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電動(dòng)汽車(chē)高壓連接器振動(dòng)相關(guān)問(wèn)題淺析

來(lái)源:   發(fā)布時(shí)間:2022-11-01   點(diǎn)擊量:247

 

        前幾天在新能源線(xiàn)束看大家對(duì)連接器的振動(dòng)非常感興趣,想再寫(xiě)點(diǎn)和振動(dòng)相關(guān)的內(nèi)容,之前粗略寫(xiě)過(guò)一篇和連接器振動(dòng)相關(guān)的文章,主要是簡(jiǎn)單的說(shuō)了一些和測(cè)試相關(guān)的內(nèi)容,感興趣的朋友也可以去看看新能源汽車(chē)高壓連接器的振動(dòng)闡述,

 

 

其實(shí)在車(chē)輛振動(dòng)下,連接器需要考量的因素非常多,如下我簡(jiǎn)單的列出了幾個(gè),這個(gè)之前也列過(guò);連接器雖然在整車(chē)的部件來(lái)看,算不了什么大部件,也算不了什么核心部件,但是 一臺(tái)車(chē)可能要400多個(gè)連接器,有超過(guò)3000個(gè)的單獨(dú)終端,而且根據(jù)過(guò)往經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,因?yàn)檫B接器退化及故障導(dǎo)致了30%~60%的電氣問(wèn)題,因此召回的案例也比比皆是,所以對(duì)于連接器,尤其在混動(dòng)和純電車(chē)輛下的高壓連接器的可靠性就及其重要, 相比靜態(tài)而言,車(chē)輛是移動(dòng)的,所以就要著重考察在車(chē)輛全壽命及振動(dòng)下的接觸的可靠性等性能,基于此, 這篇文章我想主要寫(xiě)寫(xiě)連接器在車(chē)輛振動(dòng)下的幾個(gè)比較重要也是大家(無(wú)論是生產(chǎn)廠(chǎng)家還是使用廠(chǎng)家)應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注的,高壓互鎖瞬斷的問(wèn)題、接觸區(qū)域ECR變化以及微動(dòng)磨損的影響程度、連接器怎么降低以及吸收來(lái)車(chē)輛的振動(dòng);

 

 

 

接觸區(qū)域ECR變化以及微動(dòng)磨損的影響程度

 

高壓連接器的公母兩端能夠?qū)崿F(xiàn)導(dǎo)通,是通過(guò)公端子和母端子接觸,從端子的結(jié)構(gòu)形狀來(lái)說(shuō),常見(jiàn)的要矩形和圓形的,因篇幅關(guān)系,這個(gè)地方我們只以圓形結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)來(lái)闡述,同時(shí)我們的分析是基于公母端連接有彈性件的;我把我之前為企業(yè)培訓(xùn)寫(xiě)的資料摘抄了一部分,我覺(jué)得還是有必要做個(gè)簡(jiǎn)單是梳理,雖然之前的文章多少也寫(xiě)過(guò);

 

 

 

端子的接觸簧片

 

其性能直接影響了載流的傳導(dǎo)的可靠性,振動(dòng)下我們也是重點(diǎn)關(guān)注其接觸電阻及微動(dòng)磨損的情況,端子簧片主要包含了三個(gè)重要的功能,傳輸電力或者信號(hào)、提供端子正向力來(lái)建立和維持可分離的端子接觸面、提供永久性端子接觸界面的連接點(diǎn)。中間的彈性接觸簧片的內(nèi)阻決定了連接器的壽命(性能不失效的情況下插撥次數(shù)) 和失效的發(fā)生,一般來(lái)說(shuō)有幾個(gè)比較重要的設(shè)計(jì)指標(biāo)需要在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮,材料、成型結(jié)構(gòu)(幾何形狀)、電鍍因素、插拔次數(shù)和圓周正向力等;

 

彈性接觸的材料以銅或者銅合金居多,包括黃銅、磷銅、鈹銅、純銅、其它合金等,鈹青銅因?yàn)槠淞己玫膶?dǎo)電率和屈服性能被廣泛的運(yùn)用到端子接觸件設(shè)計(jì)種。

 

成型結(jié)構(gòu)一般包含劈槽式結(jié)構(gòu)、冠簧結(jié)構(gòu)、線(xiàn)簧結(jié)構(gòu)、雙曲線(xiàn)籠簧結(jié)構(gòu)等,目前雙曲線(xiàn)籠簧結(jié)構(gòu)其多次插拔后的穩(wěn)定性比較高,通常在需要多次插拔的高壓高流場(chǎng)景得到普遍應(yīng)用,比如電動(dòng)汽車(chē)充電口等,劈槽式結(jié)構(gòu)因?yàn)槠錈o(wú)法在插拔多次后保證良好的接觸電阻,我們不做過(guò)多闡述,我們可以簡(jiǎn)單來(lái)比較一下冠簧、線(xiàn)簧、雙曲線(xiàn)籠簧 三者之間的優(yōu)缺點(diǎn);

 

冠簧是一種非常普遍的彈性接觸元件,我國(guó)在70年代初就已經(jīng)在批量用于航天、工業(yè)自動(dòng)控制、軌道交通等領(lǐng)域,按其形狀還可以分為內(nèi)冠簧和外冠簧,其經(jīng)過(guò)很多的發(fā)展,其成本較為便宜,簧片一般采用銅材帶料沖制而成,其結(jié)構(gòu)形狀有點(diǎn)像腰鼓,兩頭大中間小,中間腰的部分就是公端PIN針插入后接觸的部分;

 

 

一般把冠簧裝進(jìn)母針的內(nèi)孔中需要采用專(zhuān)門(mén)的收口工具(目前都是自動(dòng)化作業(yè)以保證精度)裝配后彈性材料回彈與內(nèi)套配合,電流從公端的PIN針流入簧片中間腰鼓的接觸區(qū)域(A)在中間區(qū)域流入簧片和內(nèi)套接觸區(qū)域(BC)實(shí)現(xiàn)傳導(dǎo),根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,冠簧這種腰鼓式結(jié)構(gòu)其穩(wěn)定性不是很高,尤其是在車(chē)輛中,在傳遞高壓高流又要兼具插拔時(shí),車(chē)輛的不規(guī)則振動(dòng)會(huì)造成簧片中間區(qū)域和PIN針接觸不良,會(huì)造成微小的飛弧現(xiàn)象,時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)加速表面鍍層磨損,會(huì)造成氧化,接觸電阻會(huì)變大;另外在如圖BC的區(qū)域其其接觸力較弱,我們通過(guò)仿真軟件分析發(fā)現(xiàn)電流流經(jīng)此處時(shí)溫升較高,冠簧是通過(guò)一種彈性材料變化收口裝配至內(nèi)槽中的,其有止位臺(tái)階(如果BC處),相當(dāng)于是一種懸臂梁結(jié)構(gòu),長(zhǎng)時(shí)間在車(chē)輛的振動(dòng)環(huán)境下工作,容易造成材料屈服效應(yīng),造成失效;

 

 

 

 線(xiàn)簧孔結(jié)構(gòu)是大電流接線(xiàn)端子、接插件產(chǎn)品中高穩(wěn)定,高可靠的接觸元件,相比冠簧,其成本較高,一般只用于少部分場(chǎng)合,由數(shù)根金屬絲繞內(nèi)套,彎曲后,由兩外套,從前后兩端壓入并緊固位一體。由于金屬絲與內(nèi)套軸線(xiàn)斜交有一個(gè)角度,形成單頁(yè)雙曲面結(jié)構(gòu),并形成一喉圓,其直徑小于兩端形成之孔徑。當(dāng)插針插入后,插針被各個(gè)金屬絲所包容,由于各個(gè)金屬絲都與插針接觸,并受到拉力,所以電連接接觸可靠,受力均勻 ;與冠簧的片式不同,線(xiàn)簧采用的是單根絲的傳導(dǎo),而銅絲的數(shù)量排布越多,傳遞的性能越好,成本和制程難度也越大,其和冠簧在與內(nèi)套接觸不穩(wěn)定不同,其單根絲和PIN針之間的保持力是極具挑戰(zhàn)的;

 

 

  為什么要了解這個(gè)方程式呢?因?yàn)槿绻阆朐O(shè)計(jì)一個(gè)雙曲線(xiàn)的結(jié)構(gòu)籠簧,你就需要通過(guò)此公式和你的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行建模,通過(guò)模型帶入數(shù)值,形成雙曲線(xiàn)結(jié)構(gòu),最終在3D上形成3D的雙曲線(xiàn)設(shè)計(jì),再用3D的鈑金功能進(jìn)行展開(kāi),預(yù)留系數(shù);在此不展開(kāi)詳細(xì)推導(dǎo),感興趣的朋友可以自行推導(dǎo)和設(shè)計(jì)。

 

 

當(dāng)然,無(wú)論是矩形的片式端子還是圓形結(jié)構(gòu),端子的類(lèi)型比較多,上面簡(jiǎn)單的說(shuō)了幾種圓形的,除此之外,類(lèi)似劈槽結(jié)構(gòu)的端子應(yīng)用也比較多,比如如下是住友早期的AC充電口的端子,主要在容錯(cuò)角度的保證、加工工藝改善保證加工精度、以及產(chǎn)品在UL225110000次插拔后的穩(wěn)定性 等方面做了改善和分析;

 

 

 

 

總結(jié):結(jié)構(gòu)類(lèi)型是要基于你的設(shè)計(jì)要求來(lái)的,目前國(guó)內(nèi)各家也都陸續(xù)有自己的專(zhuān)利,也在逐步打破早些年外資幾乎壟斷的局面;但是還是需要從產(chǎn)品的穩(wěn)定性上去提高;

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