陳偉　韓見(jiàn)強(qiáng)　范利海　丁爽

【摘? 要】以新能源汽車(chē)充電線束作為研究對(duì)象，通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)功率端子壓接區(qū)域電壓降過(guò)高是導(dǎo)致線束溫升高的主要原因之一。提出應(yīng)在線束生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)電壓降進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而預(yù)防因電壓降不合格導(dǎo)致的線束溫升高的問(wèn)題。提出使用更加便捷的直接測(cè)試法代替QC/T 29106—2014推薦的間接測(cè)試法對(duì)電壓降進(jìn)行測(cè)試，并建立了電壓降評(píng)價(jià)體系，依靠對(duì)電壓降的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)端子壓接品質(zhì)的反饋調(diào)節(jié)。

【關(guān)鍵詞】電壓降；測(cè)試；預(yù)防；線束；高溫

中圖分類號(hào)：U463.62? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1003-8639（ 2023 ）06-0028-05

Research on Preventing High Temperature of Wire Harness Based on Voltage Drop Detected Method

CHEN Wei，HAN Jian-qiang，F(xiàn)AN Li-hai，DING Shuang

（AVIC Jonhon Optronic Technology Co.，Ltd.，Luoyang 471003，China）

【Abstract】Taking the charging harness of electrical vehicle as the research object，it was found that the exceeded voltage drop in the crimping area of the power terminal is one of the main reasons for high temperature rise of the wire harness. It was proposed that the voltage drop should be monitored during the production process which can prevent the temperature rise of the wire harness caused by the unqualified voltage drop. The direct test method was proposed to test voltage drop which is more convenient than indirect test method recommended by QC/T 29106—2014. The voltage drop evaluation system also be established，which can realize the feedback regulation to crimping quality according to the dynamic monitoring of voltage drop.

【Key words】voltage drop；test；prevent；wire harness；high temperature

新能源汽車(chē)線束是汽車(chē)電路系統(tǒng)的重要組成部分，當(dāng)線束通電流時(shí)，會(huì)因端子導(dǎo)線壓接電阻、連接器接觸電阻以及導(dǎo)體自身電阻等多種電阻的存在而產(chǎn)生熱量，造成線束升溫。當(dāng)溫升超過(guò)規(guī)定上限時(shí)，會(huì)威脅汽車(chē)行駛安全[1]，如圖1所示。

線束的主要發(fā)熱量根據(jù)式（1）得出：

式中：I——導(dǎo)線電流計(jì)算值；R_壓接——端子導(dǎo)線壓接電阻；R_接觸——連接器接觸電阻；R_導(dǎo)體——端子及導(dǎo)線導(dǎo)體電阻；t——導(dǎo)線通電時(shí)間。

端子與導(dǎo)線的連接一般采用壓接技術(shù)，通過(guò)在端子與導(dǎo)線的接觸區(qū)域施加壓力使其產(chǎn)生相應(yīng)的形變，實(shí)現(xiàn)可靠的電氣和機(jī)械連接[2]，因而端子導(dǎo)線的壓接電阻R壓接與線束生產(chǎn)過(guò)程密切相關(guān)[3]。如何在生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)端子導(dǎo)線壓接電阻的管控，對(duì)于預(yù)防線束特別是高壓線束出現(xiàn)批次性溫升過(guò)高的問(wèn)題有著重要的意義[4]。

1? 研究背景

本文以某交流充電線束作為研究對(duì)象，該線束L和N功率線路分別連接32A交流充電插座功率端子和OT型端子，使用6mm2導(dǎo)線，如圖2所示。該線束在充電過(guò)程中有6條線束被監(jiān)測(cè)到出現(xiàn)溫升過(guò)高的問(wèn)題，本文對(duì)上述交流充電線束和與其對(duì)插充電的交流充電槍進(jìn)行相關(guān)測(cè)試，研究分析溫升過(guò)高的原因。

2? 測(cè)試分析

2.1? 線束溫升及電壓降數(shù)據(jù)測(cè)試

本文使用直流電源、熱電偶、封閉箱及溫度采集器經(jīng)過(guò)多組溫升測(cè)試（圖3），發(fā)現(xiàn)2條交流充電線束最大溫升分別為66.5℃、68.6℃，超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 37133—2018規(guī)定的55℃的最大溫升上限[5]；另外4條交流充電線束測(cè)試時(shí)未發(fā)現(xiàn)溫升超限異常。同時(shí)對(duì)2條32A交流充電槍進(jìn)行測(cè)試，最大溫升分別為55.2℃、55.8℃，均超過(guò)55℃的最大溫升上限。上述溫升測(cè)試具體測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。

進(jìn)一步對(duì)溫升過(guò)高的交流充電線束和充電槍L和N功率孔位的端子壓接區(qū)的電壓降進(jìn)行了測(cè)試，如表1所示，溫升大于55℃的功率端子與導(dǎo)線壓接區(qū)的電壓降均超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)QC/T 29106—2014規(guī)定的20mV上限。QC/T 29106—2014《汽車(chē)電線束技術(shù)條件》是中國(guó)汽車(chē)線束行業(yè)現(xiàn)行的主要標(biāo)準(zhǔn)之一[6]。

同時(shí)，使用與上述被測(cè)試的交流充電線束同樣的壓接參數(shù)壓接了5條32A插座功率端子樣線，分別進(jìn)行了電壓降和溫升測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)顯示電壓降和溫升均未超標(biāo)，具體測(cè)試數(shù)據(jù)如表2所示。

2.2? 溫升及電壓降數(shù)據(jù)分析

通過(guò)分析表1和表2共21組端子導(dǎo)線壓接區(qū)的溫升及電壓降測(cè)試數(shù)據(jù)可得出以下3條結(jié)論。

結(jié)論1：表1中充電線束1的L孔位和充電線束3的N孔位最大溫升均超過(guò)55℃最大溫升，而其端子壓接區(qū)的電壓降也均超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)QC/T 29106—2014上限20mV，且均為同一天同一批次生產(chǎn)的產(chǎn)品。

結(jié)論2：表1中其余12個(gè)孔位端子壓接區(qū)的電壓降均未超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定上限，而其最大溫升也未超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定上限。

結(jié)論3：表2中5條32A插座功率端子樣線端子壓接區(qū)的電壓降均未超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定上限，而其最大溫升也未超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定上限。

在后續(xù)生產(chǎn)中，多組測(cè)試數(shù)據(jù)表明，一旦端子導(dǎo)線壓接區(qū)電壓降超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定上限，其最大溫升同樣會(huì)超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定上限。

2.3? 電壓降異常原因分析

為研究功率端子電壓降異常偏大的原因，對(duì)表1中交流充電線束1插座端L孔位端子、交流充電線束3插座端N孔位端子進(jìn)行了剖面分析，如圖4所示。導(dǎo)線壓縮比為86.44%（圖5），略大于壓接規(guī)范推薦的75%～85%的壓縮比要求[7]，即導(dǎo)線被壓接狀態(tài)偏松。為了研究導(dǎo)線被壓接狀態(tài)偏松是否是導(dǎo)致溫升的直接主要因素，對(duì)壓縮比為85%～90%端子導(dǎo)線樣件進(jìn)行電壓降測(cè)試驗(yàn)證，結(jié)果如圖6所示。結(jié)果表明：導(dǎo)線壓縮比為86.44%并非電壓降異常偏大的直接主要影響因素。

但根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)研究[8]，端子導(dǎo)線壓接處壓接電阻（電壓降）與導(dǎo)線壓縮比整體呈正相關(guān)趨勢(shì)，文獻(xiàn)認(rèn)為將導(dǎo)線縮比控制在78%較為合適。因此，適當(dāng)降低導(dǎo)線壓接的壓縮比對(duì)降低端子導(dǎo)線壓接區(qū)域的壓接電阻較為有利[9]。

進(jìn)一步分析表1中交流充電線束1和3功率端子電壓降異常偏大的原因可能為：①本批次導(dǎo)線壓接參數(shù)設(shè)置有誤；②端子導(dǎo)線壓接過(guò)程中存在或出現(xiàn)可導(dǎo)致電壓降異常偏大的不明影響因素；③其他偶發(fā)因素。上述影響因素在線束生產(chǎn)過(guò)程中難以被發(fā)現(xiàn)或識(shí)別。

根據(jù)上述分析，在線束生產(chǎn)過(guò)程中一旦出現(xiàn)可導(dǎo)致端子電壓降異常偏大的影響因素且未被識(shí)別，就可能造成整批線束出現(xiàn)批次性電壓降異常，即壓接電阻異常，進(jìn)而可能導(dǎo)致整批線束出現(xiàn)溫升過(guò)高的問(wèn)題。

同時(shí)，根據(jù)相關(guān)研究測(cè)試，不同生產(chǎn)廠家或不同規(guī)格導(dǎo)線的導(dǎo)體絞合節(jié)距、導(dǎo)體絞合方向、導(dǎo)體材料、端子和導(dǎo)體表面氧化程度及導(dǎo)體鍍層等多種因素，均會(huì)對(duì)端子導(dǎo)線壓接后的電壓降產(chǎn)生不同程度的影響[10-15]；且上述影響無(wú)規(guī)律性或其影響在生產(chǎn)過(guò)程中難以被識(shí)別[16]。

3? 預(yù)防線束高溫的措施及方法

3.1? 預(yù)防措施

結(jié)合表1中的測(cè)試數(shù)據(jù)和本文2.2線束溫升及電壓降數(shù)據(jù)測(cè)試進(jìn)一步分析，可得出如下結(jié)論：①線束生產(chǎn)過(guò)程中不明干擾因素隨時(shí)可能出現(xiàn)；②不同批次線束產(chǎn)品所受干擾因素存在差異，如圖7“黑箱理論”所示，且干擾因素對(duì)溫升結(jié)果影響無(wú)規(guī)律性可言或難以被識(shí)別；③根據(jù)“黑箱理論”，無(wú)論有多少干擾因素，無(wú)論干擾因素的影響是否存在規(guī)律性或是否易被識(shí)別，只需測(cè)量端子壓接區(qū)電壓降是否超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定上限，即可用來(lái)提前探測(cè)線束是否有可能產(chǎn)生高溫的風(fēng)險(xiǎn)。

因此，考慮在產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中增加功率端子電壓降測(cè)試工序，并引入電壓降評(píng)價(jià)體系，從而實(shí)現(xiàn)根據(jù)端子電壓降測(cè)試結(jié)果對(duì)壓接參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和反饋調(diào)節(jié)。

3.2? 電壓降間接測(cè)試法

參照QC/T 29106—2014電壓降的規(guī)定，設(shè)置直流電源設(shè)備的檢測(cè)電流，用直流電源設(shè)備上所帶的正負(fù)測(cè)試夾，分別夾住32A功率端子部件線兩端的金屬部分，從而構(gòu)成閉環(huán)測(cè)試電路，如圖8所示。

待測(cè)試區(qū)達(dá)到熱平衡后，使用萬(wàn)用表探針或其他同樣功能的設(shè)備測(cè)試端子壓接區(qū)的電壓降[17]。

根據(jù)QC/T 29106—2014的規(guī)定，端子壓接區(qū)電壓降按式（2）計(jì)算：

U_AB=U_AC-U_CD（2）

式中：U_AB——導(dǎo)線壓接區(qū)電壓降；U_AC——測(cè)量點(diǎn)A和點(diǎn)C之間的電壓降；U_CD——測(cè)量點(diǎn)C和點(diǎn)D之間的電壓降。

按照QC/T 29106—2014推薦的電壓降測(cè)試方式（本文稱之為電壓降間接測(cè)試法），主要有2個(gè)因素致使其無(wú)法在線束生產(chǎn)中應(yīng)用實(shí)施：①標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定需測(cè)試區(qū)達(dá)到熱平衡后方可進(jìn)行電壓降測(cè)量，該要求耗時(shí)較長(zhǎng)，無(wú)法滿足線束生產(chǎn)的流水節(jié)拍；②標(biāo)準(zhǔn)所推薦的測(cè)試方式需對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行兩處剝皮處理，為破壞性試驗(yàn)，無(wú)法應(yīng)用于生產(chǎn)中產(chǎn)品的測(cè)試。

3.3? 電壓降直接探測(cè)法及對(duì)比驗(yàn)證

為了能夠?qū)㈦妷航堤綔y(cè)技術(shù)應(yīng)用到線束產(chǎn)品生產(chǎn)中，本文探索使用電壓降直接測(cè)試法代替間接測(cè)試法來(lái)測(cè)試端子壓接區(qū)的電壓降。所謂電壓降直接測(cè)試法，即將2個(gè)金屬探針?lè)謩e直接放置于端子壓接區(qū)的2個(gè)端部，如圖9所示。

為了驗(yàn)證因素①，分別測(cè)試在通電初始和達(dá)到熱平衡后兩種狀態(tài)下電壓降的數(shù)值，結(jié)果表明兩種狀態(tài)下電壓降差別較小，如圖10所示。因此在線束生產(chǎn)中測(cè)試電壓降時(shí)，無(wú)需達(dá)到熱平衡即可進(jìn)行電壓降測(cè)試。該論點(diǎn)同時(shí)得到了相關(guān)文獻(xiàn)的佐證[18]。

為了驗(yàn)證因素②，分別按照直接測(cè)試法和QC/T 29106—2014推薦的間接測(cè)試法對(duì)比測(cè)試不同壓接狀態(tài)的端子電壓降，如圖11所示。測(cè)試結(jié)果表明：兩種測(cè)試方法所測(cè)端子電壓降的數(shù)值較為接近，誤差基本都在2mV以內(nèi)，如表3所示。因此，可以使用電壓降直接測(cè)試法代替間接測(cè)試法對(duì)端子壓接區(qū)的電壓降進(jìn)行測(cè)試，應(yīng)用到生產(chǎn)中。

3.4? 電壓降評(píng)價(jià)體系建立

以32A交流充電線束為例，使用6mm2導(dǎo)線，QC/T 29106—2014規(guī)定的最大允許電壓降為20mV，電壓降區(qū)間范圍較大。為了更有效地監(jiān)測(cè)端子電壓降，可以將合格電壓降區(qū)間范圍劃分為5個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)，如表4所示。當(dāng)檢測(cè)到電壓降為中等或合格時(shí)，反饋工藝分析原因并對(duì)壓接設(shè)備或參數(shù)進(jìn)行調(diào)試，直至壓接設(shè)備或參數(shù)正常穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)檢測(cè)到電壓降為不合格時(shí)，需對(duì)本批次壓接的線束進(jìn)行100%測(cè)試。電壓降評(píng)價(jià)體系反饋流程，如圖12所示。

4? 應(yīng)用測(cè)試

本文所提出的測(cè)試方法，在實(shí)際使用過(guò)程中測(cè)出某批次產(chǎn)品功率端子壓接區(qū)的電壓降超過(guò)100mV，反饋至工藝查找原因。經(jīng)對(duì)故障端子壓接區(qū)進(jìn)行剖面分析，如圖13所示。從圖中可以明顯看出壓接后的導(dǎo)線之間存在一定的縫隙，測(cè)試發(fā)現(xiàn)壓接區(qū)壓接高度超出規(guī)定范圍，致使導(dǎo)線未被壓緊，分析可能是壓接參數(shù)設(shè)置異常所致。重新按照工藝文件調(diào)整校核壓接高度后，端子壓接區(qū)電壓降均小于5mV，故障排除，說(shuō)明本文所提出的測(cè)試方法在實(shí)際應(yīng)用時(shí)有效。

本文所建議的檢測(cè)方法，根據(jù)需要可以在其他線束推廣應(yīng)用，特別是大電流功率線束?？梢愿鶕?jù)線束前期溫升表現(xiàn)情況，制定相應(yīng)的檢測(cè)數(shù)量和頻率。建議檢測(cè)頻率參照GJB179A一般檢測(cè)水平II一次正常檢驗(yàn)，AQL=1.0抽樣。

5? 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)32A交流充電線束測(cè)試分析，總結(jié)了端子壓接區(qū)電壓降過(guò)高是導(dǎo)致線束溫升高的主要原因之一，提出了在線束產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)增加端子電壓降“前工序探測(cè)技術(shù)”檢測(cè)。

本文通過(guò)試驗(yàn)件對(duì)比測(cè)試，創(chuàng)新提出了使用更便捷的電壓降直接測(cè)試法代替QC/T 29106—2014推薦的間接測(cè)試法，解決了間接測(cè)試法因高耗時(shí)和破壞性特點(diǎn)無(wú)法應(yīng)用于產(chǎn)品生產(chǎn)中的兩大技術(shù)難題。

本文創(chuàng)新提出了建立電壓降評(píng)價(jià)體系，通過(guò)電壓降測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)端子壓接區(qū)壓接品質(zhì)進(jìn)行動(dòng)態(tài)反饋調(diào)節(jié)，提升了端子壓接電阻的優(yōu)良性、穩(wěn)定性和可靠性。

本文所提出的測(cè)試方法已于2021年11月開(kāi)始在某量產(chǎn)項(xiàng)目中應(yīng)用實(shí)施，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中可以篩查出電壓降超標(biāo)的產(chǎn)品。解決了從理論提出到實(shí)際應(yīng)用的問(wèn)題，在線束領(lǐng)域具有一定的推廣價(jià)值和意義。

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（編輯? 楊凱麟）