電動(dòng)車高壓矩形連接器端子的設(shè)計(jì)技術(shù)

來源：?作者：線束世界-Jimmy?2021-03-29 09:05

摘要?

電動(dòng)化是汽車技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)之一。由于電動(dòng)汽車具有600V以上高壓及300A以上大電流系統(tǒng)，對(duì)高壓連接器的安全性、屏蔽性具有更高的要求。高壓連接器的接觸金屬件多為機(jī)加工的圓柱形，接觸孔內(nèi)嵌接觸冠簧形成電接觸。該類產(chǎn)品雖然安全性和穩(wěn)定性能滿足要求，但機(jī)加工效率低，成本高，無法滿足自動(dòng)生產(chǎn)的需要。很多電動(dòng)車高壓連接器的研究者不斷探索高壓連接器的設(shè)計(jì)方案，期望能在保證高壓連接安全可靠性的前提下獲得高壓連接器加工簡(jiǎn)單便于自動(dòng)化生產(chǎn)的的方案，我們課題組在這方面也做了大量研究工作。加工簡(jiǎn)便、可自動(dòng)化沖壓成型矩形高壓連接器設(shè)計(jì)技術(shù)逐漸走上市場(chǎng)。

一、內(nèi)嵌簧片式矩形插孔高壓連接器

高壓類矩形連接器包括矩形插孔和呈矩形的簧片（圖1）。矩形插孔由銅合金板材沖壓成型，加工簡(jiǎn)單便于自動(dòng)化生產(chǎn)，從而降低成本。結(jié)構(gòu)上一般設(shè)定為插孔端子的插孔頭部有兩個(gè)垂直的開口側(cè)，可適應(yīng)簧片90°或180°方向的裝配，從而可實(shí)現(xiàn)插針插片兩個(gè)方向的插拔。

圖1 內(nèi)嵌簧片式矩形插孔高壓連接器

目前研究人員主要集中在研究?jī)?nèi)嵌的矩形簧片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，以期望提高其電接觸性能和降低其插入力。于增亮等設(shè)計(jì)了一種具有高接觸面積的端子彈簧彈性機(jī)構(gòu)（圖2），該彈性機(jī)構(gòu)包括多個(gè)沿橫向平行設(shè)置在端子彈簧本體上表面及下表面上的接觸彈性臂、接觸懸彈臂，并且所述的接觸彈性臂與接觸懸彈臂沿縱向兩兩相互交錯(cuò)布設(shè)在端子彈簧本體上。在工作狀態(tài)下，接觸彈性臂與接觸懸彈臂的背面與裝配母端接觸連接，并且所述的接觸彈性臂與接觸懸彈臂的正面與裝配公端接觸連接。該設(shè)計(jì)采用接觸彈性臂及接觸懸彈臂，兩者接觸點(diǎn)位置不同，能有效減小端子的插入力。

圖2 一種具有高接觸面積的端子彈簧彈性機(jī)構(gòu)

金夢(mèng)醒等設(shè)計(jì)的簧片可沖壓成型（圖3），設(shè)有鉚扣與插孔中鉚合孔相配合?；善w上有多個(gè)接觸對(duì)，接觸對(duì)包含接觸點(diǎn)及彈性段，二者設(shè)計(jì)有“V”型成型角，以接觸點(diǎn)為“V”型頂點(diǎn)，彈性段分在“V”型兩側(cè)，呈波峰形狀，同時(shí)多個(gè)接觸對(duì)之間設(shè)計(jì)有接觸對(duì)間隙，從而可分散插針插片在插入時(shí)的力，保持合適的插合力，且簧片接觸點(diǎn)兩側(cè)的彈性段，在插針插片插入時(shí)，可降低簧片的垂直受力，從而增加接觸點(diǎn)接觸力；在插針插片插入時(shí)，彈性段徑向受力后可與插孔頭部的安裝板接觸，增加簧片基體與安裝板的接觸面積，縮短電流傳輸距離，能有效降低溫升值和接觸電阻值。

圖3簧片的結(jié)構(gòu)示意圖

天海夏友卿等設(shè)計(jì)的簧片（圖4）包括兩組對(duì)稱設(shè)置的結(jié)構(gòu)面。結(jié)構(gòu)面的兩端分別設(shè)置有前端帶和后端帶，每組結(jié)構(gòu)面的前端帶和后端帶之間設(shè)有若干個(gè)彈片組和簡(jiǎn)支梁，采用彈片和簡(jiǎn)支梁，并將兩者交互使用，實(shí)現(xiàn)兩者的接觸點(diǎn)位置不同，可有效減小端子的插入力；且彈片為前后2個(gè)一組，并設(shè)置2組結(jié)構(gòu)面對(duì)稱分布，使得接觸點(diǎn)數(shù)量是普通簧片的4倍，大大增加了有效接觸面積，從而降低了接觸電阻，增大了載流的能力。

圖4一種大電流片式簧片?

矩形插孔高壓連接器雖然加工簡(jiǎn)單，成本低，但矩形的插片和插孔電流分布不均勻，存在電流分布的邊緣效應(yīng)，即在邊沿處電流成倍增加，容易引起局部電流過高導(dǎo)致的發(fā)熱問題。為解決高壓矩形連接器的電流邊緣效應(yīng)問題，筆者設(shè)計(jì)了一種消除電流邊緣效應(yīng)的高壓矩形連接器（圖5，專利已申請(qǐng)受理202010652522.5），通過啞鈴形的接觸頭及接觸腔形成電接觸，弧形的兩側(cè)電接觸電流分布均勻，消除了矩形連接器的邊緣效應(yīng)；通過彈簧形成線接觸，降低了接觸電阻。

圖5一種消除電流邊緣效應(yīng)的高壓矩形連接器

二、疊片式矩形連接器

疊片式矩形連接器的插座包括多個(gè)并列的單片，通過調(diào)整疊加的單片彈叉的數(shù)量來配置不同電流，以滿足整車系統(tǒng)的不同電流使用環(huán)境，實(shí)現(xiàn)模塊化配置，方便后期物料的統(tǒng)一；單片上設(shè)置至少一個(gè)插槽（圖6）。該設(shè)計(jì)通過將傳統(tǒng)的圓端端子變?yōu)閴憾硕俗?，使得插座的?nèi)部結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，便于使用模塊化設(shè)計(jì)，使其結(jié)構(gòu)更加緊湊，節(jié)省其內(nèi)部空間，從而縮小產(chǎn)品體積，進(jìn)而增加整體的實(shí)用性及便利性。

圖6 疊片式矩形連接器

金夢(mèng)醒等設(shè)計(jì)的錯(cuò)位疊加式彈叉組件（圖7）每個(gè)單片彈叉均設(shè)有4處接觸點(diǎn)，多個(gè)單片彈叉并列排列后即形成線接觸，可保障接觸的可靠性；且本發(fā)明的錯(cuò)位疊加式彈片組件與公端端子、轉(zhuǎn)接端子的接觸端的接觸點(diǎn)為錯(cuò)位交疊，可有效避免長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生共振，具有抗振動(dòng)、強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，其彈叉觸點(diǎn)采用圓滑過渡的圓角設(shè)計(jì)，可有效提升對(duì)插時(shí)的柔和度，且其轉(zhuǎn)接端子可滿足不同角度的出線方式，滿足了新能源電動(dòng)汽車對(duì)不同整車空間布局緊湊的需求，具有可組合不同電流大小、插拔柔和、抗振動(dòng)強(qiáng)度高、可制造性高的優(yōu)點(diǎn)，且可適用于自動(dòng)化裝配，提高裝配效率。

圖7 錯(cuò)位疊加式彈叉組件?

為解決疊片組合一起后插入力較大、裝配困難的問題，我們開發(fā)一種接觸良好、插拔力低的高壓矩形疊片式連接器的疊片（專利已申請(qǐng)受理20201324522.4，圖8，圖9）。巧妙利用接觸臂上的圓孔形成了彈性接觸，插入時(shí)孔自動(dòng)收縮，從而降低了插入力。并線性或多觸點(diǎn)接觸，降低了接觸電阻。