淺析車用電線束插接器的選用

王武軍

（河南天海電器有限公司，河南 鶴壁 458030）

汽車電線束是對(duì)汽車進(jìn)行電信號(hào)控制的載體，有汽車神經(jīng)之稱。而車用電線束插接器［1］用于汽車電路各連接點(diǎn)的連接，是連接汽車電氣線路的重要元件，其品質(zhì)好壞，直接影響電力或信號(hào)的傳遞。目前，在新車型的研發(fā)時(shí)，線束開發(fā)過(guò)程所用到的插接器，絕大部分是從插接器生產(chǎn)企業(yè)的成熟產(chǎn)品中進(jìn)行選擇，這既可以縮短開發(fā)周期，又可以減少開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，因此，選擇合適的插接器，對(duì)保證汽車線路可靠性具有重要意義。

插接器的基本性能可分為：電氣性能、機(jī)械性能、環(huán)境性能。根據(jù)插接器的基本性能，可將插接器選用應(yīng)考慮的問(wèn)題分為電氣性能、環(huán)境性能、機(jī)械性能3個(gè)方面。本文根據(jù)作者多年進(jìn)行插接器研發(fā)和推廣的經(jīng)驗(yàn)，從這3個(gè)方面對(duì)插接器的選用進(jìn)行分析。

1 電氣性能

插接器是連接汽車電氣線路的基本元件，因此，插接器自身的電氣參數(shù)是選擇插接器時(shí)首先要考慮的問(wèn)題。

1.1 額定電壓

額定電壓又稱工作電壓，插接器的額定電壓取決于插接器所使用的絕緣體材料、導(dǎo)電端子間的間距等。一般來(lái)說(shuō)，插接器在低于額定電壓下都能正常工作。

插接器生產(chǎn)商提供的額定電壓是指插接器的最高工作電壓。對(duì)于低壓插接器，生產(chǎn)商提供的電壓一般為50 V，可滿足低壓電線束插接器常用電壓12V和24V的情況。對(duì)于新能源車上使用的一些高壓插接器，要求額定電壓可達(dá)到600 V，常見的低壓插接器無(wú)法滿足其電壓要求，因此，插接器選用時(shí)，應(yīng)首先確定額定電壓范圍。

1.2 額定電流

額定電流又稱工作電流，同額定電壓一樣，插接器在低于額定電流下都能正常工作。在插接器的設(shè)計(jì)中是通過(guò)對(duì)插接器的耐熱性能設(shè)計(jì)來(lái)滿足插接器額定電流要求的。當(dāng)插接器有電流通過(guò)時(shí)，由于導(dǎo)電端子的導(dǎo)體電阻和導(dǎo)電端子接觸對(duì)間的接觸電阻的存在，導(dǎo)電端子將會(huì)發(fā)熱，當(dāng)發(fā)熱超過(guò)一定限度時(shí)，將破壞插接器絕緣，并形成端子接觸對(duì)間表面鍍層的軟化，從而造成電氣線路的故障。額定電流取決于插接器端子材料、端子截面尺寸、端子鍍層、端子正向力、使用導(dǎo)線截面積等，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是控制插接器的溫升不超過(guò)設(shè)計(jì)的規(guī)定值。

由于客戶要求，國(guó)內(nèi)較大的插接器供應(yīng)商會(huì)在產(chǎn)品手冊(cè)上提供插接器的額定電流，該額定電流是指插接器在常溫下的最高工作電流。對(duì)于高溫工作環(huán)境和插接器多孔的情況，不能簡(jiǎn)單地根據(jù)插接器供應(yīng)商提供的額定電流來(lái)選擇插接器。對(duì)于高溫工作環(huán)境，實(shí)際選用時(shí)，應(yīng)根據(jù)插接器的溫度－電流曲線確定符合插接器工作環(huán)境溫度且符合所要求的工作電流的插接器。對(duì)于多孔插接器，特別是對(duì)于大電流的情況，實(shí)際選用時(shí)，應(yīng)根據(jù)插接器的孔數(shù)進(jìn)行降額使用。汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的降額折算系數(shù)見表1。

表1 額定電流降額折算系數(shù)

1.3 接觸電阻

插接器的接觸電阻是指一對(duì)連接的插接器導(dǎo)電端子接觸對(duì)之間的電阻，包括導(dǎo)電端子接觸部分的附加電阻和導(dǎo)電端子的導(dǎo)體電阻。與導(dǎo)電端子接觸部分的附加電阻相比，通常導(dǎo)電端子的導(dǎo)體電阻較小，因此，一般把包括導(dǎo)電端子的導(dǎo)體電阻和導(dǎo)電端子接觸部分的附加電阻，稱作接觸電阻。對(duì)于小信號(hào)電路，插接器的選用應(yīng)考慮所給的接觸電阻的測(cè)試條件。一般接觸電阻的測(cè)試條件分低電平接觸電阻和電壓降換算接觸電阻。由于相互接觸的導(dǎo)電端子接觸表面易附著氧化層及其它污染物 （使用環(huán)境惡劣時(shí)更易出現(xiàn)此情況），此附著層對(duì)接觸電阻有非常大的影響，情況嚴(yán)重時(shí)可使接觸電阻大到足以使電路不能正常導(dǎo)通。而大電流的情況下，此附著層會(huì)發(fā)生擊穿，使接觸電阻降低到正常水平。因此，對(duì)于小信號(hào)電路應(yīng)考慮低電平接觸電阻的測(cè)試條件測(cè)得的接觸電阻。對(duì)于那些正常錫鍍層端子不能滿足的小信號(hào)電路插接器，可考慮使用貴金屬鍍層 （如銀鍍層或金鍍層）來(lái)解決。

1.4 絕緣性能

反映插接器絕緣性能的參數(shù)有絕緣電阻和絕緣介電強(qiáng)度。其影響因素有絕緣體材料、環(huán)境溫度及濕度、表面污損、爬電距離等。對(duì)于國(guó)內(nèi)正規(guī)的插接器生產(chǎn)商所生產(chǎn)的低壓電線束插接器，此項(xiàng)指標(biāo)一般均可滿足要求。

2 環(huán)境性能

由于汽車用插接器使用環(huán)境的特殊性，插接器受溫度、濕度、化學(xué)試液、灰塵等環(huán)境因素的影響較大，而汽車上使用插接器的部位又非常廣泛，用在不同部位的插接器所處的環(huán)境差別往往很大，因此，根據(jù)汽車使用插接器的部位的環(huán)境情況選擇插接器，對(duì)插接器的正確選用有非常重要的意義。

2.1 環(huán)境溫度

根據(jù)插接器在汽車上使用位置的不同，汽車行業(yè)的插接器標(biāo)準(zhǔn)將插接器環(huán)境和試驗(yàn)溫度分為5個(gè)等級(jí) （見表2）。因此，在插接器選用時(shí)，應(yīng)根據(jù)插接器在汽車上的使用位置，確定插接器的環(huán)境溫度等級(jí)，根據(jù)環(huán)境溫度等級(jí)，選擇合適的插接器。

插接器一般由用于電路導(dǎo)通的導(dǎo)電端子和用于固定端子的護(hù)套組成。一般根據(jù)端子和護(hù)套的材料確定插接器適合的環(huán)境溫度等級(jí)。對(duì)于護(hù)套來(lái)說(shuō)，常用材料有PBT、 尼龍、 PP、ABS等［2］。純PBT和純尼龍所適合的環(huán)境溫度一般在85℃以下，而經(jīng)過(guò)改性處理的PBT和尼龍材料適合的環(huán)境溫度可達(dá)到155℃以上。改性PP適合的環(huán)境溫度一般也在110℃以上。ABS適合的環(huán)境溫度較低，一般用于環(huán)境溫度最低的等級(jí)。對(duì)于端子來(lái)說(shuō)，常用材料黃銅、錫磷青銅、鈹青銅等，一般來(lái)說(shuō)，黃銅和錫磷青銅適合的環(huán)境溫度在100℃以下，鈹青銅適合的環(huán)境溫度在125℃以上，而合適的表面處理可使端子材料適合的環(huán)境溫度提高一個(gè)等級(jí)。

表2 插接器的環(huán)境和試驗(yàn)溫度等級(jí) ℃

對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)艙等溫度較高的工作環(huán)境，一般建議選用護(hù)套的材料為改性PBT或改性尼龍，選用端子材料為黃銅或錫磷青銅時(shí)應(yīng)進(jìn)行表面鍍錫處理，對(duì)于接近發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫度區(qū)，則建議選用端子的材料為鈹青銅。

2.2 環(huán)境濕度

插接器使用環(huán)境的相對(duì)濕度是插接器選用的一項(xiàng)重要因素。潮濕環(huán)境引起水蒸氣在絕緣體表面的吸收和擴(kuò)散，容易使絕緣電阻降低，當(dāng)環(huán)境濕度大于80%時(shí)非常容易引起絕緣體的擊穿。潮濕的環(huán)境也容易加速導(dǎo)電端子的表面氧化，使導(dǎo)電端子的接觸電阻升高，嚴(yán)重時(shí)絕緣電阻升高引起的發(fā)熱將使絕緣體熔化，并進(jìn)而導(dǎo)致電路信號(hào)中斷。因此，在汽車上相對(duì)濕度較大的位置，應(yīng)考慮選用密封型插接器，這樣既可以保護(hù)導(dǎo)電端子受潮濕環(huán)境的影響降低，又可以使絕緣體與端子配合的腔體內(nèi)部表面避免水蒸氣的吸收和擴(kuò)散，降低絕緣體發(fā)生擊穿的風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 防水和防塵要求

汽車上不同部位的插接器，由于空氣相對(duì)濕度和水干擾等級(jí)的不同，防水等級(jí)也不一樣。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)艙、底盤與發(fā)動(dòng)機(jī)下部、行李廂底部靠近底盤部位、座椅及門底部靠近底盤部分等部位，一般應(yīng)按能直接被水浸泡或受水飛濺的防水等級(jí)考慮，駕駛室內(nèi)部、行李廂上部、門及座椅上部等部位，可考慮使用非防水插接器。

插接器的防塵性能選用時(shí)可參照防水性能。一般隨著防水等級(jí)的提高，其防塵性能也相應(yīng)提高。

2.4 環(huán)境腐蝕

插接器選用時(shí)應(yīng)根據(jù)插接器使用的不同腐蝕環(huán)境，選用符合使用條件的插接器。對(duì)護(hù)套來(lái)說(shuō)，不同的材料對(duì)化學(xué)腐蝕的抵抗能力不同，例如，PP材料抵抗一般化學(xué)試劑腐蝕能力較強(qiáng)。而對(duì)導(dǎo)電端子來(lái)說(shuō)，腐蝕環(huán)境的影響主要考慮選用合適的鍍層，例如，SO2濃度高的環(huán)境下不宜使用鍍銀的導(dǎo)電端子。

2.5 振動(dòng)、沖擊、碰撞

主要考慮插接器在規(guī)定頻率和加速度的條件下振動(dòng)、沖擊、碰撞時(shí)的信號(hào)連續(xù)性。一般汽車插接器的此項(xiàng)指標(biāo)包括2個(gè)方面：①根據(jù)插接器在汽車上的使用位置定義試驗(yàn)的頻率和加速度；②根據(jù)插接器實(shí)際工作時(shí)的環(huán)境溫度定義試驗(yàn)的環(huán)境溫度等級(jí)。合格的插接器應(yīng)在選定的環(huán)境溫度等級(jí)和選定的頻率、加速度試驗(yàn)時(shí)，接觸電阻連續(xù)大于7 Ω的時(shí)間小于1μs。對(duì)于高沖擊和高振動(dòng)區(qū)域的插接器應(yīng)考慮使用貴金屬表面鍍層的插接器端子。

3 機(jī)械性能

插接器的機(jī)械性能主要是為了滿足安裝和維修的需要。

3.1 插拔力

插接器的插拔力是指裝滿導(dǎo)電端子的公護(hù)套和母護(hù)套連接和分離所需的力。插接器插拔力的主要影響因素是導(dǎo)電端子的插拔力和插接器的極數(shù)，因此，插接器的插拔力對(duì)接觸性能有較大影響。理論上要求插拔力越小越好，但過(guò)小的插拔力會(huì)造成插接器導(dǎo)電端子間接觸性能的降低，一般插接器的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)時(shí)是在尋求滿足電性能要求的前提下的最小插拔力。

插接器插拔力的可接受值和安裝條件有關(guān)，一般汽車用插接器最大插拔力不應(yīng)超過(guò)75N（對(duì)于防水型插接器，此力應(yīng)包括防水附件與主體的過(guò)盈量產(chǎn)生的附加力）［3］，當(dāng)插接器的極數(shù)較多而無(wú)法滿足插拔力要求時(shí)，應(yīng)考慮使用助力結(jié)構(gòu)而減小安裝或拆卸難度。

3.2 機(jī)械壽命

插接器的機(jī)械壽命是指插拔的壽命。汽車插接器和一般電插接器的機(jī)械壽命要求有較大區(qū)別［4］，一般電插接器的機(jī)械壽命通常規(guī)定為500到1000次，而汽車插接器通常只規(guī)定滿足10次插拔后裝配性能和電性能的正常。特殊情況下，導(dǎo)電端子表面鍍銀時(shí)，可滿足30次插拔后裝配性能和電性能的正常，表面鍍金時(shí)可滿足100次插拔后裝配性能和電性能的正常。

3.3 端子和護(hù)套的配合和分離

插接器端子和護(hù)套在線束生產(chǎn)過(guò)程中被完成裝配，此裝配一般是人工裝配，這就要求端子裝入護(hù)套的裝配力不能超過(guò)人工裝配可接受的程度。一般規(guī)定：當(dāng)端子壓接線徑大于1 mm2時(shí)，裝配力應(yīng)小于30N；當(dāng)端子壓接線徑小于1mm2時(shí)，裝配力應(yīng)小于15N。整個(gè)裝配過(guò)程應(yīng)能保證電線不出現(xiàn)彎曲的情況。

從線束的生產(chǎn)到汽車的生產(chǎn)和使用過(guò)程中，由于裝配完成的插接器會(huì)受到某個(gè)方向的力的作用，而該力的作用可能使裝配完成的插接器端子從護(hù)套中脫落，所以，插接器端子從護(hù)套中分離所需的力應(yīng)足以保證在正常使用情況下端子不能夠從護(hù)套中分離出來(lái)。一般規(guī)定，對(duì)于2.8以下規(guī)格的插接器，端子從護(hù)套中分離所需的力應(yīng)大于40N，對(duì)于2.8以上規(guī)格的插接器，端子從護(hù)套中分離所需的力應(yīng)大于60N。

4 結(jié)束語(yǔ)

插接器的外形千變?nèi)f化，用戶在選用汽車插接器時(shí)應(yīng)主要從電氣性能、機(jī)械性能和環(huán)境性能3方面來(lái)考慮。選擇合適的插接器對(duì)汽車電路的正常工作至關(guān)重要。

［1］QC／T417—2001， 車用電線束插接器［S］.

［2］王武軍，王冠軍，張獻(xiàn)軍.汽車插接器端子和護(hù)套配合彈性結(jié)構(gòu)分析［J］.汽車零部件，2012（3）：82-85.

［3］SAE／USCAR-2 Revision 5 November 2007： Performance Specification for Automotive Electrical Connector Systems［S］.

［4］GJB1217-91， 電連接器試驗(yàn)方法［S］.