关于高压连接器、高压线束、高压接触器和熔断器核心气件方面的基础知识

一、高压连接器和高压线束

新能源汽车用高压连接器是机电一体化产品,主要由接触件、绝缘体、壳体及附件四部分构成,其中:接触件是连接器完成光、电信号连接的核心部件,通过接触件的插合完成车辆在行车中所需的光、电信号的连接;绝缘体和外壳主要起固定、绝缘和机械保护作用。制造过程集电气性能设计、数控机械加工、冲压工艺技术、塑压工艺技术、精密压铸工艺技术、严格的试验手段等多元技术组合于一体。

由于高压连接器产品的质量和精度直接影响到连接器的电气、机械、环境等性能,进而影响电动车辆的行车安全,因此高压连接器的质量要求和制造精度比较高,属于连接器领域中附加价值较高的中高端产品。

在新能源汽车产业领域,高压连接器是极其重要的元部件,整车、充电设施上均有应用。整车上高压连接器主要应用场景有:DC、水暖PTC 充电机、风暖PTC、直流充电口、动力电机、高压线束、维修开关、逆变器、动力电池、高压箱、电动空调、交流充电口等。  高压线束是电动汽车里面的连接器和线缆在整个车运行当中非常关键的连接件,影响高压线束的隐患主要有是过热或燃烧,以及恶劣环境对线束的应还有屏蔽性能、进水进尘的风险等。近年来随着国家的大力支持和推进,中国的新能源汽车的发展取得了长足进步,各式各样的新能源汽车已经陆续走进我们的日常生活。主要包括纯电动汽车、增程式电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车、氢发动机汽车、其他新能源汽车等。 

但不管新能源汽车的形式是如何的,他们共同的特点是使用高达300V~600V甚至更高的电压平台,涉及到布线,而且他们都有着相同的基本要求,即是在电磁干扰保护系统下的安全传输高的电流和电压。而高压电缆正是用于连接高电压电池、逆变器、空调压缩机、三相发电机和电动机,从而实现动力电能的传输。但是需要说明的是电动汽车的高压线束并不等同于我们日常生活中的高压电力输送电缆,仅是相对于常规汽车的低压系统相对而言的。

我国在电压高压线束方面一直都没有统一的标准,以前实行的GB/T25085、 GB/T25087《道路车辆用60-600V低压电缆》脱胎于IS06722,对于额定电压60-600V的单芯或多芯电缆做了规定和要求,但是对于新能源汽车使用的600V以上的高压线缆,则一直存在标准的缺失和空白。2016年8月,工信部批准发布了汽车行业标准QC/T 1037-2016《道路车辆用高压电缆》,并于2016年9月1日正式实施。该标准规定了额定电压 AC 1000 V/DC 1500 V 及以下道路车辆用高压电缆的要求、试验方法、检验规则、包装和标记。

由于汽车线束是影响整车电气性能的关键性零配件,所以世界上各大生产商与专业的线束生产商通常保持了长久而密切的稳定合作关系。全球汽车线束厂家高度垄断,主要的四家生产商占有了超过75%的市场。其中大多数日本的汽车线缆生产商原本从事于电线线缆的生产,有很好的产品技术传承,同时,住友等公司还掌握上游的矿业资源,成本控制力比较好。

由于我国汽车线束产业起步较晚,目前,大多数为外资或合资企业,占到我国线束产业的42%,其次是一些民营的较大型的汽车零部件厂商,占有率为37%,而国营汽车线束企业占21%。据统计,目前外商在我国投资的线束企业已达100余家,国际著名的汽车线束企业几乎都在中国建立了合资或独资企业。上世纪80年代,日本的矢崎和住友便开始为日本汽车企业开发专用的高压线束,到了20世纪90年代,美国的德尔福开始为通用开发高压线束产品,韩国的LS为LG提供高压线束产品。从技术方面,日本和美国的高压线束已形成了体系,并在实际使用中得到验证和持续的改善。

二、熔断器

所谓熔断器,根据这么名字也能明白个一二,即熔化、断开的器件。其作用原理非常简单:我们知道,当电路如果发生短路时瞬间的电流会非常高,同时会使导电线发热。如果电路中没有熔断器来保护,那么很可能就烧坏用电设备了。

为了保护用电设备不会被偶然短路而烧坏,人们发明了熔断器并将其串联接入电路中,其关键部分就是熔点较低的特殊金属导线或导电片,当发生短路、过载等产生的大电流会时熔断器的导电部分升温、达到熔点熔化、断开而失去链接切断了电流。从而保护了用电设备。保险丝大保险管家应该听说过,那便是熔断器了。

在电动汽车高压配电盒中,输出端主要连接汽车辅助电源系统,在配电盒内部一般情况下会包括电加热风机支路,空调压缩机支路,DC/DC支路及充电机支路。这4个支路上,每个支路都需要安装线路保护熔断器,目的是在各负载发生短路时能够及时切断电源保护线路,避免车辆火灾发生。熔断器以体积小、抗震好、价格低的综合优点,得到了广泛认可和大量使用,成为国内外公认的担当电动汽车短路保护的主要元器件。 

新能源汽车中车载的锂电池、储能电容、电动机、变流器和电控线路均属直流系统,都需要直流类型的熔断器做短路保护,才能保证安全可靠的正常运行和超强能力的短路开断效果。根据目前电动汽车行业使用的熔断器,大多数车型的系统最大电压一般为700VDC 以下,也有少数车型的会略高于此电压,所以用于电池保护的熔断器可分为500VDC 和700VDC两种为主,电流等级多以200A~630A。

熔断器的应用领域非常广泛,如前几年火爆的光伏市场等。本文主要聊聊在新能源汽车及其配套产业中的应用,如直流充电桩、DC、水暖PTC 充电机、风暖PTC、动力电池、维修开关、高压箱、电动空调等涉及到高电压需要保护的地方。

三、高压接触器

在高压接触器应用领域中,除了新能源汽车外,在充电设备、高压插件、汽车空调等领域均有较大的需求空间,市场的潜力随着行业的发展将逐渐释放。经过2016年的调整期,2017年行业将迎来快速发展期,2017-2020年是新能源汽车产品快速增多、市场高速发展阶段,对零部件的性能质量要求也将提升。因此未来几年,新能源汽车用高压接触器市场将在“质”与“量”均呈现高速发展态势。

相比传统继电器,新能源汽车用高压接触器技术含量高,生产工艺复杂,从全球市场格局来看,高压接触器品牌集中度高。该领域产品生产研发主要集中于国外企业,中国市场也由跨国公司占据主导,主要企业有泰科、松下、欧姆龙等。近年来国内品牌也开始应用于新能源汽车,宏发、国立、安来强电子等企业均有产品问世,其中宏发是国内优势品牌,位居国内企业榜首。另外国内如比亚迪等新能源车企也自己研发生产继电器。

高压接触器在新能源汽车中的应用,电路电压一般都大200V,远高于传统汽车的12-48V,新能源汽车除需要传统汽车所需的低电压继电器以外,还需配备特殊的高压接触器。每台新能源汽车需配备5-8只高压接触器,随着使用者对新能源汽车的功能要求增多,需求的数量还会增加。

我个人特意把熔断器与高压接触器放在一起聊聊,细心的读者或许会问:熔断器与高压接触器都有断开电流的作用,二者之间是否可以相互替代,或二选一不?在很多电路设计中,熔断器与高压接触器都在同一电路中,二者的放置的顺序有一定的要求吗?同时在电流大小的选择上也有要求的,这是其一。

其二:100A的熔断器,在短路电流100A时一定会熔断吗? 

以上是对高压气件(高压线束、高压连接器、高压接触器和熔断器)的一个基础介绍与分享,在后面的文章会给大家这个行业的品牌故事、市场亮点、品牌定位、产品特色等等以及在产品选型上的注意事项等,来为大家一一带来,敬请关注与期待。