La industria automotriz es uno de los sectores más innovadores del mundo, que de forma constante supera los límites de lo que es posible, rentable, seguro, escalable, atractivo y confiable. Y a medida que la industria de los automóviles continúa evolucionando, surgen y se desarrollan cada año nuevas tecnologías como la conducción autónoma, los PCM/ECM/ECU inteligentes, los sistemas de baterías eléctricas muy inteligentes y las redes de carga del mismo tipo.
El crecimiento de estas tecnologías ha provocado un aumento masivo del número total de interconexiones de baja y alta tensión que se utilizan en la industria automotriz. Como es lógico, las normas de seguridad y confiabilidad son primordiales para el éxito a corto y largo plazo de estas tecnologías emergentes, pero pueden suponer grandes desafíos para los fabricantes de automóviles.
Este artículo presenta los estándares comunes de los conectores eléctricos para automóviles, incluidos los conectores de potencia automotrices de alta tensión, y los desafíos de diseño asociados con los complejos conectores para vehículos eléctricos que se utilizan, por lo general, en la industria automotriz de dichos vehículos. Asegúrese también de consultar la variedad de tipos de conectores eléctricos de Arrow.com.
Normas de los conectores eléctricos para automóviles
Los conectores para automóviles pueden ir desde algo tan pequeño como las interconexiones de comunicación de baja tensión de cable y placa hasta los conectores de alta tensión para la carga de vehículos eléctricos, capaces de conducir con seguridad cientos de voltios bajo una lluvia torrencial. A menudo se exige el cumplimiento de diferentes normas en función de la ubicación geográfica donde se encuentre el vehículo, así como de la tecnología que se utiliza y su ubicación dentro del automóvil.
Por ejemplo, los conectores de señal de baja tensión que se encuentran dentro de la cabina de un vehículo pueden no requerir la misma clasificación de impermeabilidad (valor nominal IP) que los conectores de señal ubicados en el compartimiento del motor.
Las normas comunes de los conectores para automóviles varían en todo el mundo, ya que no existe una organización mundial unificada de normalización del sector automotriz, pero las organizaciones de estandarización de la industria a las que se hace referencia con mayor frecuencia son:
- • ISO: Organización Internacional de Normalización
- • IEC: Comisión Electrotécnica Internacional
- • SAE: Sociedad de Ingenieros Automotrices
- • GB: Normas Guobiao (República Popular China)
Estas organizaciones se encargan de la regulación y el establecimiento de normas en casi todas las categorías eléctricas para automóviles, como la protección, la seguridad, las interconexiones, la comunicación y la topología de carga, entre otras.
Por ejemplo, la IEC 62196-1 es una norma establecida por la IEC para “enchufes, tomas de corriente, conectores de vehículos y entradas de vehículos” para varios conectores de carga de vehículos eléctricos con una capacidad de hasta 690 VCA y 250 A. Otras normas internacionales utilizadas de forma habitual para los conectores de alimentación para la carga de vehículos eléctricos son GB/T 20234, SAE J1772, ISO15118 y SAE J3068. A menudo, estas normas hacen referencia unas a otras en un esfuerzo por mantener la unidad en torno a los principios de seguridad, ya que existen muchos desafíos de diseño asociados a los conectores de carga de vehículos eléctricos y otros conectores de alta potencia en el automóvil. Para profundizar aún más en el ámbito tecnológico global de los cargadores de vehículos eléctricos, asegúrese de leer nuestro artículo sobre la Normativa y certificación de los vehículos eléctricos.
¿Cuáles son los desafíos de diseño de los conectores de alimentación para automóviles?
Existen algunos desafíos de diseño relacionados con los conectores de carga de VE y otros conectores de alta potencia en el vehículo.
Arco eléctrico
La protección contra los arcos eléctricos no deseados y las descargas en los usuarios suele ser la máxima prioridad en la normalización de la seguridad, ya que ambos son muy peligrosos. El arco eléctrico se produce cada vez que la corriente eléctrica fluye entre un conductor energizado y otro no energizado cuando no están en contacto directo.
Los sistemas de alta tensión, como los cargadores de vehículos eléctricos, son propensos a la formación de arcos eléctricos si no se mantienen las distancias mínimas entre los contactos conductores, o cuando un usuario desenchufa el vehículo de la estación de carga. Normas como la SAE J1772 (que se utiliza por lo general en Norteamérica y Japón) incluye varias medidas de seguridad para evitar la formación de los arcos eléctricos y las descargas, como un pin integral de detección de proximidad del conector, un pin piloto de control y un pin de tierra, para mantener los pines de “carga” de alta tensión en esencia desconectados hasta que el cuerpo del conector esté por completo acoplado y el vehículo eléctrico indique que está listo para la carga.
Los conectores J1772 están preparados para soportar 10 000 ciclos de acoplamiento y la exposición a diversos elementos, como la lluvia y la nieve, sin dejar de ser operativos.
Opciones de acoplamiento seguro
Los automóviles están sometidos a constantes vibraciones en la carretera, y los conectores que soportan la cadena cinemática de un vehículo eléctrico deben ser resistentes a aflojarse a causa de dichas vibraciones. Las interconexiones de energía de los vehículos eléctricos se utilizan a menudo en los terminales de la batería, de los puntos de conexión del motor y de los mazos de cables de alimentación. Existen varios tipos de mecanismos mecánicos de interconexión, como las cerraduras de palanca, controles deslizantes, las conexiones de pernos, las de pin y manguito, las de caja y cuchilla, y las de tornillo.
Los distintos tipos de conectores de alimentación para automóviles tienen ciertas ventajas y desventajas en los casos de uso de acoplamiento y desacoplamiento, lo que hace que la selección del conector sea fundamental para los ingenieros y diseñadores de los fabricantes de OEM para vehículos eléctricos. Cada uno de estos tipos de interconexión debe cumplir diversas normas de seguridad, como los estándares SAE e IEC, para garantizar su funcionamiento y seguridad durante la vida útil del vehículo.
Protección de entrada
Las normas de los valores nominales IP cubren las carcasas de los aparatos electrónicos y se establecieron en la norma IEC 60529. El valor nominal IP, o clasificación de protección de entrada, certifica que un objeto es capaz de soportar una cantidad específica de exposición a sólidos y líquidos durante un tiempo determinado.
Las aplicaciones automotrices abarcan todo el espectro de valores nominales IP, siendo la más estricta la IP69K. La clasificación IP68K implica que la carcasa no experimentará efectos perjudiciales cuando se exponga al polvo durante 8 horas y/o a líquidos a alta presión, y a altas temperaturas a corta distancia. Mientras que los conectores IP69K son una rareza, muchos conectores para automóviles tienen un grado de protección IP65 o superior, dado el nivel esperado de exposición a los elementos durante la vida útil del vehículo.
Para obtener más información sobre los valores nominales IP en el sector automotriz, asegúrese de consultar nuestro artículo Entender los valores nominales IP en la fabricación de productos electrónicos para automóviles.
Normas unificadas para conectores de automóviles
Las normas automotrices unifican los niveles globales de seguridad y confiabilidad de los vehículos para todos los OEM alrededor del mundo. Además, las normas de los conectores específicos para los vehículos eléctricos permiten a varios fabricantes de equipos originales evitar el desarrollo de conectores e interconexiones exclusivos para la carga de VE. Esta unificación de la topología de los conectores de alimentación de los vehículos eléctricos y de las normas de seguridad es lo que permite en esencia que un automóvil de este tipo pueda ir de Portugal a Polonia y solo necesite un tipo de cargador, ya que los distintos países entre ellos cumplirán las mismas normas de conectores de energía para automóviles.
Normas como la IEC 62196-1 se crean para garantizar la operatividad de los conectores utilizados en todas las condiciones imaginables de los usuarios, y estos estrictos criterios de diseño a menudo implican altos costos de producción y la posible mercantilización de los componentes. Sin embargo, estos costos elevados suelen permitir que los componentes individuales de los conectores sean confiables durante un largo período de tiempo y, lo que es más importante, seguros para el vehículo y el conductor en casi cualquier aplicación.
