의 정렬을 보장하고 전체 커넥터, 즉 외부 플라스틱 쉘을 보호합니다.
(4) 부속품: 구조 부속품 및 설치 부속품을 포함하며, 즉 위치 결정 핀, 가이드 핀, 연결 링, 밀봉 링, 회전 레버, 잠금 구조 등입니다.
고전압 커넥터 분해도
고전압 커넥터의 분류
고전압 커넥터는 여러 가지 방법으로 구분할 수 있습니다. 커넥터에 차폐 기능이 있는지 여부, 커넥터 핀 수 등을 모두 고려하여 커넥터 분류를 정의할 수 있습니다.
1.차폐가 있는지 없는지
고전압 커넥터는 차폐 기능이 있는지 여부에 따라 비차폐 커넥터와 차폐 커넥터로 구분됩니다.
비차폐 커넥터는 구조가 비교적 간단하고 차폐 기능이 없으며, 비용도 비교적 저렴합니다. 충전 회로, 배터리 팩 내부, 제어 장치 내부 등 금속 케이스로 덮인 전기 제품처럼 차폐가 필요하지 않은 곳에 사용됩니다.
차폐층이 없고 고전압 인터록 설계가 없는 커넥터의 예
차폐 커넥터는 구조가 복잡하고 차폐 요건이 높으며, 비용이 비교적 높습니다. 전기 제품 외부가 고전압 배선 하네스에 연결되는 경우처럼 차폐 기능이 필요한 곳에 적합합니다.
쉴드와 HVIL 설계를 갖춘 커넥터 예시
2. 플러그 수
고전압 커넥터는 연결 포트(PIN) 수에 따라 구분됩니다. 현재 가장 많이 사용되는 커넥터는 1P 커넥터, 2P 커넥터, 3P 커넥터입니다.
1P 커넥터는 구조가 비교적 간단하고 가격이 저렴합니다. 고전압 시스템의 차폐 및 방수 요건을 충족하지만, 조립 공정이 다소 복잡하고 재작업이 용이하지 않습니다. 일반적으로 배터리 팩과 모터에 사용됩니다.
2P 및 3P 커넥터는 구조가 복잡하고 비용이 상대적으로 높습니다. 고전압 시스템의 차폐 및 방수 요건을 충족하며 유지 보수성이 우수합니다. 일반적으로 고전압 배터리 팩, 컨트롤러 단자, 충전기 DC 출력 단자 등의 DC 입출력에 사용됩니다.
1P/2P/3P 고전압 커넥터 예
고전압 커넥터에 대한 일반 요구 사항
고전압 커넥터는 SAE J1742에서 지정한 요구 사항을 준수해야 하며 다음과 같은 기술 요구 사항을 갖춰야 합니다.
SAE J1742에 명시된 기술 요구 사항
고전압 커넥터의 설계 요소
고전압 시스템의 고전압 커넥터에 대한 요구 사항은 다음을 포함하되 이에 국한되지 않습니다. 고전압 및 고전류 성능; 다양한 작업 조건(고온, 진동, 충돌 충격, 방진 및 방수 등)에서 더 높은 수준의 보호 기능을 달성할 수 있어야 함; 설치성이 있어야 함; 전자파 차폐 성능이 양호해야 함; 비용은 가능한 한 낮고 내구성이 있어야 함.
고전압 커넥터는 위의 특성과 요구 사항을 가져야 하므로, 고전압 커넥터 설계 초기에는 다음과 같은 설계 요소를 고려하여 타깃형 설계 및 시험 검증을 실시해야 합니다.
고전압 커넥터의 설계 요소 비교 목록, 해당 성능 및 검증 테스트
고전압 커넥터의 고장 분석 및 대응 방안
커넥터 설계의 신뢰성을 개선하기 위해서는 먼저 고장 모드를 분석하여 해당 예방 설계 작업을 수행해야 합니다.
커넥터에는 일반적으로 접촉 불량, 절연 불량, 느슨한 고정이라는 세 가지 주요 고장 모드가 있습니다.
(1) 접촉 불량은 정적 접촉 저항, 동적 접촉 저항, 단일 구멍 분리력, 부품의 접속점, 진동 저항 등의 지표를 이용하여 판단할 수 있다.
(2) 절연 불량의 경우 절연체의 절연 저항, 절연체의 시간적 열화율, 절연체의 크기 지표, 접점 등 부품의 검출을 통해 판단할 수 있습니다.
(3) 고정형 및 분리형의 신뢰성은 단자 및 커넥터의 조립공차, 내구모멘트, 접속핀 유지력, 접속핀 삽입력, 환경응력 조건에서의 유지력 등의 지표를 시험하여 판단할 수 있다.
커넥터의 주요 고장 모드와 고장 형태를 분석한 후, 다음과 같은 조치를 취해 커넥터 설계의 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다.
(1) 적절한 커넥터를 선택하세요.
커넥터 선택 시에는 연결 회로의 종류와 개수뿐만 아니라 장비 구성을 고려하여야 합니다. 예를 들어, 원형 커넥터는 직사각형 커넥터보다 기후 및 기계적 요인의 영향을 덜 받고, 기계적 마모가 적으며, 전선 끝단에 안정적으로 연결되므로 가능한 한 원형 커넥터를 선택해야 합니다.
(2) 커넥터의 접점 수가 많을수록 시스템의 신뢰성이 떨어지므로 공간과 무게가 허락한다면 접점 수가 적은 커넥터를 선택하도록 하십시오.
(3) 커넥터를 선택할 때는 장비의 작동 조건을 고려해야 합니다.
커넥터의 총 부하 전류와 최대 작동 전류는 주변 환경의 최고 온도 조건에서 작동할 때 허용되는 열을 기준으로 결정되는 경우가 많기 때문입니다. 커넥터의 작동 온도를 낮추려면 커넥터의 방열 조건을 충분히 고려해야 합니다. 예를 들어, 커넥터 중앙에서 더 멀리 떨어진 접점을 전원 공급 장치에 연결하는 것이 방열에 더 효과적입니다.
(4) 방수성 및 내식성이 우수합니다.
커넥터가 부식성 가스 및 액체가 있는 환경에서 작동하는 경우, 부식 방지를 위해 설치 시 측면에서 수평으로 설치할 수 있는지 확인해야 합니다. 수직으로 설치해야 하는 경우, 액체가 리드를 따라 커넥터 내부로 유입되지 않도록 해야 합니다. 일반적으로 방수 커넥터를 사용하십시오.
고전압 커넥터 접점 설계의 핵심 사항
접촉 접속 기술은 주로 단자와 전선 사이의 접촉 접속, 단자 사이의 접촉 접속을 포함한 접촉 면적과 접촉력을 검토합니다.
접점의 신뢰성은 시스템 신뢰성을 결정하는 중요한 요소이며 전체 고전압 배선 하네스 어셈블리의 중요한 부분이기도 합니다.. 일부 단자, 전선 및 커넥터는 열악한 작업 환경으로 인해 단자와 전선의 연결, 단자와 단자의 연결에 부식, 노화, 진동으로 인한 풀림 등 다양한 고장이 발생하기 쉽습니다.
손상, 느슨함, 탈락, 접점 불량 등으로 인한 전기 배선 하네스 고장은 전체 전기 시스템 고장의 50% 이상을 차지하므로, 차량 고전압 전기 시스템의 신뢰성 설계에 있어서 접점의 신뢰성 설계에 세심한 주의를 기울여야 합니다.
1. 단자와 전선의 접촉 연결
단자와 전선의 연결은 압착 공정이나 초음파 용접 공정을 통해 두 단자를 연결하는 것을 말합니다. 현재 고전압 전선 하네스에는 압착 공정과 초음파 용접 공정이 널리 사용되고 있으며, 각 공정마다 장단점이 있습니다.
(1) 크림핑 공정
압착 공정의 원리는 외력을 이용하여 도선을 단자의 압착 부위에 물리적으로 압착하는 것입니다. 단자 압착의 높이, 폭, 단면 상태 및 인장력은 단자 압착 품질의 핵심 요소이며, 압착 품질을 결정합니다.
그러나 미세 가공된 고체 표면의 미세 구조는 항상 거칠고 고르지 않다는 점에 유의해야 합니다. 단자와 전선을 압착한 후에는 접촉면 전체의 접촉이 아니라 접촉면에 분산된 일부 지점의 접촉이 이루어집니다. 따라서 실제 접촉면은 이론적인 접촉면보다 작아야 하며, 이것이 압착 공정의 접촉 저항이 높은 이유이기도 합니다.
기계적 압착은 압력, 압착 높이 등 압착 공정의 영향을 크게 받습니다. 따라서 압착 높이, 형상 분석/금속 조직 분석 등을 통해 생산 관리를 수행해야 합니다. 따라서 압착 공정의 압착 일관성은 평균 수준이며, 공구 마모에 미치는 영향이 크고 신뢰성은 평균 수준입니다.
기계식 압착의 압착 공정은 성숙되어 있으며 다양한 분야에 적용되고 있습니다. 이는 전통적인 공정입니다. 거의 모든 대형 공급업체가 이 공정을 사용하여 와이어 하네스 제품을 생산하고 있습니다.
크림핑 공정을 이용한 단자 및 전선 접촉 프로파일
（2） 초음파용접공정
초음파 용접은 고주파 진동파를 사용하여 용접할 두 물체의 표면에 전달합니다. 압력 하에서 두 물체의 표면이 서로 마찰되어 분자층 사이에 융합을 형성합니다.
초음파 용접은 초음파 발생기를 사용하여 50/60Hz 전류를 15, 20, 30 또는 40kHz의 전기 에너지로 변환합니다. 변환된 고주파 전기 에너지는 변환기를 통해 동일한 주파수의 기계적 운동으로 다시 변환되고, 이 기계적 운동은 진폭을 변경할 수 있는 혼 장치를 통해 용접 헤드로 전달됩니다. 용접 헤드는 수신된 진동 에너지를 용접 대상물의 접합부로 전달합니다. 이 영역에서 진동 에너지는 마찰을 통해 열 에너지로 변환되어 금속을 용융시킵니다.
성능 면에서 초음파 용접 공정은 접촉 저항이 작고 장시간 과전류 발열이 낮습니다. 안전성 면에서는 신뢰할 수 있고 장기 진동에도 풀리거나 떨어지기 쉽지 않습니다. 이종 재료 간 용접에 사용할 수 있습니다. 표면 산화 또는 코팅의 영향을 받습니다. 다음으로, 용접 품질은 크림핑 공정의 관련 파형을 모니터링하여 판단할 수 있습니다.
초음파 용접 공정의 장비 비용은 비교적 높고 용접할 금속 부품은 너무 두꺼울 수 없지만(일반적으로 ≤5mm), 초음파 용접은 기계적 공정이며 전체 용접 공정 중에 전류가 흐르지 않으므로 열전도 및 저항률 문제가 고전압 와이어 하네스 용접의 미래 추세입니다.
초음파 용접을 이용한 단자 및 도체와 그 접촉 단면
압착 공정이나 초음파 용접 공정에 관계없이, 단자를 전선에 연결한 후의 인발력은 표준 요건을 충족해야 합니다. 전선을 커넥터에 연결한 후의 인발력은 최소 인발력 이상이어야 합니다.
게시 시간: 2023년 12월 6일