Die Automobilindustrie ist einer der innovativsten Bereiche der Welt, in dem ständig die Grenzen des Möglichen, des Kostengünstigen, des Sicheren, des Skalierbaren, des Attraktiven und des Zuverlässigen verschoben werden. Und da sich die Automobilindustrie ständig weiterentwickelt, entstehen und entwickeln sich jedes Jahr neue Technologien wie autonomes Fahren, intelligente PCM/ECM/ECUs, hochintelligente elektrische Batteriesysteme und intelligente Ladesysteme.
Das Wachstum dieser Technologien hat zu einem massiven Anstieg der Gesamtzahl von Nieder- und Hochspannungsverbindungen geführt, die in der Automobilindustrie verwendet werden. Natürlich sind Sicherheits- und Zuverlässigkeitsstandards für den kurz- und langfristigen Erfolg dieser neuen Technologien von größter Bedeutung, aber diese Standards können die Automobilhersteller vor große Herausforderungen stellen.
In diesem Artikel werden gängige Standards für elektrische Steckverbinder in der Automobilindustrie vorgestellt, darunter auch Hochspannungssteckverbinder für Kraftfahrzeuge, sowie die konstruktiven Herausforderungen, die mit den komplexen Steckverbindern für Elektrofahrzeuge (EV) verbunden sind, die in der EV-Industrie häufig verwendet werden. Sehen Sie sich auch die Auswahl an elektrischen Steckverbindern von Arrow.com an.
Normen für elektrische Steckverbinder im Automobilbereich
Steckverbinder für die Automobilindustrie reichen von kleinen Niederspannungsverbindungen für die Kommunikation zwischen Kabel und Platine bis hin zu Hochspannungssteckverbindern für das Laden von Elektrofahrzeugen, die auch bei strömendem Regen Hunderte von Volt sicher leiten können. Je nach geografischem Einsatzort des Fahrzeugs sowie der verwendeten Technologie und ihrer Position im Fahrzeug müssen häufig unterschiedliche Normen eingehalten werden.
Niederspannungs-Signalsteckverbinder, die sich im Innenraum eines Fahrzeugs befinden, benötigen beispielsweise nicht dieselbe Wasserdichtigkeit (IP-Schutz) wie Signalsteckverbinder, die sich im Motorraum befinden.
Die gängigen Normen für Steckverbinder in der Automobilindustrie variieren weltweit, da es keine einheitliche globale Organisation für die Normung in der Automobilbranche gibt. Jedoch sind die am häufigsten genannten Organisationen, die Normen für die Automobilindustrie festlegen, die Folgenden:
- • ISO – Internationale Organisation für Normung
- • IEC – Internationale Elektrotechnische Kommission
- • SAE – Verband der Automobilingenieure
- • GB – Guobiao Standards (Volksrepublik China)
Diese Organisationen sorgen für die Festlegung von Vorschriften und Standards in fast allen Kategorien der Automobilelektrik, wie z. B. Sicherheit, Verbindungen, Kommunikation, Ladetopologie und mehr.
Die IEC 62196-1 ist beispielsweise eine von der IEC festgelegte Norm für „Stecker, Steckdosen, Fahrzeugsteckverbinder und Fahrzeugeingänge“ für verschiedene EV-Ladesteckvorrichtungen mit einer Nennspannung von bis zu 690 VAC und 250 A. Andere internationale Normen, die häufig für EV-Ladesteckvorrichtungen verwendet werden, sind GB/T 20234, SAE J1772, ISO15118 und SAE J3068. Oft verweisen diese Normen aufeinander, um die Einheitlichkeit der Sicherheitsprinzipien zu wahren, denn es gibt viele konstruktive Herausforderungen im Zusammenhang mit Ladesteckern für Elektrofahrzeuge und anderen Hochleistungssteckern im Auto. Wenn Sie einen noch tieferen Einblick in die globale Technologielandschaft für EV-Ladegeräte erhalten möchten, lesen Sie bitte unseren Artikel über die Vorschriften und Zertifizierungen für Elektrofahrzeuge.
Was sind die Design-Herausforderungen für Automotive Power Connectors?
Es gibt einige konstruktive Herausforderungen im Zusammenhang mit Ladesteckern für Elektrofahrzeuge und anderen Hochleistungssteckern im Auto.
Lichtbögen
Der Schutz vor unerwünschten Lichtbögen und Stromschlägen hat bei der Sicherheitsnormung in der Regel höchste Priorität, da beides sehr gefährlich ist. Ein Lichtbogen entsteht, wenn elektrischer Strom zwischen einem stromführenden und einem nicht stromführenden Leiter fließt, obwohl diese nicht in direktem Kontakt zueinander stehen.
Hochspannungssysteme wie EV-Ladegeräte sind anfällig für Lichtbögen, wenn Mindestabstände zwischen leitenden Kontakten nicht eingehalten werden oder wenn ein Benutzer das Fahrzeug von der Ladestation abzieht. Normen wie SAE J1772 (die in Nordamerika und Japan üblich sind) enthalten mehrere Sicherheitsmaßnahmen zur Vermeidung von Lichtbögen und Stromschlägen, wie z. B. einen integrierten Stift zur Erkennung der Annäherung an den Steckverbinder, einen Kontrollstift und einen Erdungsstift, um die unter Hochspannung stehenden „Lade“-Stifte grundsätzlich zu trennen, bis der Steckverbinder vollständig eingesteckt ist und das Fahrzeug seine Ladebereitschaft signalisiert.
J1772-Steckverbinder sind so ausgelegt, dass sie 10.000 Passzyklen standhalten und verschiedenen Witterungseinflüssen wie Regen und Schnee ausgesetzt sein können, ohne dass die sichere Funktionsfähigkeit beeinträchtigt wird.
Sichere Paarungsoptionen
Autos sind auf der Straße ständigen Vibrationen ausgesetzt, und die Verbindungsstücke, die den Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs stützen, müssen unempfindlich gegen diese Vibrationen sein. EV-Stromverbindungen werden üblicherweise an Batterieklemmen, Motoranschlussklemmen und Stromkabelbäumen verwendet. Es gibt verschiedene Arten von mechanischen Verbindungsmechanismen wie Hebelschlösser, Schieber, Bolzenverbindungen, Stift- und Hülsenschlösser, Kasten- und Messerschlösser und Schraubschlösser.
Die verschiedenen Arten von Steckverbindern für die Stromversorgung von Kraftfahrzeugen haben bestimmte Vor- und Nachteile beim Stecken und Lösen von Steckverbindungen, so dass die Auswahl der Steckverbinder für die Ingenieure und Designer von Fahrzeugherstellern von entscheidender Bedeutung ist. Jeder dieser Verbindungstypen muss verschiedene Sicherheitsnormen, wie SAE- und IEC-Normen, erfüllen, um sicherzustellen, dass sie während der gesamten Lebensdauer des Fahrzeugs funktionsfähig und sicher sind.
Eindringungsschutz
Die IP-Normen gelten für Elektronikgehäuse und wurden in der IEC 60529 festgelegt. Die IP-Einstufung einer Elektronik, oder Ingress Protection Rating, bescheinigt, dass ein Objekt in der Lage ist, eine bestimmte Menge an festen und flüssigen Bestandteilen für eine bestimmte Zeit zu widerstehen.
Anwendungen in der Automobilindustrie umfassen das gesamte Spektrum der IP-Schutzarten, die strengste ist IP69K. Die Schutzart IP68K bedeutet, dass das Gehäuse keine schädlichen Auswirkungen erleidet, wenn es 8 Stunden lang Staub und/oder Flüssigkeiten mit hohem Druck und hohen Temperaturen aus nächster Nähe ausgesetzt ist. Während IP69K-Steckverbinder eine Seltenheit sind, sind viele Steckverbinder für den Automobilbereich in IP65 und höher eingestuft, da sie während der gesamten Lebensdauer des Fahrzeugs den Elementen ausgesetzt sein werden.
Wenn Sie mehr über IP-Schutzarten in der Automobilbranche erfahren möchten, lesen Sie bitte unseren Artikel Understanding IP Ratings in Automotive Electronics Manufacturing.
Vereinheitlichte Normen für Automobilsteckverbinder
Automobilnormen vereinheitlichen das globale Niveau der Fahrzeugsicherheit und -zuverlässigkeit für alle OEMs rund um den Globus. Darüber hinaus ermöglichen EV-spezifische Steckverbinderstandards verschiedenen OEMs, die Entwicklung eigener EV-Ladestecker und -Verbindungen zu vermeiden. Diese Vereinheitlichung der Stromanschlusstopologie und der Sicherheitsstandards ermöglicht es einem Elektroauto, von Portugal nach Polen zu fahren und dabei nur einen einzigen Ladetyp zu benötigen, da die verschiedenen Länder dazwischen alle dieselben Stromanschlussstandards erfüllen.
Normen wie die IEC 62196-1 sollen die Funktionsfähigkeit von Steckverbindern unter allen erdenklichen Einsatzbedingungen gewährleisten. Diese strengen Konstruktionskriterien sind oft mit hohen Produktionskosten und einer möglichen Kommerzialisierung von Komponenten verbunden. Diese hohen Kosten ermöglichen es jedoch oft, dass einzelne Steckverbinderkomponenten über einen langen Zeitraum hinweg zuverlässig und vor allem in nahezu jeder Anwendung sicher für das Fahrzeug und den Fahrer sind.
