電動汽車高壓連接器振動相關問題淺析

        前幾天（tiān）在新能（néng）源線束看大家對連接器的振動非常感興趣，想再寫點和振動相關的內（nèi）容，之前粗略寫過一篇和連（lián）接器振動（dòng）相關的文章，主要是簡單的說了一些和測試相關的內容，感興趣的朋友也可以去看看新能源汽車高壓連接器的振動闡述，

其實在車輛振動下，連接器需要考量的因素非常多，如下我簡單的列出了幾個，這個之前也列過；連接器雖然在整車的部（bù）件來看，算不了什麽大部件，也算不了什（shí）麽核心部件，但是 一（yī）台車可能要400多個連接器，有超過3000個的單獨終端，而且根據過往經驗（yàn）來看，因為連接器退（tuì）化及（jí）故障導致了30%~60%的電（diàn）氣問題，因此召回的案例也比比皆是，所以（yǐ）對於連接器，尤其（qí）在混動和純電車輛下的高壓連接器的可靠性就及其重要， 相比靜態而言，車輛（liàng）是移動的，所以（yǐ）就要著重考察在（zài）車（chē）輛全壽命及振動（dòng）下的接觸的可靠性等性能，基於此， 這篇文（wén）章我想主要寫寫連（lián）接器在車輛振動下的幾個比較重要也是（shì）大家（無論是生產廠家還是使用廠家）應該重點關注的（de），高壓互鎖瞬斷（duàn）的問題（tí）、接（jiē）觸區域ECR變（biàn）化以及微動磨損的影響程度、連接器怎麽（me）降低（dī）以及吸收（shōu）來車輛的振動（dòng）；

接觸區域ECR變化以（yǐ）及微動磨損的影響程度

高壓連接器的公母（mǔ）兩端能夠實現導通，是通過公端（duān）子和母端子接觸，從（cóng）端子的結構形狀來說，常見的要矩（jǔ）形和（hé）圓形的，因篇幅關係，這個地方我們隻以圓（yuán）形結構為基礎來闡述，同時我們的分析是基於公母端連接有彈（dàn）性件的；我把（bǎ）我之前為企業培訓寫（xiě）的資料摘抄了一部分，我（wǒ）覺得還是（shì）有必要做個簡（jiǎn）單是梳理，雖然之前的文章多少也寫過；

端子的接觸（chù）簧片

其（qí）性能直（zhí）接影響了載流（liú）的傳（chuán）導的可靠性，振動下（xià）我們也是重點關注其接（jiē）觸電阻及微動（dòng）磨（mó）損的情況，端子（zǐ）簧片主要包含了三個重要的功能，傳輸（shū）電力或者信號、提供端子正向力來建立和維持可（kě）分離（lí）的端子接觸麵、提供永久（jiǔ）性（xìng）端子接觸界麵的連接點。中間的彈性接觸簧片的內阻決定了連接器（qì）的（de）壽命(性能不失效（xiào）的情況下插撥次數) 和失效的發生（shēng），一般（bān）來說有幾個比較重要的設計指（zhǐ）標需要在（zài）設計時需要考慮，材料（liào）、成型結構（幾何（hé）形狀）、電鍍因素、插拔次數和圓周正向（xiàng）力等；

彈性接觸的材料以銅或者銅合金居多，包（bāo）括黃銅、磷銅、鈹（pí）銅、純銅、其它（tā）合金等，鈹青銅因為（wéi）其良好的導電率（lǜ）和（hé）屈服性能被廣泛的運用到端子接觸件設計種。

成型結構一般包含劈槽式結構、冠簧結構、線簧結構、雙曲線（xiàn）籠簧結構等，目前雙曲（qǔ）線籠簧結構其多次插拔後的穩定性比較高（gāo），通常在（zài）需要多次插拔的（de）高壓高流場景得到普遍應用，比如電（diàn）動汽車充電（diàn）口等，劈（pī）槽式結構因為其無（wú）法在插拔多次後保證良好（hǎo）的接觸電阻，我們不做過多闡述，我們可以簡單來比較一（yī）下冠簧、線簧、雙曲線籠簧 三者（zhě）之間的優缺點；

冠簧是一種非常（cháng）普遍的（de）彈性接觸元件，我國（guó）在70年代初就已經在批量用於航天、工業自動控製（zhì）、軌道（dào）交通等領域，按其形狀還可以分為內冠簧和外冠簧，其經過很（hěn）多的發展，其（qí）成本（běn）較為（wéi）便（biàn）宜，簧片一般采用銅材帶料（liào）衝製而成（chéng），其結（jié）構形狀有點像腰鼓，兩頭大中間（jiān）小，中間腰的部（bù）分就是公端PIN針插入後接觸的部分；

一般把（bǎ）冠簧（huáng）裝進母針的內孔中需（xū）要（yào）采用專（zhuān）門的收口工具（目前都是自動化作業以（yǐ）保證精度）裝（zhuāng）配後彈性材（cái）料回彈與內套配合，電流從公端的PIN針流入簧片中間腰鼓的接觸區（qū）域（A）在中間區域流入簧片和內套接觸區域（BC)實現傳導（dǎo），根據以往的經驗來看，冠簧這種腰鼓式結構其穩定性不是很高，尤其是在車輛（liàng）中，在傳遞高壓高流（liú）又（yòu）要兼具插拔時，車（chē）輛的不規則振動會造（zào）成（chéng）簧片（piàn）中間區域和PIN針接觸不良，會造成微（wēi）小的飛弧現象，時間長了會加速（sù）表麵（miàn）鍍層磨（mó）損（sǔn），會造成氧化，接觸電阻（zǔ）會變大；另外在如圖（tú）BC的區域（yù）其其接觸力較弱（ruò），我們通過仿真軟件分析發現電流（liú）流經此處時溫升較高，冠簧是通過一（yī）種彈（dàn）性材料變化收口裝配至內槽中的，其有止位台階（如果BC處（chù）），相當於是一種懸（xuán）臂梁結構，長時（shí）間在車輛的振動（dòng）環境下工作，容易造成材料屈服效應，造成失（shī）效；

 線簧孔（kǒng）結構是大電流接線端子、接插件產品中高穩定，高可靠（kào）的（de）接觸元（yuán）件，相（xiàng）比冠簧，其成本較高，一般隻用於少部分場合，由數根金屬絲（sī）繞內套，彎曲後，由兩外套，從前後兩端壓入並緊固位一體。由於（yú）金屬絲與內套軸線斜交有一（yī）個角度，形（xíng）成單頁（yè）雙曲麵結構，並形成（chéng）一（yī）喉圓，其直徑小於兩端形成之孔徑。當插針插入後，插針被各個金屬絲所（suǒ）包容，由於各個金屬絲都與插針接觸，並受到拉力，所以（yǐ）電連接接觸可靠，受力（lì）均勻 ；與冠簧的片（piàn）式不同，線簧采用的是單根絲（sī）的傳導，而銅絲的數量排布越多，傳遞的性能越好，成本和製程難度也越大，其和冠簧在與內套接觸不穩定不（bú）同，其單根絲和PIN針之間的保持力是極具挑戰的；

  為什麽要了解這個方程式呢？因為如果你想設計一（yī）個雙曲線的結構籠簧，你（nǐ）就需（xū）要通過此公式和你的（de）設計參數進（jìn）行建模，通過模型帶入數值，形成雙曲線結構，最終在3D上形成3D的雙曲線設計，再用3D的鈑金（jīn）功能進行展開，預留係數；在此不展開詳（xiáng）細推（tuī）導，感興趣的朋友可以自行推導和設計。

當然，無論是矩形（xíng）的片式端子（zǐ）還是圓形結構，端子的類型比較多，上麵簡單的說（shuō）了幾種圓形的，除此之外，類似劈槽結構的端子應用也比較多，比如如下是住友早期的AC充電（diàn）口（kǒu）的端子，主要在容錯角度的保證、加工工藝改善保證加工精度、以及產品在UL2251的10000次插拔後的穩定性 等方麵做了改（gǎi）善和分析；

總結（jié）：結（jié）構類型是要基於你的設計要求來的，目前國內各家也都（dōu）陸續有自（zì）己的專利（lì），也在逐步打破早些年外資幾乎壟斷的局麵（miàn）；但是還是需要從產品的穩定性上去提高；