电动压缩机的可靠动力连接

高电压与48V系统中的最佳密封与接线解决方案

高电压与48V系统中的最佳密封与接线解决方案

电动汽车越来越普及意味着汽车空调压缩机的运行方式越来越趋向于电动化。因此,压缩接线端子的工作电压和要求也迥然不同。肖特(SCHOTT)已针对高电压和48V系统开发出最佳的电动压缩机密封接线端子,独特铜导线设计的端子适合大电流应用,附加绝缘橡胶的产品适合高电压应用。

空调现已成为汽车的一项标配功能。即使在气候区截然不同的欧洲,有92%的汽车是设计带空调的,而在美国,这一比例实际达100%。

这不仅仅是因为追求舒适度。研究表明,如果驾驶员所处环境的温度超过30度,则将面临巨大的道路安全风险。空调系统还可防止驾驶员和乘客免受某些空气污染物的侵害,因为空调系统在除湿的同时也会一并去除灰尘等物质。

电动汽车给空调带来了新的挑战。高温会缩短动力电池寿命。锂电池的最高效率工作温度为15-35℃,高于此温度,老化过程将加速。因此,会采用必要的技术方法来降低工作温度,这称为电池调节。最常见的方法就是使用已经安装在车辆中的空调系统。在空调系统中,压缩机是最重要的制冷部件。

电动和混合动力汽车用的是电池驱动的压缩机
SCHOTT® 电动压缩机端子 标准设计

高压与48V

在纯电动车中,压缩机是电驱动的。混合动力车亦如此,在电池支持下汽车可以长距离行驶。否则,在行驶模式下,将无法保证乘客空调和动力电池的冷却空调系统正常使用。目前(2020年),全球交付的新车中有7%配备了电动压缩机。多数具有高电压负载。48V系统目前比较少见,但其重要性正日益提高。在这两种车型中,驱动电机和压缩机集成在一起。相反,在传统的车辆中,压缩机由内燃机通过皮带驱动。对于电动压缩机的电力输送,可通过使用恰当的密封接线端子来实现。肖特是汽车压缩机接线端子这一关键元件的领先供应商。

绝缘要求

在高压系统中,驱动电池提供的工作电压始终高于200V,通常会高于500V。某些整车厂甚至使用800V左右的工作电压。这些高压对电气绝缘提出了非常高的要求。而负责帮助压缩机提供电能的接线端子是一个关键元件,对汽车行业及其供应商来说是一项特殊挑战。长期以来,高压模式在压缩机行业并不常见。肖特研发经理Akira Fujioka谈到:“但肖特基于80多年的金属玻璃密封技术经验,成功的研制出耐高电压的接线端子。”他还补充道:“60多年来,我们一直在为家用空调和冰箱生产此类元器件。”

车辆的行驶条件比较恶劣。要在环境因素、振动和剧烈的温度波动等条件下满足压缩机的正常行业要求,确实是一项艰巨的挑战。另外,还要符合压缩机本来的工作条件。比如,端子必须能承受R134a、R1234yf和R744(二氧化碳)各种制冷剂。在最高20兆帕的工作压力下,对二氧化碳制冷剂的需求量最大。绝缘层也必须能耐受高电压。漏电也是需要重要预防的问题。肖特使用玻璃等多种优质材料来优化设计。玻璃主要起到绝缘作用,分隔金属引线和支撑底座。玻璃是肖特的主要产品,130年来,公司始终以特殊优质的特种玻璃而闻名。公司在玻璃金属密封方面也拥有高水平的技术专长。

合成橡胶提供额外保护

另一种令肖特的电动压缩机端子与众不同的材料为合成橡胶。玻璃负责实际的机械连接,而合成橡胶制成的零件可防止冷凝。冷凝的发生会缩短爬电距离并容易火花放电。合成橡胶可耐受压缩机的不同润滑油,例如PAG和POE。肖特在内部和外部使用不同的密封材料。Akira Fujioka谈到:“经过广泛测试,我们的工程师找到了理想的材料组合。”橡胶部件使连接更可靠、更耐用。底部基座也践行了最高质量标准。基座必须非常平坦且光滑,以便紧贴压缩机外壳。

耐高电流的SCHOTT® 电动压缩机端子的截面图
SCHOTT® 电动压缩机端子的截面图:内部外部使用了橡胶

大电流挑战

48V压缩机又有不同的要求。在新车开发,或者是替代性的电气概念设计时,48V系统的电源已在车辆电气化过程中发挥了重要作用。目前这种低电压的汽车,其行驶距离可达30公里。在低电压的系统中,压缩机的电气连接以及密封接线端子也很重要。与高压系统不同,这种应用对绝缘性和爬电距离的要求没有那么严格。但是空调压缩机通常要有两千瓦以上的功率,这就意味着在48V电压下时,相当于100至150A的电流。这需要接线端子具有相应较大的横截面。

铜是性能更佳的导体

肖特的产品组合中具有满足此要求的独特产品。导体完全由具有优异导电性的铜制成。一般压缩机的标准密封接线端子使用不锈钢作为导体,因为不锈钢材料的膨胀系数及其硬度与玻璃相当。但是不锈钢的电导率比铜低,所以在大电流应用中适合选用铜作为导体。为了克服铜材料的膨胀性较差的特点,肖特给出了特有的解决方案,并申请了创新专利。该方案可补偿铜导线和玻璃绝缘子在膨胀性方面的差异。铜的导电性更好,可减小横截面,使连接更紧凑。

 

肖特已向一些世界知名的电动压缩机制造商提供了电气密封接线端子。公司的产品组合包括标准化产品和特别定制的元件。

2020年8月31日

邓旻
客户经理
肖特(上海)精密材料和设备国际贸易有限公司

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