一種推拉快鎖式高壓大電流連接器的設(shè)計(jì)

張劍利

（上海航天科工電器研究院有限公司，上海200331）

0 引言

隨著新能源汽車電氣化與智能化的蓬勃發(fā)展，其對連接器的環(huán)境性能、機(jī)械性能、電氣性能等要求越來越高。為了確保新能源汽車安全可靠運(yùn)行，需配套高電壓、高電流、高可靠性、高抗干擾性的高壓大電流連接器。與傳統(tǒng)的燃油車相比，新能源汽車連接器需具備承受500 A電流、600 V電壓的能力，且電壓電流還有不斷升高的趨勢，后續(xù)會(huì)達(dá)到1 000 V（或更高）電壓和700 A（或更高）的電流。因此，設(shè)計(jì)一種集便捷性、高壓絕緣、大電流傳輸、高插拔壽命、電磁屏蔽于一體的小型化系列電連接器，可為新能源汽車電氣、動(dòng)力、控制系統(tǒng)等提供可靠的連接、快速的傳輸和安全的防護(hù)?；诖?，推拉快鎖式高壓大電流連接器應(yīng)運(yùn)而生，目前其已成為整車廠客戶的首要之選。

1 性能指標(biāo)

高壓大電流連接器機(jī)械、電氣、環(huán)境性能指標(biāo)如表1所示。

表1 性能指標(biāo)

2 總體結(jié)構(gòu)簡介

2.1 推拉快鎖結(jié)構(gòu)

推拉快鎖結(jié)構(gòu)采用圓周方向上6個(gè)不銹鋼珠壓迫彈性卡圈鎖緊插座。

當(dāng)連接器公、母端互配時(shí)，先推動(dòng)推拉環(huán)，推拉環(huán)前端壓迫不銹鋼珠，不銹鋼珠受外力向內(nèi)壓迫彈性卡圈，致使彈性卡圈內(nèi)徑縮小卡入插座殼體對應(yīng)槽內(nèi)，達(dá)到鎖緊效果，如圖1、圖2所示。

圖1 公端連接器

圖2 連接器公、母端互配后示意圖

解鎖時(shí)反方向拉動(dòng)推拉環(huán)，彈性卡圈外力消失彈回，故卡圈脫離插座殼體對應(yīng)槽，從而解鎖。解鎖時(shí)伴有清脆的咔噠聲響。

2.2 防水密封結(jié)構(gòu)

防水密封結(jié)構(gòu)分為尾部線纜密封與對接端密封，可達(dá)到IP67的防水效果。

2.2.1 尾部線纜密封

尾部線纜密封采用PG頭與橡膠圈壓緊線纜保證尾部密封防水可靠性，如圖3所示。尾部螺帽旋緊時(shí)，其錐面擠壓PG頭與橡膠圈，PG頭受外力收緊向內(nèi)壓緊橡膠圈，從而緊密鎖緊線纜達(dá)到防水效果。

圖3 公端連接器尾端

2.2.2 對接端密封

公、母互配對接端密封采用O-Ring端面密封，如圖4所示。目前O-Ring厚度為2 mm，對接后插座殼體與O-Ring干涉量設(shè)計(jì)為0.4 mm，此時(shí)防水密封圈壓縮率為20%，從而保證公、母互配后達(dá)到IP67的防水效果。公、母端對接后示意圖如圖5所示。

圖4 公端連接器O-Ring

圖5 公、母端對接后示意圖

3 相關(guān)測試驗(yàn)證

3.1 插拔力測試

插拔力測試機(jī)如圖6所示。將高載流冠簧端子（內(nèi)徑10 mm）組裝成成品測試插拔力，初始插入力為21.9 N，500次壽命后插入力為19.5 N；初始拔出力為20.1 N，10 000次壽命后拔出力為19.2 N。插拔力測試數(shù)據(jù)詳見表2。

圖6 插拔力測試機(jī)

表2 插拔力測試數(shù)據(jù)

3.2 溫升測試

母端插針直徑為8 mm，公端插頭尾部壓接50 mm2線纜，通流200 A溫升測試，公、母互配接觸區(qū)溫升為28.9℃，遠(yuǎn)小于汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的55℃，溫升測試數(shù)據(jù)詳見表3。

表3 溫升測試數(shù)據(jù)

3.3 接觸電阻測試

接觸電阻為0.07 mΩ，500次壽命后接觸電阻依然為0.07 mΩ，如圖7所示。

3.4 振動(dòng)沖擊測試

將部件固定在振動(dòng)臺上，如圖8所示。按照USCAR 5.4.6的V2振動(dòng)等級安裝在不與發(fā)動(dòng)機(jī)相連的彈性部件，XYZ三個(gè)方向分別振動(dòng)沖擊測試8 h，頻率與功率譜密度詳見表4。監(jiān)控電流連續(xù)性，然后在室溫狀態(tài)下靜置48 h。振動(dòng)沖擊試驗(yàn)后，在10X放大鏡下，連接器及接觸件無明顯磨損、開裂和變形等缺陷，故振動(dòng)沖擊測試合格。

圖7 接觸電阻測試

圖8 振動(dòng)沖擊測試

表4 頻率與功率譜密度

3.5 高低溫沖擊

將連接器放置于高低溫沖擊試驗(yàn)箱中，如圖9所示。將實(shí)驗(yàn)溫度及時(shí)間設(shè)定為規(guī)定值，高溫：125℃，低溫：-40 ℃，保持時(shí)間30 min，循環(huán)周期為99次，如圖10所示。測試完成后取出連接器，測量其絕緣電阻＞2 000 MΩ、耐電壓＞3 000 V，故滿足規(guī)格。

圖9 高低溫沖擊試驗(yàn)箱

圖10 高低溫沖擊試驗(yàn)條件

3.6 防水測試

將新試紙放入連接器公、母對配內(nèi)部，然后將其置于1 m深水中，靜置30 min后，解鎖連接器后其內(nèi)部未進(jìn)水，試紙未變色，故防水測試合格。防水測試前圖片如圖11所示，對配防水測試后圖片如圖12所示。

圖11 防水測試前

圖12 防水測試后

4 結(jié)語

采用此種推拉快鎖式結(jié)構(gòu)的連接器可通過相關(guān)功能測試，其使用方便、解鎖快捷，并可保證良好的手感，可為新能源汽車電氣、動(dòng)力、控制系統(tǒng)等提供可靠的連接、快速的傳輸和安全的防護(hù)。