【摘" 要】在新能源行業(yè)蓬勃發(fā)展，汽車向新能源轉型的背景下，純電動汽車補電慢促使主機廠布局超充/極充路線，對高壓線束總成提出挑戰(zhàn)。文章聚焦高壓線束的關鍵部件直流充電插座的管狀端子，對比傳統機加扭簧端子與新型高載流管料端子。新型端子由鈹銅多觸點簧片和紫銅管料沖壓外殼構成，結構簡單、用料更省。多觸點簧片經創(chuàng)新改進，與公針和孔壁接觸位置更多，載流性能更強。通過對導電性能、機械插拔力、導電溫升和機械插拔壽命的對比測試，結果表明新型端子接觸電阻更小，導電性能優(yōu)；插拔力穩(wěn)定性好，壽命測試后衰減??；溫升更低，機械壽命長。該新型高載流管料端子在高壓大電流傳輸領域前景廣闊，有望推動新能源汽車產業(yè)高效、經濟、可持續(xù)發(fā)展。

【關鍵詞】新能源汽車；大載流；管料端子；低成本

中圖分類號：U469.72" " 文獻標識碼：A" " 文章編號：1003-8639（2025）03-0115-04

Study on a New Structure of Tubular Terminal with High Voltage and Large Current Load

【Abstract】Under the background of the vigorous development of the new energy industry and the transformation of automobiles to new energy，the slow recharge of pure electric vehicles has prompted the Oems to lay out the overcharge/extreme charge route，which poses a challenge to the high-voltage wiring harness assembly. This paper focuses on the tubular terminal of DC charging socket，the key component of high voltage wiring harness，and compares the traditional machine twisted spring terminal with the new type of high current load tubular terminal. The new type of terminal is composed of beryllium copper multi-contact reed and copper tube material stamping shell，which has simple structure and less material consumption. The multi-contact reed has been innovated and improved to have more contact positions with male pins and hole walls，and stronger current-carrying performance. The electrical conductivity，mechanical insertion and withdrawal force，electrical temperature rise and mechanical insertion and withdrawal life are compared and tested. The results show that the new terminal has lower contact resistance and better electrical conductivity. Good stability of insertion and withdrawal force，small attenuation after life test；Lower temperature rise，long mechanical life. The new high-current-carrying pipe material terminal has broad prospects in the field of high-voltage and high-current transmission，and is expected to promote the efficient，economic and sustainable development of the new energy automobile industry.

【Key words】new energy vehicles；large current carrying；pipe terminal；low cost

0" 前言

在當前時代背景下，新能源行業(yè)正呈現出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢。汽車出行行業(yè)作為我國最重要的支柱產業(yè)之一，在國家政策的引導下，正從傳統能源向新能源迅速轉型。純電動汽車憑借清潔環(huán)保、智能化程度高以及用車成本低等顯著優(yōu)勢，已廣泛融入人們的日常生活。然而，純電動汽車補電速度較慢的問題，一直是困擾用戶的痛點之一。目前，各大主機廠都在積極規(guī)劃和布局超充/極充的產業(yè)路線，這使得對動力電池的性能和能量密度要求愈發(fā)嚴苛。因此，作為動力傳輸主要媒介的高壓線束總成，也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

高壓線束總成是新能源汽車用于傳輸B級電壓的載體[1]，新能源行業(yè)迎來蓬勃發(fā)展，其中汽車出行行業(yè)作為國內最大的支柱產業(yè)之一，在國家引導下由傳統能源向新能源快速轉型。純電動汽車以其清潔、智能、用車成本低被廣泛應用于日常生活中，但純電動汽車補電慢一直是用戶的痛點之一。當下各大主機廠均在規(guī)劃布局超充/極充的產業(yè)路線，動力電池的性能和能量密度要求越來越高，因此作為動力傳輸主要媒介的高壓線束總成也面臨著極大的挑戰(zhàn)。

1" 管狀端子結構對比

直流充電插座設計關鍵部分為端子部件，外形分為圓形的管狀端子，而端子部件的關鍵設計為接觸件。根據功能定義插孔端子和插針端子互相配合使用，具體示意情況如圖1所示，主要原理為端子插孔接觸件彈性簧片與端子插針擠壓接觸產生點接觸、線接觸或面接觸，從而實現電力（信號）傳輸。文章介紹的行業(yè)中常見的插孔式管狀端子部件的接觸件設計結構有線簧、片簧、冠簧、扭簧等[2]。

不同接觸類型的接觸件各有優(yōu)劣，本文介紹一種新結構管狀端子，其接觸件以扭簧為基礎進行研究改進[3-4]，該結構可廣泛適用于B級工作電壓范圍≤1000V，額定工作電流范圍≤350A的電氣設備。文章以規(guī)格Φ12mm的管狀端子[5-6]為例研究分析，其對比信息見表1。

傳統結構的管狀端子部件結構主體為機加工完成，效率低且成本高，簧片為兩端約束中間彈片凸起式結構，端子主體由紫銅外殼內嵌鈹銅簧片外加不銹鋼鉚接蓋帽組成[7]。

在眾多管狀端子設計中，有一種新型管狀端子脫穎而出。該新型管狀端子由鈹銅材質的多觸點簧片和紫銅管料的沖壓外殼構成。多觸點簧片通過專用工具卡入外殼凹槽，其獨特的構造帶來了諸多優(yōu)勢。新型端子尾部沖壓完成后進行拍扁處理，為超聲波焊接提供可靠焊接區(qū)[8]，同時采用尾部焊接密封代替現有防水塞結構，保證端子老化前后的密封要求，適用于各種銅基、鋁基和銅包鋁導線。

從結構細節(jié)來看，如圖2所示，多觸點簧片類似于傳統扭簧結構，但又在其基礎上進行了創(chuàng)新改進。多觸點簧片的筋條為一斷一連并排式規(guī)則排序，交替錯序排布，斷開筋與連接筋在收腰位置上下錯開，斷開筋的收腰位置設置有與孔壁接觸的反向凸包結構，斷開位置設置輕微內卷彎曲。

這種獨特的結構設計賦予了多觸點簧片出色的性能。多觸點簧片斷開位置在公針插入時會與孔壁接觸，從而增加載流面積；斷筋收腰位置的反向凸包結構，在公針插入時同樣會與孔壁接觸，進一步增加載流面積，同時也縮短了導電距離。對比傳統的扭簧結構，傳統扭簧與公針接觸只有1個接觸位置，與孔壁接觸為2個接觸位置，而多觸點簧片與公針接觸為2個位置，與孔壁則有4個接觸位置，在大載流的情況下，多觸點簧片展現出更大的載流性能。

此外，多觸點簧片的一條筋為斷開筋，擁有較大的伸縮自由度，可有效減小插拔帶來的硬摩擦；收腰位置上下錯開的結構，能夠減少插入時公針受力的突變感，從而提供更加穩(wěn)定的插拔力。

高載流管料端子相比傳統機加扭簧端子具有結構簡單、導電接觸面積大、加工及維修方便等特點，具體對比見表1。

2" 試驗驗證

為進一步探究多觸點簧片結構的優(yōu)勢，針對內接觸件結構的不同，本文主要從導電性能、機械插拔力、導電溫升和機械插拔壽命[6，9-10]這4個高壓連接器端子重要設計因素，將多觸點簧片結構和傳統扭簧結構進行對比分析。

在相同環(huán)境條件下，采用同規(guī)格、同型號的插針端子，使用相同的設備分別與傳統管狀插孔端子和新型結構管狀端子進行匹配測試。測試環(huán)境為室溫23℃，濕度49% RH。通過這樣嚴謹的測試對比，能夠更直觀地展現兩種結構在實際應用中的性能差異，為后續(xù)的設計優(yōu)化和應用選擇提供有力的數據支持。

2.1" 導電性能對比

采用YD2512直流低電阻測試儀（型號RM3545），如圖3所示，依據G/B T 20234.1—2023檢測方法，測試數據見表2。由表2可以明顯得見多觸點簧片的接觸電阻更小，其在工作過程中導電能力會更強，說明多觸點簧片的導電性能優(yōu)于傳統扭簧結構，主要原因為多觸點式結構和獨特的彈性簧片設計，使得多觸點簧片與插針之間觸點多，接觸面積多于傳統扭簧27%，故使其與公端插針的匹配接觸性能更好，接觸電阻就更小。

2.2" 插拔力穩(wěn)定性對比

在固定環(huán)境條件下，取傳統結構管狀端子組合件（插孔+插針配套組合）和新結構管狀端子組合件（插孔+插針配套組合）各3套，依據GB/T 20234.1—2023的測試方法進行插拔力測試；分別記錄測試初始階段插入力、初始階段拔出力、10000次階段插入力、10000次階段拔出力進行對比分析，見表3，測試用實物端子樣件見圖4。

1）測試步驟及條件：①Φ12插針amp;Φ12多觸點簧片插孔超聲波焊接95方銅導線，通350A電流；②將端子浸沒于泥鹽水中，浸泡入10s（每次浸泡前將泥鹽水進行攪拌）；③浸入部分朝下在室內干燥15min；④進行手動插拔10000次（1個循環(huán)1000次，共10個循環(huán)）；⑤插拔完成后，測試樣件進行溫升測試。

2）測試設備：深圳萬測試驗設備有限公司TSE504D，環(huán)境溫度26℃，濕度64%。

3）泥鹽水溶液構成：5%亞利桑那州沙，5%鹽，90%水（%為體積比）。

USCAR-37—2008標準[11]中推薦了單個端子的插拔力推薦值，根據表3可以對比看到多觸點簧片結構的插拔力略大于傳統扭簧結構，由于多觸點簧片具有更大的接觸面積，其摩擦力會更大，故其接觸能力更強，此結果符合力學規(guī)律。在進行10000次插拔壽命后，從表3可以看到多觸點簧片的插拔力依然明顯大于傳統扭簧端子。對此進一步分析，見圖5傳統結構的扭簧端子在進行了10000次插拔力壽命測試后，插入力衰減31.5%，拔出力衰減32.4%，而多觸點簧片端子在進行了10000次插拔力壽命測試后，插入力衰減19.3%，拔出力衰減19%，此結果表明多觸點簧片端子的接觸性更穩(wěn)定，簧片的彈性接觸能力強于傳統扭簧結構，在長期的使用過程中，新結構多觸點簧片端子壽命穩(wěn)定性更好，不容易損壞，品質可靠性也更高。

2.3" 溫升和機械壽命對比

機械壽命和溫升是驗證端子設計可靠性的重要因素[12]，基于插拔力對比，本文進一步研究了在進行機械壽命（插拔力）測試前后“Φ12插針amp;Φ12扭簧插孔”與“Φ12插針amp;Φ12多觸點簧片插孔”的溫升情況。其中，試驗樣件采用超聲波焊接95方銅導線，通DC 350A載流，采用標準GB/T 20234.1—2023中6.3.13方法監(jiān)控端子不同位置的溫升情況。如圖6所示。測試數據結果見表4，從試驗結果可以發(fā)現兩種端子溫升均小于50K，但多觸點簧片端子溫升明顯更低，比傳統扭簧端子低約8K。此結果說明多觸點簧片在機械壽命測試后保持接觸良好，符合該端子接觸結構設計的原理及規(guī)律，進一步證明了多觸點簧片在結構上優(yōu)于傳統扭簧結構的接觸結構。

測試設備：直流電源為北京大華無線電儀器有限責任公司DH17823A，多路數據記錄儀為深圳市拓普瑞電子有限公司TP1000，環(huán)境溫度23℃，濕度52%。

機械壽命測試過程中，同時發(fā)現在試驗10000次泥鹽水插拔端子時，隨著插拔次數增加，多觸點簧片端子溫升表現為先逐漸增加后趨于穩(wěn)定的趨勢；10000次泥鹽水插拔試驗，期間最高溫升38.83K小于標準50K，最終穩(wěn)定后溫升約37K；試驗數據說明該多觸點簧片端子具有極高的機械壽命，插拔前后溫升變化較小，見圖7。

3" 結論

1）結構優(yōu)勢：新結構管狀端子的接觸件采用多觸點簧片，具有更大的匹配接觸面積，比傳統扭簧多約27%。

2）電性能優(yōu)勢：新結構管狀端子的接觸件采用多觸點簧片，接觸電阻小，導電性能更強。

3）機械性能優(yōu)勢：新結構管狀端子的接觸件采用多觸點簧片，經壽命測試后，插入/拔出力衰減更小，機械性能更穩(wěn)定。

4）溫升更低：新結構管狀端子的接觸件采用多觸點簧片，經機械壽命測試后，其溫升的變化更小，穩(wěn)定性更好，擁有更高的使用壽命。

4" 應用前景

鑒于該新型高載流管料端子在導電性能、機械壽命、插拔力穩(wěn)定性、溫升控制以及成本控制等多個維度均展現出顯著優(yōu)勢，其在高壓大電流傳輸領域擁有極為廣闊的應用前景。

從結構特性來看，此新型管狀端子的多觸點簧片采用沖壓卷曲工藝制成，體積小巧，結構精簡。在實際應用中，與管狀端子配合使用時，裝配工藝極為簡便。這一特性不僅大幅簡化了工藝生產流程，有效提高生產效率，還因材料用量的減少，顯著降低了材料成本。與此同時，該端子能夠確保電流高效傳輸，維持穩(wěn)定的電氣性能，有效延長機械壽命，提升插拔操作的穩(wěn)定性。此外，其卓越的溫升控制能力，進一步強化了產品的綜合性能。

展望未來，新型管狀端子憑借其獨特優(yōu)勢，有望成為推動新能源汽車領域向高效、經濟、可持續(xù)方向發(fā)展的關鍵力量，具有極高的應用價值，或將為新能源汽車產業(yè)的升級注入新的活力，助力行業(yè)邁向新的發(fā)展階段。

參考文獻

[1]" GB/T 37133—2018，電動汽車用高壓大電流線束和連接器技術要求[S].

[2]" 趙平堂.電動車高壓連接器的內接觸結構[J].汽車電器，2020（2）：11-12，15.

[3]" 馬青松，李佶原.一種銅管拍扁帶大外徑臺階的超聲波焊接型大載流端子：中國，221102439U[P].2024-06-07.

[4]" 于增亮，任天，王琪.一種具有高接觸面積的端子彈簧彈性機構：中國，204481189U[P]. 2015-07-15.

[5]" GB/T 20234.3—2023，電動汽車傳導充電用連接裝置 第3部分：直流充電接口[S].

[6]" GB/T 20234.1—2023，電動汽車傳導充電用連接裝置 第1部分：通用要求[S].

[7]" 許軍剛，譚章.一種充電插座圓管端子：中國，221150354U[P].2024-06-14.

[8]" 李舜堯.適用于鋁導線超聲波焊接的銅端子結構標準化設計探討[J].汽車零部件，2020（8）：15-21.

[9]" 崔雪維，張劍利.一種新型高載流冠簧端子結構設計淺析[J].機電元件，2018，38（5）：3-5.

[10] 劉昕偉，周美玲，陳劍美，等.新能源汽車高壓連接器可靠性研究[J].時代汽車，2021（6）：93-94.

[11] SAE USCAR-37—2008，High Voltage Connector Performance Supplement to SAE/USCAR-2[S].

[12] 周光榮，王嬌嬌，張亮，等.電動汽車用高壓連接器概述及測試驗證[J].汽車電器，2020（3）：6-10.