高壓連接器的載流匹配 Derating 曲線的繪制測試

高壓連接器的核心使命為連接新能源汽車三電系統(tǒng)，在惡劣工況下實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的功率傳輸。

為實現(xiàn)此基本需求，連接器供應(yīng)商需要針對客戶傳遞的特定工況下車載用電器的功率需求，進(jìn)行涵蓋高壓連接器以及適配導(dǎo)線連接系統(tǒng)的工作電壓、載流能力評估，以開發(fā)出符合客戶應(yīng)用需求的高壓連接器產(chǎn)品。

Derating曲線（圖1.1例）作為連接器廠家與客戶進(jìn)行載流需求匹配的信息交互窗口，展示了匹配特定導(dǎo)線的連接器經(jīng)過一系列的嚴(yán)謹(jǐn)測試后，在一定范圍的外部環(huán)境溫度（derating曲線橫坐標(biāo)）與該環(huán)境溫度下連接器允許承載的最高安全持續(xù)電流（derating曲線縱坐標(biāo)）的關(guān)系。

圖例1.1 derating曲線示意

從derating曲線中不難看出隨著客戶應(yīng)用環(huán)境溫度升高，連接器允諾最高安全持續(xù)電流在逐步減小，在外部環(huán)境溫度達(dá)到180℃下，連接器喪失載流能力。之所以有這種現(xiàn)象是因為-連接器最熱點溫度作為邊界條件，限制了功率傳輸電路的載流。具體理解為連接器工作時最熱點為端子對配位置，熱量的來源一部分為工作環(huán)境輸入，另一部分來源于連接器載流。根據(jù)焦耳定律Q=I2RT， 在回路電阻、通電時間、及應(yīng)用環(huán)境恒定的前提下，電流越大產(chǎn)生的熱量越大。因此當(dāng)連接器應(yīng)用環(huán)境溫度升高，在截止溫度的限制下，留給連接器載流所能產(chǎn)生的溫升余量就會更少，回路電阻和通電時間不變，只能限制電流，以減少溫升。連接器最熱點的截止溫度根據(jù)整車應(yīng)用環(huán)境及現(xiàn)階段材料科學(xué)的發(fā)展水平設(shè)置為最高180℃。 溫度高于此閾值且累積一定時間，有可能造成連接器燒蝕等嚴(yán)重后果。

在高壓連接器測試中，Derating 曲線的繪制測試方法依然依據(jù)IEC60512-5-2的流程，大致流程為： i. 參考下圖（圖例1.2）進(jìn)行試驗布置，選擇合適的電源，連接一定長度導(dǎo)線的測試回路，將待測連接器放置在恒溫艙中，一個溫度傳感器tb布置在連接器的最熱點-端子接觸位置，另一個溫度傳感器tu布置在恒溫艙中記錄環(huán)境溫度的變化。

圖例 1.2

ii. 具體的測試方法如下表1.1所示，從小到大階梯輸出測試電流，每一個階梯電流需要持續(xù)一定時間已達(dá)到環(huán)境熱平衡（溫度傳感器tb&tu示值穩(wěn)定），并記錄此時溫度傳感器示值，當(dāng)連接器最熱點溫度達(dá)到180℃時，測試終止。

表1.1 某連接器測試范例

iii. 以步驟2得出的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行Derating曲線的繪制，具體計算程序為將最熱點溫度（tb）移除掉環(huán)境溫度（tu），所到達(dá)的△t，即為施加此測試階梯測試電流后，去除環(huán)境溫度輸入，單純因為載流在連接器端引起的溫升；使用截止溫度（180℃）再減去△t，反向得到的則為施加此測試電流時，連接器所允許使用的最高應(yīng)用環(huán)溫。至此我們得到了Derating坐標(biāo)系里的一個點（橫坐標(biāo)環(huán)溫，縱坐標(biāo)測試電流），當(dāng)我們用同樣方法計算出每一個測試階梯電流點對應(yīng)的最高應(yīng)用環(huán)溫，將所有點依次連接則得到表1.2藍(lán)色曲線所示的Derating曲線?？紤]到實際車輛復(fù)雜工況及材料老化，我們需要在應(yīng)用電流上預(yù)留至少20%的安全余量，比如：實際測試時，施加100A電流，連接器最熱點溫度（tb）為120℃，扣除掉20%的安全余量，繪制derating曲線時只能使用80A去對應(yīng)最熱點溫度（tb）120℃。將所有測試階梯電流去除20%余量再與環(huán)溫對應(yīng)后，則得出表1.2所示橙色顯示derating曲線。

表 1.2 測試曲線繪制舉例

在實際測試操作中，為覆蓋樣件間的制造差異，通常需要測試一定數(shù)量的連接器，以及在同一個樣件上盡量多的布置傳感器去記錄tb及tu，，已使用平均值過濾測試誤差。另外相較于最終遞交給客戶的連接器derating 曲線，此流程所得出的僅僅是初版，后續(xù)還需要通過一系列苛刻的工況環(huán)境&老化試驗，來驗證在模擬整車壽命周期內(nèi)，高壓線束在受到嚴(yán)苛振動、沖擊、高溫高濕的惡劣環(huán)境考驗后，Derating曲線所顯示連接器載流能力依然符合預(yù)期。

作者：羅森伯格 蔣少華