电动汽车高压连接器振动相关问题浅析

        前几天在新能源线束看大家对连接器的振动非常感兴趣，想再写点和振动相关的内容，之前粗略写过一篇和连接器振动相关的文章，主要是简单的说了一些和测试相关的内容，感兴趣的朋友也可以去看看新能源汽车高压连接器的振动阐述，

其实在车辆振动下，连接器需要考量的因素非常多，如下我简单的列出了几个，这个之前也列过；连接器虽然在整车的部件来看，算不了什么大部件，也算不了什么核心部件，但是 一台车可能要400多个连接器，有超过3000个的单独终端，而且根据过往经验来看，因为连接器退化及故障导致了30%~60%的电气问题，因此召回的案例也比比皆是，所以对于连接器，尤其在混动和纯电车辆下的高压连接器的可靠性就及其重要， 相比静态而言，车辆是移动的，所以就要着重考察在车辆全寿命及振动下的接触的可靠性等性能，基于此， 这篇文章我想主要写写连接器在车辆振动下的几个比较重要也是大家（无论是生产厂家还是使用厂家）应该重点关注的，高压互锁瞬断的问题、接触区域ECR变化以及微动磨损的影响程度、连接器怎么降低以及吸收来车辆的振动；

接触区域ECR变化以及微动磨损的影响程度

高压连接器的公母两端能够实现导通，是通过公端子和母端子接触，从端子的结构形状来说，常见的要矩形和圆形的，因篇幅关系，这个地方我们只以圆形结构为基础来阐述，同时我们的分析是基于公母端连接有弹性件的；我把我之前为企业培训写的资料摘抄了一部分，我觉得还是有必要做个简单是梳理，虽然之前的文章多少也写过；

端子的接触簧片

其性能直接影响了载流的传导的可靠性，振动下我们也是重点关注其接触电阻及微动磨损的情况，端子簧片主要包含了三个重要的功能，传输电力或者信号、提供端子正向力来建立和维持可分离的端子接触面、提供永久性端子接触界面的连接点。中间的弹性接触簧片的内阻决定了连接器的寿命(性能不失效的情况下插拨次数) 和失效的发生，一般来说有几个比较重要的设计指标需要在设计时需要考虑，材料、成型结构（几何形状）、电镀因素、插拔次数和圆周正向力等；

弹性接触的材料以铜或者铜合金居多，包括黄铜、磷铜、铍铜、纯铜、其它合金等，铍青铜因为其良好的导电率和屈服性能被广泛的运用到端子接触件设计种。

成型结构一般包含劈槽式结构、冠簧结构、线簧结构、双曲线笼簧结构等，目前双曲线笼簧结构其多次插拔后的稳定性比较高，通常在需要多次插拔的高压高流场景得到普遍应用，比如电动汽车充电口等，劈槽式结构因为其无法在插拔多次后保证良好的接触电阻，我们不做过多阐述，我们可以简单来比较一下冠簧、线簧、双曲线笼簧 三者之间的优缺点；

冠簧是一种非常普遍的弹性接触元件，我国在70年代初就已经在批量用于航天、工业自动控制、轨道交通等领域，按其形状还可以分为内冠簧和外冠簧，其经过很多的发展，其成本较为便宜，簧片一般采用铜材带料冲制而成，其结构形状有点像腰鼓，两头大中间小，中间腰的部分就是公端PIN针插入后接触的部分；

一般把冠簧装进母针的内孔中需要采用专门的收口工具（目前都是自动化作业以保证精度）装配后弹性材料回弹与内套配合，电流从公端的PIN针流入簧片中间腰鼓的接触区域（A）在中间区域流入簧片和内套接触区域（BC)实现传导，根据以往的经验来看，冠簧这种腰鼓式结构其稳定性不是很高，尤其是在车辆中，在传递高压高流又要兼具插拔时，车辆的不规则振动会造成簧片中间区域和PIN针接触不良，会造成微小的飞弧现象，时间长了会加速表面镀层磨损，会造成氧化，接触电阻会变大；另外在如图BC的区域其其接触力较弱，我们通过仿真软件分析发现电流流经此处时温升较高，冠簧是通过一种弹性材料变化收口装配至内槽中的，其有止位台阶（如果BC处），相当于是一种悬臂梁结构，长时间在车辆的振动环境下工作，容易造成材料屈服效应，造成失效；

 线簧孔结构是大电流接线端子、接插件产品中高稳定，高可靠的接触元件，相比冠簧，其成本较高，一般只用于少部分场合，由数根金属丝绕内套，弯曲后，由两外套，从前后两端压入并紧固位一体。由于金属丝与内套轴线斜交有一个角度，形成单页双曲面结构，并形成一喉圆，其直径小于两端形成之孔径。当插针插入后，插针被各个金属丝所包容，由于各个金属丝都与插针接触，并受到拉力，所以电连接接触可靠，受力均匀 ；与冠簧的片式不同，线簧采用的是单根丝的传导，而铜丝的数量排布越多，传递的性能越好，成本和制程难度也越大，其和冠簧在与内套接触不稳定不同，其单根丝和PIN针之间的保持力是极具挑战的；

  为什么要了解这个方程式呢？因为如果你想设计一个双曲线的结构笼簧，你就需要通过此公式和你的设计参数进行建模，通过模型带入数值，形成双曲线结构，最终在3D上形成3D的双曲线设计，再用3D的钣金功能进行展开，预留系数；在此不展开详细推导，感兴趣的朋友可以自行推导和设计。

当然，无论是矩形的片式端子还是圆形结构，端子的类型比较多，上面简单的说了几种圆形的，除此之外，类似劈槽结构的端子应用也比较多，比如如下是住友早期的AC充电口的端子，主要在容错角度的保证、加工工艺改善保证加工精度、以及产品在UL2251的10000次插拔后的稳定性 等方面做了改善和分析；

总结：结构类型是要基于你的设计要求来的，目前国内各家也都陆续有自己的专利，也在逐步打破早些年外资几乎垄断的局面；但是还是需要从产品的稳定性上去提高；