趙平堂

（1.天海汽車電子集團汽車電器工程研究院，河南 鶴壁 458030；2.鶴壁汽車工程職業(yè)學院 汽車零部件及其功能材料研究中心，河南 鶴壁 458030）

隨著乘用車油耗標準的不斷降低，電動化成為汽車技術(shù)發(fā)展的重要趨勢之一。電動汽車具有600 V以上高壓及300 A以上大電流系統(tǒng)，高壓電路的連接器系統(tǒng)，特別是高壓連接器的內(nèi)接觸結(jié)構(gòu)對保證高壓電路的安全性起著至關(guān)重要的作用，傳統(tǒng)的汽車連接器接觸結(jié)構(gòu)在電性能安全和接觸電阻上都無法滿足標準要求，電力行業(yè)應(yīng)用的高壓花瓣接觸結(jié)構(gòu)雖然加工簡單但接觸點少，接觸電阻較大，加工精度難以控制，最近很多電動車高壓連接的研究者不斷設(shè)計新的高壓連接器的內(nèi)接觸結(jié)構(gòu)，我們課題在這方面也做了大量研究工作，以提高高壓連接器的安全性。

1 雙螺旋及線簧接觸結(jié)構(gòu)

安費諾在電動車以及混合動力車中電機控制、電機驅(qū)動等部位中的大電流連接器的接觸結(jié)構(gòu)解決方案是采用雙螺旋結(jié)構(gòu) （圖1）［1］，接觸面積達到65%，具有低插拔力和高可靠性，工作電壓可達到630 V，額定電流455 A，具有比較高的過載能力，機械壽命大于500次，是目前在電動車高壓連接領(lǐng)域流行的內(nèi)接觸結(jié)構(gòu)之一。而羅森伯格采用的線簧接觸系統(tǒng) （圖2）能夠?qū)崿F(xiàn)超過40個接觸點，載流能力高，節(jié)省空間，接觸電阻和插拔力低。

圖1 雙螺旋結(jié)構(gòu)

圖2 線簧接觸結(jié)構(gòu)

2 多孔耐磨結(jié)構(gòu)

我們開發(fā)的一種電動車高壓連接器多孔耐磨 內(nèi)接觸 環(huán)［2］， 包 括 多孔彈性內(nèi)接觸環(huán) （圖3）、表面鍍層。多孔彈性接觸環(huán)的壁厚為0.5 mm、口內(nèi)徑為8 mm，長19 mm的高彈性銅鎳硅合金開口管。管呈弧形中間下凹，中間內(nèi)徑5mm，管壁交錯均勻分布直徑為1.5 mm的孔，管沿軸方向有一條線縫，縫寬度控制在0.5 mm以內(nèi)。表面鍍層為AgCu、AgSb、AgPd、AuAg合金的一種，厚度為0.5~2.0μs。AgCu合金鍍層中Cu的含量為1%~2%；AgSb合金鍍層中Sb的含量為1.5%~2.5%；AgPd合金鍍層中Pd的含量為8%~10%；AuAg合金鍍層中Ag的含量為30%~40%。合金鍍層可通過電鍍或磁控濺射方法獲得。

該接觸結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，應(yīng)用范圍廣泛，能夠有效地推廣高壓連接器的應(yīng)用；本文多孔耐磨彈性內(nèi)接觸環(huán)實現(xiàn)了與插頭的網(wǎng)狀線性接觸，接觸電阻低，達到LV215高壓連接器的接觸電阻要求；采用的AgCu、AgSb、AgPd、AuAg合金鍍層代替內(nèi)接觸環(huán)的純Ag或純Au鍍層提高了內(nèi)接觸結(jié)構(gòu)的耐磨性。AgCu合金鍍層中Cu的含量為1%~2%時耐磨性比銀提高3~5倍；AgSb合金鍍層中Sb的含量為1.5%~2.5%時耐磨性比銀高10~12倍；AgPd合金鍍層中Pd的含量為8%~10%時耐磨性比純銀提高5~10倍；AuAg合金鍍層中Ag的含量為30%~40%時耐磨性比純金提高8~10倍。

3 彈性插孔接觸件

趙仕彬［3］設(shè)計的彈性插孔接觸件 （圖4）由護套、彈性件和插孔組成，彈性接觸件由彈性線材或彈性帶材彎曲成包括圓弧的接觸部位和彎鉤形的固定部位的形狀，在插孔圓周均勻布置，圓弧形的接觸部位朝插孔中心懸置，形成滑動支點，并在插孔的徑向形成一個內(nèi)接觸插孔。該結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單，插拔力低和載流量大的優(yōu)點。

圖3 多孔耐磨結(jié)構(gòu)

4 觸點式彈性內(nèi)接觸結(jié)構(gòu)

最近我們開發(fā)的一種電動車高壓連接器觸點式彈性內(nèi)接觸結(jié)構(gòu)［4］，包括彈性接觸環(huán)（圖5）、圓柱接觸頭和插座主體，彈性接觸環(huán)固定在插座主體內(nèi)后與圓柱接觸頭對接，彈性接觸環(huán)為開口管結(jié)構(gòu)，開口管結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)均勻分布有弧形凸點，彈性接觸環(huán)沿管軸方向設(shè)有線縫。彈性接觸環(huán)的開口管直徑為3~16 mm，弧形凸點半徑為0.5~1 mm，弧形凸點高度為0.2~0.5 mm。

圖4 彈性插孔接觸件

該結(jié)構(gòu)加工簡單，性能可靠，多觸點彈性接觸結(jié)構(gòu)接觸電阻低，能夠達到LV215高壓連接器的接觸電阻要求。

馮紀兵［5］在激光鏤空的連接管內(nèi)壁上設(shè)置了多個陣列凸點 （圖6），能夠穩(wěn)定地獲得多觸點正壓力，保證了接觸的可靠性。

圖5 多觸點彈性接觸環(huán)

圖6 具有陣列凸點的鏤空連接管

5 片簧接觸結(jié)構(gòu)

彭易平等［6］發(fā)明了一種片簧接觸結(jié)構(gòu) （圖7）。該結(jié)構(gòu)包括C型或環(huán)型設(shè)計的主體部分及成型在主體上的若干簧片，簧片設(shè)有朝向主體部分的軸心的接觸片，簧片沿主體的軸向方向至少設(shè)有兩排，相鄰兩排軸向方向錯位設(shè)置，取得了更好的彈性和耐插拔能力。

6 新型的圓柱形冠簧

最近我們團隊設(shè)計了一種新型的圓柱形冠簧［7］，包括設(shè)置在圓柱形冠簧兩端的上端帶和下端帶，以及設(shè)置在上端帶和下端帶之間的若干簧片，每個簧片上具有向圓柱形冠簧軸向延伸的接觸部 （圖8）。該技術(shù)方案具有更多的接觸點，可以有效降低接觸電阻，且簧片向內(nèi)的凸起分為多層，在插針插入過程中可以分層和插針接觸，有效降低插針的插拔力。

圖7 片簧接觸結(jié)構(gòu)

圖8 新型的圓柱形冠簧

7 彈性高壓插頭

以上無論哪種接觸結(jié)構(gòu)都是通過中間介體形成了二次接觸，并非插頭和插座的直接接觸，增加了風險。我們開發(fā)的彈性高壓插頭 （圖9） （專利已受理）在插頭接觸端的線性彈性接觸片可以與插座直接形成線性接觸保證了插頭插座的良好接觸，不需要冠簧等中介體。通過不銹鋼環(huán)狀開口線性彈片嵌入到線性彈性接觸片下面，提高了線性接觸彈片的抗疲勞能力，延長了使用壽命。采用銀鎳、或銀鎳納米石墨片、或銀鎳碳納米管復(fù)合鍍層代替常規(guī)的銀或金鍍層，提高了鍍層的硬度和耐磨性，增加了高壓端子的插拔次數(shù)。在高壓花瓣插座的基礎(chǔ)上，把插頭表面做成牙型螺紋［8］，同樣在不需要中間介體的基礎(chǔ)上實現(xiàn)插頭與插座的線性接觸來保證高壓連接器接觸的可靠性。

圖9 彈性高壓插頭

8 結(jié)論

總之，高壓連接器的結(jié)構(gòu)設(shè)計有兩種趨勢。一種是由原來低壓的面接觸改為高壓下雙螺旋曲線結(jié)構(gòu)、線簧結(jié)構(gòu)、多孔耐磨結(jié)構(gòu)、片簧接觸結(jié)構(gòu)、彈性插孔結(jié)構(gòu)的線接觸以增加接觸面積，降低接觸電阻，提高載流能力。而另一種則是采用多觸點接觸環(huán)、具有陣列凸點的鏤空連接管、新型的圓柱形冠簧直接實現(xiàn)點接觸來降低接觸電阻，提高載流能力。彈性高壓插頭則可以與插座直接形成線性接觸，不需要冠簧等中介體。