電動汽車高壓線束連接工藝分析

【摘" 要】電動汽車高壓線束電纜與端子之間的連接品質(zhì)對高壓電氣系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行有著重要影響，目前常用的連接方式主要有壓接與焊接兩種。文章首先從闡述電動汽車高壓線束的主要性能要求入手，然后對超聲波焊接工藝、壓接工藝的主要特點(diǎn)和工藝參數(shù)進(jìn)行分析，并選用35mm2的線束電纜分別進(jìn)行超聲波焊接試驗(yàn)和壓接試驗(yàn)，測試兩種連接方式的連接強(qiáng)度、連接電阻和電壓降，最后通過試驗(yàn)結(jié)果證明超聲波焊接工藝確實(shí)能夠保證高壓線束的可靠性。

【關(guān)鍵詞】高壓線束；超聲波焊接；壓接；連接強(qiáng)度

中圖分類號：U463.62" " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " 文章編號：1003-8639（ 2023 ）11-0016-03

Analysis of the Connection Technology for High Voltage Wire Harnesses of Electric Vehicles

WANG Ao1，NIE Jinquan1，WANG Changfu2，AN Jiong2，DAI Longhai2

（1.School of Automotive and Transportation Engineering，Liberal Arts College，Xiangyang 441053；

2.Xiangyang Qunlong Auto Parts Co.，Ltd.，Xiangyang 441199，China）

【Abstract】The connection quality between high-voltage wire harness cables and terminals of electric vehicles has an important impact on the safe and reliable operation of high-voltage electrical systems. Currently，the commonly used connection methods mainly include crimping and welding. The article first elaborates on the main performance requirements of high-voltage wire harnesses for electric vehicles，and then analyzes the main characteristics and process parameters of ultrasonic welding and crimping processes. 35mm2 wire harness cables are selected for ultrasonic welding and crimping tests to test the connection strength，connection resistance，and voltage drop of the two connection methods，F(xiàn)inally，the experimental results demonstrate that the ultrasonic welding process can indeed ensure the reliability of high-voltage wiring harnesses.

【Key words】high voltage wiring harness；ultrasonic welding；crimping；connection strength

高壓線束是電動汽車高壓電氣系統(tǒng)的關(guān)鍵零件，線束電纜與端子的連接品質(zhì)對高壓電氣系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行有著重要影響。目前高壓線束電纜與端子的連接方式主要有焊接、壓接和機(jī)械連接3種。超聲波焊接能夠獲得較低的電阻和較高的結(jié)合力，較于傳統(tǒng)焊接模式具有優(yōu)勢，近年來在汽車行業(yè)被廣泛運(yùn)用[1-5]。因此，電動汽車高壓線束超聲波焊接工藝的開發(fā)就有著重要的意義[6]。

C.Y.Kong等[7]學(xué)者對鋁合金超聲波縫焊和焊接接頭相關(guān)領(lǐng)域展開了研究，通過剪切試驗(yàn)和剝離試驗(yàn)判斷焊接接頭結(jié)合性能。研究表明，增大焊接壓力和振幅能增大焊接接頭的強(qiáng)度，減小焊接速度發(fā)現(xiàn)彈塑性變形有所增加，接頭強(qiáng)度主要與焊接作業(yè)時(shí)的微區(qū)結(jié)合點(diǎn)有關(guān)。J.Tsujino等[8]使用了一種橫向振動和扭轉(zhuǎn)復(fù)合的超聲波縫焊裝置，通過研究試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，超聲頻率為27kHz的時(shí)候，焊接壓頭橫向振動幅度大于扭轉(zhuǎn)幅度，其焊接軌跡呈一個(gè)橢圓形。楊圣文等[9]推導(dǎo)出銅片-銅管超聲波焊接接頭區(qū)域溫度公式，通過測出焊接區(qū)域溫度，分析了產(chǎn)生溫度偏差的原因。

本文通過試驗(yàn)研究分析超聲波焊接與壓接兩種工藝的連接品質(zhì)，為線束連接方式的選擇提供參考依據(jù)。

1" 高壓線束的主要性能要求

1）電壓降：高壓線束在采用壓接連接時(shí)，導(dǎo)體壓接處的電壓降應(yīng)滿足表1的要求。

2）連接強(qiáng)度：端子與線束電纜的連接應(yīng)牢固，其最小拉力值應(yīng)符合表2的規(guī)定。

2" 高壓線束連接方式

常用的高壓線束連接方式有兩種，分別是壓接連接和焊接連接，兩種連接方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，詳細(xì)闡述如下。

2.1" 壓接連接

壓接連接是利用工具或設(shè)備通過壓力將連接器的接頭變形壓到導(dǎo)線上，使連接器的端子與導(dǎo)線形成機(jī)械連接，讓其具有良好的機(jī)械和電氣性能。目前，汽車線束已知的連接方式有3種，但國外的線束電纜和插件端子基本均采用壓接連接，此項(xiàng)工藝技術(shù)已經(jīng)非常成熟穩(wěn)定，適用于大批量的實(shí)際生產(chǎn)。

壓接連接的優(yōu)點(diǎn)：①連接可靠，生產(chǎn)效率高且能適應(yīng)自動化生產(chǎn)；②連接過程不需要焊料和助焊劑，克服了焊件清洗困難和焊面易氧化的缺點(diǎn)；③同時(shí)壓接工藝對環(huán)境要求低，操作簡單，不易造成人為失效。但其缺點(diǎn)也較明顯，壓接后依舊存在導(dǎo)線非完全接觸的情況，并在長期運(yùn)行過程中出現(xiàn)接觸電阻增大的情況，最終導(dǎo)致接頭易發(fā)熱且電能損耗加劇，影響電路安全。

通過對相關(guān)文獻(xiàn)資料的分析和總結(jié)[10-12]，對壓接品質(zhì)影響較大的工藝參數(shù)較多，主要集中到端子結(jié)構(gòu)、壓接方式、壓接高度和壓接長度上。其中，壓接高度對壓接連接起著至關(guān)重要的影響。壓接端子的機(jī)械性能會隨著壓接高度的降低而上升，但超過某一臨界值后機(jī)械性能又會急速下降；壓接端子的電性能會隨著壓接高度的降低先上升而后趨于水平，最后又逐漸降低。因此，需要確定一個(gè)恰當(dāng)?shù)膲航痈叨炔拍鼙M可能保證良好的機(jī)械性能和電氣性能。

2.2" 焊接連接

由于傳統(tǒng)焊接工藝已經(jīng)難以滿足發(fā)展需求，超聲波焊接工藝逐步應(yīng)用于電動汽車高壓線束的焊接。超聲波焊接工藝的優(yōu)點(diǎn)有：①焊接范圍更為廣泛，不僅適用于同種材料，對不同性能異種材料之間的焊接也能很好完成快速成型的效果；②焊接強(qiáng)度更高，使用超聲波焊接不需要對焊接試件進(jìn)行外源加熱，因此不會因試件受熱而產(chǎn)生殘余應(yīng)力，同時(shí)會得到更高的焊接強(qiáng)度，有更好的穩(wěn)定性和抗疲勞強(qiáng)度；③焊接效率更高，超聲波焊接不需要焊條，無需進(jìn)行冷卻操作，可快速完成點(diǎn)焊、連焊等作業(yè)，且更加節(jié)省電能消耗；④更安全環(huán)保，超聲波焊接不需要額外添加焊劑，不會污染焊件結(jié)構(gòu)，最大程度保證了焊件的完整性。

超聲波焊接也存在缺點(diǎn)：①隨著焊接工件的厚度和硬度的增加，焊接難度急劇增大，所需焊接功率更高，間接提升了大功率超聲波焊接機(jī)的制造難度和制造成本；②經(jīng)超聲波焊接的工件展開面會比較寬，難以在較狹窄的位置安裝。

超聲波焊接的工藝參數(shù)較多，主要包括焊接時(shí)長、焊接壓力、焊接振幅。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)研究可知[13]，通常隨著焊接參數(shù)數(shù)值的增加，焊件的力學(xué)性能呈現(xiàn)先上升而后降低的趨勢。

3" 連接品質(zhì)分析

3.1" 焊接與壓接試驗(yàn)

試驗(yàn)設(shè)置：選用35mm2銅電纜與銅端子，分別進(jìn)行5組超聲波焊接試驗(yàn)和壓接試驗(yàn)。超聲波焊接工藝的焊接高度為3.0mm，寬度為13.2mm；壓接工藝的壓接方式為六邊形封閉式端子，壓接高度為9.4mm。超聲波焊接工藝和壓接工藝的截面圖如圖1所示。

3.2" 測量方法

測量方法：根據(jù)QC/T 29106—2014《汽車電線束技術(shù)條件》中規(guī)定的方法進(jìn)行測試，如圖2所示，測試電流80A。導(dǎo)體壓接區(qū)電壓降按照公式（1）計(jì)算：

UAB=UAC-UCD（1）

式中：UAB——導(dǎo)體壓接區(qū)電壓降；UAC——測量點(diǎn)A、C之間的電壓降；UCD——測量點(diǎn)C、D之間的電壓降。

3.3" 測量結(jié)果

表3為兩種連接方式的連接強(qiáng)度、連接電阻和電壓降等性能測試數(shù)據(jù)。測試結(jié)果表明，超聲波焊接工藝和壓接工藝的連接品質(zhì)均能滿足高壓線束的標(biāo)準(zhǔn)要求。與壓接工藝相比，超聲波焊接工藝的連接強(qiáng)度更高，連接電阻和電壓降更低，具有更好的連接品質(zhì)。

4" 結(jié)語

高壓線束作為電動汽車高壓電氣系統(tǒng)的關(guān)鍵零件，其線束電纜與端子的連接品質(zhì)對高壓電氣系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行有著十分重要的影響。本文通過試驗(yàn)研究了電動汽車高壓線束兩種不同連接方式的連接品質(zhì)，對比分析了超聲波焊接與壓接工藝的連接強(qiáng)度、連接電阻和電壓降。試驗(yàn)結(jié)果表明，與壓接工藝相比，超聲波焊接工藝的連接強(qiáng)度更高，連接電阻和電壓降更低，能夠?qū)崿F(xiàn)更可靠的機(jī)械連接和電氣連接，有利于降低連接區(qū)域的工作溫升，從而保證高壓線束的可靠性。

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（編輯" 凌" 波）

作者簡介

王敖（1995—），男，碩士，研究方向?yàn)樾履茉雌噭恿ο到y(tǒng)與能量管理研究。