電動汽車高壓線束端子壓接性能分析

伴隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，新能源線束獲得發(fā)展機(jī)遇。高壓線束不同于低壓線束的區(qū)別在于，高壓端子通過電流較大，容易產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象，導(dǎo)致端子機(jī)械強(qiáng)度和線束絕緣性能下降，同時引起導(dǎo)體氧化進(jìn)一步加劇發(fā)熱等問題。

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高壓端子壓接既需要考慮壓接的可靠性，又需要考慮壓接處具有較低的溫升。本文主要介紹冷壓接對端子溫升影響。

高壓端子常見壓接類型

壓接、電阻焊、高頻焊。

壓接使用壓接設(shè)備和模具將導(dǎo)線和端子經(jīng)過壓接過程連接在一起。高頻焊接就是利用高頻焊接機(jī)將導(dǎo)線和端子焊接在一起。電阻焊是利用專用電阻焊接設(shè)備將導(dǎo)線和端子連接在一起。

普通壓接的優(yōu)點：操作簡單，使用維護(hù)方便，制造成本低，操作效率高，適合大批量生產(chǎn)。缺點：對于連接器要求導(dǎo)線和端子連接后電流通過率高、電阻要求小的線束和端子，無法滿足。

大平方高壓端子常見的壓接方式如圖 1 所示，為六邊形封閉式端子。

普通壓接的優(yōu)點顯而易見，但如何使普通壓接揚(yáng)長避短，盡量減少壓接電阻顯得尤為重要。減少電阻就意味著減少發(fā)熱，能夠降低產(chǎn)品溫升，使產(chǎn)品壽命與質(zhì)量更加優(yōu)異。

端子發(fā)熱的危害

端子發(fā)熱后容易使其自身以及導(dǎo)線導(dǎo)體接觸面氧化，生成氧化層薄膜，使接觸電阻增大，增大的速度隨溫度的升高而成倍增長，進(jìn)一步增加端子溫升速度，嚴(yán)重時會引起火災(zāi)。同時會使接觸結(jié)構(gòu)的彈力元件退火，接觸壓力降低，進(jìn)一步加劇接觸電阻增加。另外發(fā)熱會使連接端子的導(dǎo)線絕緣層老化發(fā)脆，引起絕緣性能下降，存在漏電過熱引起火災(zāi)的風(fēng)險。

端子三大發(fā)熱源

導(dǎo)線導(dǎo)體：導(dǎo)體本身帶有電阻，截面積越小，電阻越高，電阻會導(dǎo)致發(fā)熱。

端子壓接處：壓縮比不夠，會使導(dǎo)體松散，導(dǎo)致電阻較大，容易發(fā)熱。壓接過度容易引起截面積變小，載流量不夠引起發(fā)熱。

公母端子對插接觸處：端子接觸不良，或端子接觸面氧化導(dǎo)致發(fā)熱嚴(yán)重。

降低端子溫升方法

減少接觸電阻：

采用電阻率較小的材料。常用的高壓端子有 H62、H65 銅或者高導(dǎo)銅，大于 125 A 的產(chǎn)品建議采用電阻率較小的高導(dǎo)銅。減少導(dǎo)體的接觸電阻。盡量將端子與導(dǎo)體壓實，減少壓接電阻。增加導(dǎo)體的橫截面積，增大截面積，降低導(dǎo)線溫升。

增大導(dǎo)體散熱面積：

采用強(qiáng)迫冷卻，可使用風(fēng)冷，水冷等措施。合理布置導(dǎo)體，電流較大的線束，盡量布置在易于散熱的空間中，利于自然散熱。

壓接對溫升影響

壓接，參考?QC/T 29106—2014 《汽車電線束技術(shù)條件》中 4.2.6 電壓降實驗要求與 GB/T 20234.1-2015《電動汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置第1部分通用要求》測量溫升實驗要求進(jìn)行驗證，過程如圖 3、圖 4 所示，獲得數(shù)據(jù)如表 1 所示。

壓縮比/壓縮率計算方式

（1）參照 VW60330—2013標(biāo)準(zhǔn)

（2）參照 SAE/USCAR21—2014標(biāo)準(zhǔn)

（3）導(dǎo)體壓縮比和端子壓縮率的區(qū)別

根據(jù)VW60330-2013標(biāo)準(zhǔn)，壓縮比的計算僅包含導(dǎo)體未包含端子壓縮情況，可以較為直觀地反映出導(dǎo)體是否存在間隙，當(dāng)壓縮比≤100%時不應(yīng)存在間隙。我們可稱其為導(dǎo)線壓縮比。

根據(jù) SAE/USCAR21—2014標(biāo)準(zhǔn)，壓縮率的計算包含導(dǎo)體與端子壓縮情況在內(nèi)，雖不能直觀反映出導(dǎo)體是否存在間隙，但可以較為直觀地反映出壓接處的真實的截面積。為了便于數(shù)據(jù)比較，本文定義端子壓縮比=100T/（At+Ac）。

兩種計算方式各有優(yōu)點。

分析結(jié)果

01?

根據(jù)表 1 所示，當(dāng) 3#產(chǎn)品導(dǎo)體壓縮比達(dá)到104%時，拉力已達(dá)到QC/T29106-2014中規(guī)定的50mm2，導(dǎo)線拉力≥2 700N的標(biāo)準(zhǔn)，但此時壓接處還未完全壓實，存在較大的安全隱患，因此高壓端子不能將拉力作為評判質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。

02

表中電阻數(shù)值未能完全與溫升趨勢關(guān)系對應(yīng)，應(yīng)該是由端子個體接觸電阻差異以及端子鍍層氧化造成不一致所引起的波動。但從大趨勢來看基本符合電阻越低溫度越低的對應(yīng)關(guān)系。

03

7#端子壓縮比為73%，導(dǎo)體以及端子表面都會有氧化層，氧化層會隨著壓縮比數(shù)值的降低會逐漸遭到破壞，當(dāng)端子壓縮比為73%時導(dǎo)體氧化層開始出現(xiàn)塌方式破壞，使銅絲融合更為緊密，溫升也有小幅降低，說明此時的端子壓縮比較為合適。

04

從溫升數(shù)值波動來看，壓接對溫升的影響可以達(dá)到 10 ℃之間。這對于高壓端子來講壓接的影響比較大。

05

10#產(chǎn)品端子壓縮比在60%的情況下，端子壓接處導(dǎo)體理論截面積僅有30mm2，根據(jù)SAE/USCAR21-2014端子壓縮比計算，壓接處的截面積除了導(dǎo)體以外，端子的截面積也應(yīng)包含在內(nèi)。實際該處壓接后導(dǎo)體和端子的截面積和為66.97mm2，大于 50mm2 標(biāo)稱導(dǎo)體截面積，所以該壓縮比不會導(dǎo)致壓縮處成為瓶頸，比較符合實際情況，同時也說明高壓端子更適合采用端子壓縮比的計算方式。

06

過低的壓縮比會造成壓接處溫升過高，根據(jù)實測當(dāng)端子壓縮比達(dá)到40%以下，端子壓接電阻會逐漸增大。端子溫升開始小幅回升。

07

六邊形壓接端子適用的端子壓縮比分析。

首先無論何種情況壓接處的截面積不可小于標(biāo)稱導(dǎo)體截面積；

其次由于每種高壓端子的材料厚度選擇上會有差異，根據(jù)端子壓縮比=100T/(At+Ac)，有些端子的At截面積較低，壓縮后過低的端子壓縮比會導(dǎo)致壓接處截面積小于標(biāo)稱導(dǎo)體截面積。

因此壓接后截面積需要盡可能要大一些。另外從拉力數(shù)據(jù)中分析過低的壓縮比會導(dǎo)致端子的機(jī)械拉力數(shù)值下降，影響端子壓接的可靠性。

總結(jié)

綜合以上分析，考慮端子壓接強(qiáng)度的可靠性以及端子電阻性能。實際的端子壓縮比控制在65%～75%，導(dǎo)體壓縮比65%～80%較為合適。

從實驗數(shù)據(jù)來看，部分電阻以及溫升數(shù)據(jù)的波動與端子鍍層和氧化情況以及端子接觸結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此單從壓接質(zhì)量考慮降低溫升還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

需要關(guān)注端子的日常避光保存、端子的鍍層質(zhì)量以及端子拔插壽命、插合力度、接觸面積等因素。對于溫升較大的產(chǎn)品還是推薦使用高頻焊，高頻焊使銅在超高頻率下通過摩擦發(fā)熱，將銅融化粘連，此方式具有更低的電阻，因此在控制溫升方面具有更好的效果。

作者：工藝裝備第4期《汽車高壓線束中高壓端子的壓接性能分析》，作者高翔，葉建峰? 在此特別鳴謝！