L'industria automotive è uno dei settori più innovativi al mondo, costantemente impegnato a spingere i limiti di ciò che è possibile, conveniente, sicuro, scalabile, attraente e affidabile. E mentre il settore automotive continua a evolversi, nuove tecnologie, come guida autonoma, PCM/ECM/ECU intelligenti, sistemi di batterie elettriche altamente intelligenti e reti di ricarica intelligenti, emergono e si evolvono ogni anno.
La crescita di queste tecnologie ha portato a un massiccio aumento del numero totale di interconnessioni a bassa e alta tensione utilizzate nel settore. Naturalmente, gli standard di sicurezza e affidabilità sono fondamentali per il successo a breve e lungo termine di queste tecnologie emergenti, ma tali standard possono comportare sfide significative per le case automobilistiche.
Questo articolo presenta gli standard comuni per i connettori elettrici per autoveicoli, inclusi i connettori di alimentazione ad alta tensione per il settore automotive, e le sfide di progettazione associate ai connettori complessi per veicoli elettrici (EV) comunemente utilizzati nel settore automotive per i veicoli elettrici. Assicurati anche di dare un'occhiata alla gamma di tipi di connettori elettrici disponibili su Arrow.com.
Standard per i connettori elettrici per autoveicoli
I connettori per autoveicoli possono andare da qualcosa di piccolo come le interconnessioni da cavo a scheda a bassa tensione per le comunicazioni ai connettori di ricarica EV ad alta tensione in grado di trasferire in sicurezza centinaia di volt sotto una pioggia battente. Spesso viene richiesta l'adesione a standard diversi in base alla posizione geografica di operatività del veicolo, alla tecnologia utilizzata e alla posizione in cui il dispositivo è installato nell'automobile.
Ad esempio, i connettori di segnale a bassa tensione installati all'interno dell'abitacolo di un veicolo potrebbero non richiedere lo stesso grado di impermeabilità (grado di protezione IP) dei connettori di segnale presenti nel vano motore.
I normali standard per i connettori per autoveicoli variano in tutto il mondo, poiché non esiste un'organizzazione di standardizzazione globale unificata per il settore automotive. Tuttavia, le organizzazioni che definiscono gli standard automobilistici più comunemente citate sono:
- • ISO - International Organization for Standardization (Organizzazione internazionale per la normazione)
- • IEC - International Electrotechnical Commission (Commissione elettrotecnica internazionale)
- • SAE - Society of Automotive Engineers (Associazione statunitense degli ingegneri del settore automotive)
- • GB - GuoBiao (Standard nazionali della Repubblica Popolare Cinese)
Queste organizzazioni si impegnano a fornire norme e definizione degli standard in quasi tutte le categorie elettriche del settore automotive quali sicurezza, protezione, interconnessioni, comunicazione, topologia di ricarica e altro ancora.
Ad esempio, IEC 62196-1 è uno standard definito da IEC per "spine, prese, connettori per veicoli e prese per veicoli" per vari connettori di ricarica per veicoli elettrici con tensione nominale fino a 690 V CA e 250 A. Altri standard internazionali comunemente utilizzati per i connettori di alimentazione per la ricarica dei veicoli elettrici sono GB/T 20234, SAE J1772, ISO15118 e SAE J3068. Spesso, questi standard fanno riferimento l'uno all'altro, nel tentativo di mantenere l'unità sui principi di sicurezza, poiché ci sono molte sfide di progettazione associate ai connettori di ricarica per veicoli elettrici e ad altri connettori ad alta potenza all'interno dell'auto. Per uno sguardo ancora più approfondito al panorama tecnologico mondiale dei caricabatterie per veicoli elettrici, leggi il nostro articolo su Norme e certificazioni per i veicoli elettrici.
Quali sono le sfide di progettazione per i connettori di alimentazione per il settore automotive?
Esistono alcune sfide di progettazione correlate ai connettori di ricarica per veicoli elettrici e ad altri connettori ad alta potenza installati sulle auto.
Archi elettrici
La protezione da archi elettrici indesiderati e scosse elettriche per l'utente rappresenta generalmente la massima priorità nella standardizzazione della sicurezza, poiché entrambe le circostanze sono estremamente pericolose. Un arco elettrico si verifica quando la corrente elettrica scorre tra un conduttore energizzato e uno non energizzato che non sono posti in contatto diretto tra loro.
I sistemi ad alta tensione come i caricabatterie per veicoli elettrici sono soggetti alla formazione di archi elettrici se non vengono mantenute le distanze minime tra i contatti conduttivi o quando un utente scollega il veicolo dalla stazione di ricarica. Standard come SAE J1772 (comunemente utilizzato in Nord America e Giappone) includono diverse misure di sicurezza per evitare archi e scosse elettriche, come un pin di rilevamento di prossimità del connettore integrale, un pin pilota di controllo e un pin di messa a terra, per mantenere i pin di "ricarica" energizzati ad alta tensione fondamentalmente scollegati fino a quando il corpo del connettore non è completamente accoppiato e il veicolo elettrico segnala che è pronto per la ricarica.
I connettori J1772 sono classificati come in grado di sopportare 10.000 cicli di accoppiamento e l'esposizione a vari elementi come pioggia e neve, mantenendo sempre un funzionamento sicuro.
Opzioni di accoppiamento sicuro
Le automobili sono soggette a continue vibrazioni sulla strada e i connettori che supportano il gruppo propulsore di un veicolo elettrico non devono essere soggetti ad allentamento a causa di tali vibrazioni. Le interconnessioni di alimentazione per veicoli elettrici sono comunemente utilizzate sui terminali della batteria, sui terminali del punto di connessione del motore e sui cablaggi di alimentazione. Esistono vari tipi di meccanismi di interconnessione meccanica come bloccaggi a leva, cursori, giunzioni bullonate, terminali pin-and-sleeve, terminali box-and-blade e bloccaggi a vite.
I vari tipi di connettori di alimentazione per il settore automotive presentano alcuni vantaggi e svantaggi nei casi d'uso di accoppiamento e disaccoppiamento che rendendo fondamentale la scelta del connettore per ingegneri e progettisti OEM di veicoli elettrici. Ciascuno di questi tipi di interconnessione deve aderire a avariati standard di sicurezza, come gli standard SAE e IEC, per garantire che sia funzionale e sicuro per tutta la vita del veicolo.
Protezione dell'ingresso
Gli standard di protezione IP riguardano gli alloggiamenti per componenti elettronici e sono stati stabiliti dalla norma IEC 60529. La classe di protezione IP di un dispositivo elettronico, o grado di protezione dell'ingresso, certifica che un oggetto è in grado di resistere all'esposizione a una specifica quantità di solidi e liquidi per un determinato periodo di tempo.
Le applicazioni automotive spaziano nello spettro delle classi di protezione IP, la più severa delle quali è indicata con il codice IP69K. Una classe di protezione IP68K implica che l'alloggiamento non subirà effetti dannosi se esposto alla polvere per 8 ore e/o a liquidi ad alta pressione e temperature elevate a distanza ravvicinata. Sebbene i connettori IP69K siano una rarità, molti connettori per il settore automotive sono classificati IP65 e superiori, dato il livello previsto di esposizione agli elementi durante la vita del veicolo.
Per saperne di più sulle classi di protezione IP per il settore automotive, consulta il nostro articolo Understanding IP Ratings in Automotive Electronics Manufacturing (Capire le classi di protezione IP nella produzione di elettronica per il settore automotive).
Standard unificati per connettori automotive
Gli standard del settore automotive uniformano i livelli globali di sicurezza e affidabilità dei veicoli per gli OEM di tutto il mondo. Inoltre, gli standard per i connettori automotive specifici per veicoli elettrici consentono ai vari OEM di evitare lo sviluppo di dispositivi proprietari nel caso di connettori e interconnessioni di ricarica per veicoli elettrici. Questa uniformazione della topologia dei connettori di alimentazione per i veicoli elettrici e degli standard di sicurezza è ciò che consente a un veicolo elettrico di spostarsi dal Portogallo alla Polonia con un solo tipo di caricabatterie, poiché i vari paesi soddisfano tutti gli stessi standard per i connettori di alimentazione per il settore automotive.
Standard come IEC 62196-1 sono creati per garantire l'operabilità dei connettori in tutte le possibili condizioni di utilizzo e questi rigorosi criteri di progettazione implicano spesso costi di produzione elevati e possibile commoditizzazione dei componenti. Tuttavia, questi costi elevati spesso consentono ai singoli componenti del connettore di essere affidabili per un lungo periodo di tempo e, soprattutto, sicuri per il veicolo e il conducente in quasi tutte le applicazioni.
