政府は二酸化炭素排出量削減を要求2 車載エレクトロニクスに対する消費者の需要により、12V 車載システムからより効率的な 48V アーキテクチャへの移行が進み、これらの中電圧アーキテクチャは、より優れた電力供給と、より軽量で経済的なワイヤ ハーネスを提供します。
設計者にとっての課題は、コストと市場投入までの時間の制約を考慮しながら、コネクタが 48V システムの厳しい電気的、安全性、信頼性、および物理的要件を確実に満たすようにすることです。解決策は、適切なサプライヤーを選択する前に、自動車の中電圧アーキテクチャの運用、規制、安全要件を理解することにあります。
この記事では、48V アーキテクチャの利点をレビューし、適切なコネクタを選択する際の課題について説明します。次に、モレックスの適切なソリューションを紹介し、これらのソリューションを実際のシナリオにどのように適用できるかを説明します。
48V 自動車アーキテクチャの利点
自動車メーカーは、中電圧アーキテクチャに移行することで、ブレーキ時や惰性走行中にエネルギーを回収するマイルド ハイブリッド システムを実装できます。また、都市部の運転や渋滞時の燃料消費量を削減する、改良されたアイドリングストップ システムを導入することもできます。さらに、より高い電圧により、より軽量でより小さなゲージのワイヤを使用して、より低い電流で同じ電力を供給できるため、48V システムは車両の重量を軽減します。これらすべての要因は、特に小型車両の場合、大幅な燃料節約につながります。
パワーステアリング、エアコンなどのコンポーネントの電動化、アダプティブクルーズコントロールや車線メンテナンスアシスタントなどの先進運転支援システム（ADAS）の採用に対応するには、より高出力のワイヤリングハーネスも必要です。 48V アーキテクチャへの移行により、フル ハイブリッド電気自動車 (HEV) やバッテリー電気自動車 (BEV) で使用される高電圧システム (つまり 400V 以上) に関連するコストや複雑さなしに、このニーズが満たされます。
48V アーキテクチャは車両の電動化をさらに進めるための架け橋としても機能し、完全な電気的オーバーホールを行わずにハイブリッド技術の段階的な統合を可能にします。これらの中電圧システムは、サイバートラックなどの設計に組み込まれていることからもわかるように、完全な電気自動車であっても引き続き価値があり続けます。
48V コネクタのコスト
48V アーキテクチャにどの電気接続システムを使用すべきかという問題は、電圧の増加によって生じる技術的課題を検討することで解決できます。
電気自動車やハイブリッド自動車用に開発された高電圧コネクタを採用することは技術的には実現可能ですが、コストとパッケージスペースの点でそれが困難です。むしろ、12V コネクタを中電圧アーキテクチャに適合させることは、コストとサイズの点で魅力的な提案です。
すべての車両システムが 48V に切り替わるわけではないことに注意してください。消費電力が低い一部の小型デバイスは 12V のままであるため、ツールの使用と技術者のトレーニングを簡素化するために、12V と 48V のシステムに一貫したコネクタがあると便利です。 。
Molex の MX150 中電圧コネクタ システム (図 1) は、これらの設計原則を例示しています。これらのコネクタは、現場で実証済みの MX150 低電圧コネクタとフォーム ファクタを共有しています。 MX12 中電圧コネクタは、150V コネクタ システムと同じパッケージ サイズとハウジング設計を使用しており、最小限の設計エンジニアリングで 48V 配線アーキテクチャへの直接アップグレードを実現します。
図 1: MX150 中電圧コネクタ システムのコネクタは、現場でテストされた MX150 低電圧コネクタとフォーム ファクタを共有しています。 (画像出典: モレックス)
MX150 中電圧コネクタ システムには、表 1 に詳しく示すように、現在 33482 つの異なる構成があります。これらには、300361 300363 列タブ コネクタと、対応する XNUMX XNUMX 列レセプタクル、および XNUMX XNUMX 列レセプタクルが含まれます。
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表 1: MX150 高圧コネクタ システムの主な仕様。 (表の出典: Molex、Kenton Williston により修正)
48V コネクタの安全性に関する考慮事項
12 V は中電圧コネクタの開始点としては適していますが、48 V に移行する際の課題は簡単ではありません。アーク放電は特に懸念されます。
12V システムでは、回路が遮断されると小さなアークがすぐに消えることがよくあります。ただし、48V ではアーク放電が長時間持続し、端子やレセプタクルに重大な損傷を引き起こす可能性があります。このリスクを軽減するには、低電圧システム内の機器の絶縁調整を規制する DIN EN 60664-1 に規定されている沿面距離とクリアランス要件を満たすように端子を適切に配置する必要があります。
クリープは絶縁表面に沿った 60 つの導電点間の最短経路を指し、クリアランスは導体間の最短の空気経路を指します。これらの仕様は、サージ範囲の上限である XNUMXV までの保護を確保するために重要です。
効果的な二次端子ロックも、遅いまたは断続的な電源切断を引き起こす可能性がある端子押し込み (TPO) を防ぐために不可欠です。このような断線は、微小な穴をあけ、めっきを損傷したり、端子の母材金属を損傷したりする可能性があり、その結果、高抵抗またははんだ接続が発生します。
コネクタのシールにも特別な注意が必要です。 48 V コネクタを塩水などの電解液にさらすと、12 V の場合よりも激しい電気化学反応が引き起こされる可能性があります。この種の損傷や短絡を回避するには、適切な汚染度に適合したコネクタを使用することが不可欠です。 、通常 USCAR-2 シーリング クラス 2 以上。
図 2 は、これらの設計原則がどのように適用されるかを示しています。 3003610011、 2 列、20 回路を備えた中電圧メス レセプタクル。対応するオスコネクタは、 0334822423.
図 2: MX150 中電圧コネクタ システムには、安全で信頼性の高い接続を確保するためのいくつかの機能が組み込まれています。ここに示されているのは、3003610011 回路を備えた 20 XNUMX 列メス レセプタクルです。 (画像出典: モレックス)
MX150 コネクタは、コネクタ レセプタクル、ガスケット、TPA (端子位置保証) コンポーネントが所定の位置にあらかじめ組み立てられているため、取り付けとメンテナンスが合理化されます。図 2 に示すコネクタの主な特徴:
- 端子をソケットにしっかりとロックし、緩みを防止するTPA（ターミナルポジションロック）。
- 二次コネクタ位置保証 (CPA) ロックにより、確実な接続が保証され、強い振動や衝撃が発生した場合の偶発的な切断が防止されます。
- 一体型のマットおよびリング シールにより、水没した場合でも安全な動作が確保され、個別のケーブル シールが不要になります。
- マットジョイントの保護を強化し、端子の適切な位置合わせを保証し、接続の完全性を維持するアイレットカバー。
混合電圧設計の考慮事項
混合電圧システムでは、中電圧回路と低電圧回路間の電流の通過を避けるために特別な予防措置を講じることが不可欠です。最も効果的な戦略は、電圧レベルごとに別々のコネクタを使用し、両方の電圧を同じコネクタに統合することを避けることです。さらに、自動車業界は、48V コネクタと明確に区別するために、12V コネクタに水色のカラーコードを採用しています。
このカラーコードの起源は、さまざまな電圧のバッテリーを長い間使用してきた電動フォークリフトにまで遡ります。エラーを回避するために色のガイドラインが確立され、さまざまな分野で 48V コネクタに青が広く採用されるようになりました。
このシステムは、確立されたオレンジ色のコネクタと配線の使用と連携して動作し、高電圧システムを示します。この色分けは、特定の安全上の注意が必要なコンポーネントを明確に示し、適切な安全トレーニングと個人用保護具 (PPE) なしでコンポーネントが取り扱われないことを保証します。
製造とメンテナンス
中電圧コネクタではアークフラッシュのリスクがあるため、信頼性の高い製造とメンテナンスができるように設計されている必要があります。この要件は、自動車用途におけるワイヤと端子間の電気圧着の試験方法と基準を規定する USCAR-21 で取り上げられています。
USCAR-21 の重要な点は引張試験です。これには、圧着接続に一定の引張速度を適用して引張強度を評価することが含まれます。このテストにより、圧着がその寿命中に直面する機械的ストレスに耐えられるかどうかが確認されます。この仕様では、プレス中に正確な工具とプロセス設定を使用する必要性も強調しています。
さらに、General Motors が策定した包括的な規格である GMW3191 に従って認定されたコネクタを探すことをお勧めします。この規格は、自動車用途の電気コネクタのテストと検証の要件を記述し、厳しい条件下での信頼性と耐久性を確認します。
Molex MX150 の組み立てとサービスに関する考慮事項
コネクタの組み立てを完了するには、まず配線を完了する必要があります。たとえば、MX150 オス コネクタ アセンブリの場合、ワイヤ ハーネスは 330000001 ピンで終端する必要があります。同様に、メス レセプタクルの配線は 33001 または 33012 シリーズの長方形コネクタ コンタクトで終端する必要があります。
どちらの場合も、終端処理されたケーブルは、しっかりと固定されるまでコネクタに挿入する必要があります。回路位置を空のままにする場合は、オス側のギャップを接続ピン 343450001 で埋める必要があります。
この終端プロセスを支援するために、モレックスは手動圧着ペンチ 0638115900 を提供しています (図 3)。このデバイスは、ケーブルと長方形のプラグまたはコンタクトの間の確実な接続を保証します。
図 3: 0638115900 手動圧着ペンチは、ケーブルと長方形のプラグまたはコンタクトの間の確実な接続を保証します。 (画像出典: モレックス)
コネクタをメンテナンスするための専用機器も利用できます。 0638131500 取り外しツール (図 4) を使用すると、技術者はアセンブリの残りの部分に影響を与えることなく、コネクタからワイヤを取り外すことができます。
図 4: 0638131500 取り外しツールを使用すると、アセンブリの残りの部分に影響を与えることなく、コネクタからケーブルを取り外すことができます。 (画像出典: モレックス)
結論
中電圧アーキテクチャへの移行において、自動車メーカーとそのサプライヤーは、低電圧技術に基づくコンポーネントの使用から恩恵を受けることができます。 48V への移行により、安全性と信頼性に関する新たな問題が生じますが、これらの問題は、規格に細心の注意を払い、堅牢なロックおよびシール機構を組み込んだコネクタ システムを選択することで簡単に解決できます。 48V コネクタ システムを選択する場合は、完全なポートフォリオ、実証済みの経験、および関連ツールを備えたサプライヤーを探すことをお勧めします。
