新能源汽车高压连接器接触对浅谈02

来源：•作者：•2021-06-16 14:26

类型

因为新能源汽车上的高压大电流的连接器，一般电流都高达100~400A左右，所以这就要求连接器具备通大电流的能力，其连接器的接触件性能稳定性就显得非常的重要，我们目前能看到较多的接触方式，上文我们提到了一些典型代表厂家的设计方式，因为考虑到大电流，目前市场上主流的方式还是 “簧式”结构较多，有“冠簧式、线簧式、扭簧式等等，当然冠簧式还分内、外冠簧；。内冠簧通常安装在插套的内孔中，与阳级插针组成接触对，外冠簧通常安装在阳级插针的外圆柱面上，与圆柱形插套组成接触对，没有找到合适的图片，下图找了两张表带式的内外安装示意；

“线簧式”的设计方式决定其接触的面积相比“冠簧式”更好，这个地方我说的线簧式是其材料由金属丝绕组而成，而并非片式绕组成线状；

每家的设计结构都有所不同，但是原理上都是基于结构设计给弹性材料的圆周触点施加正压力与阳性插针接触来实现有效电传输；

理论分析

对于冠簧的理论内容，有两个指标非常重要，一个是接触电阻，另外一个就是正压力

接触电阻

我们都知道接触电阻是考察电接触及传输可靠性的一项重要的指标，接触电阻的大小完全取决于具体应用，在特定的使用环境下，接触电阻越低，接触可靠性一般越高。接触电阻由收缩电阻、膜层电阻和导体电阻组成。导体电阻通常较小可以忽略不计，主要是由收缩电阻和膜层电阻组成；

收缩电阻

电连接，两个相互接触的表面不可能是光滑的面接触，在微观情况下，任何光滑的表面都是凹凸不平的，当电流通过这些凹凸不平的触点时，接触面积减少，电流会收缩(或集中)，电流密度会增大，进而产生收缩电阻；影响收缩电阻大小的因素非常多，比如这些斑点的形状、数量、分布、包括电镀工艺等等，而且还和正压力也有很大的关系；

膜层电阻

说膜层电阻其实就是由接触件的表面膜层被空气种一些污染物附着，并穿破了表面层和金属基体直接接触形成的，这个又叫“隧道效应”。其实电流如果较小，如果小到mV或者mA级是根本无法击穿膜层的，所以国标里测量接触电阻时，才有针对低电平的接触的，之前一个朋友问我，什么是连接器的自清洁效应，其实就是利用了大电流可以击穿灰尘等异物的原理，其实原理很简单，就是局部的触电点产生较大的焦耳，产生较大的热量融化或分解掉异物，当然也会形成一些新的异物，再次不做多的叙述，感兴趣的朋友可以自行搜集一些资料研究研究；

对于一些高精密传输等行业，膜层电阻或者收缩电阻都已经做了非常细的理论和实际研究，大量的数据测试也了解很多的规律，感兴趣的朋友可以自行了解看看；有条件的朋友可以就下图的公司在不考虑的材料的塑性变形的情况下，算一下你设计的簧的接触电阻和实际测量的差距有多大；

正压力

除了接触电阻以外，我们还需要考虑其正压力的数值，正压力一般指施加在接触点的正向压力，一般来说，这个数值的计算通常是和你的设计结构及材料本身的弹性模量进行核算的，比如我们通常使用的铍青铜的弹性模量是E=127400MP,我们一般会根据材料的弹性模量数值然后依据结构接触形式画图其力学模型；带入数值进行计算；但是随着技术的发达，这种方式逐步已经被淘汰，目前很多的三维设计软件都包含了力学的仿真分析，我们可以直接利用对你设计的产品进行仿真分析，然后根据分析的结果不断改良你的设计，直到达到你想要的设计数据；

设计

冠簧的设计需要从能够实现增大有效接触面积的方向去思考设计方式，这个地方的设计更多的偏向结构设计，大多数簧类或者其它类似方式都采用了“多桥”连接的形式，基于圆周的向心正压力因为结构弹性会保持一致，所以目前主流的此方式居多，当然大多数的这种方式也可以通过快速冲压成形实现批量化作业；下图是MC的方式，感兴趣的朋友可以自行研究一下；因为本身在职及知识有限，很难就某一种案例展开分析，如果有朋友感兴趣，也可以加我微信，可以就具体方案进行讨论；对于接触来说，理论的研究是很难的，在企业里或者商业化作业很多时候结构的创新更为重要，要想具备结构创新就需要不断的积累学习，并且需要具备跨行也应用的思维，通俗点来说，就是能否将一些其它成熟行业的局部技术在特定环境下应用或者叠加到新的行业里来；

材料、电镀

通常接触的材料分为基体材料和电镀材料，因为需要考虑其优良的导电性能，以及性价比；目前市场上以铜基材居多，但是接触件需要一定的弹性性能，所以一般复合金属材料居多，以锡青铜、铍青铜等居多；通常我们看见大电流的接触都是镀银镀金，其实镀层不止一层，一般来说，我们会在基体上先镀一层镍作为底层，固化薄膜层，增加附着里及耐磨性，镍底的厚度一般下限为3um若采用滚镀或挂镀，厚度会更高，我们研究发现，在电镀镍阻挡层前增加镀铜打底工艺, 这样对减少镀层孔隙、增强镀层防变色效果特别明显，所以建议镍底层之前再镀一层铜，效果会很好，然后再镀贵金属表层，其实如果有条件，我建议一般镀层可以采用3~5层叠加形式电镀，每一层可以根据材料的不同特性来补偿不同的特性，从而接近实现理想化的电传导；

银变色的问题

银跟金的性质明显不同。由于银的化学性质比较活泼, 在大气环境中对含硫气体极为敏感, 很容易与硫反应生成黑色硫化银。在光的催化作用下, 银的变色反应速度会加快。其变色过程为生成黄点一形成黄斑。黄斑变黑、整个镀层表面呈棕褐色，其实在没有做销售之前，从来没有认真的想过这个问题，我相信任何一家做连接器的厂家都出现过端子氧化变色问题，一部分原因来源于电镀工艺，另外一部分原因来源于环境和储存

比如说你在电镀的时候如果采用光亮剂来增加你的表面光洁度，那么因为光亮剂多含留就会加快氧化的速度，同时它还会增加表面的电阻率，不利于传导；以及如果你的设计结构比较复杂，电镀很难均匀化，也会导致你的氧化速度加快；

很久之前在设计充电枪的时候发现了一个非常有趣的现象，充电枪的端子非常的容易发黑变色，后来发现，因为设计密封的防护盖采用的是橡胶件，而端子的局部空间被封死在了这个区域，而橡胶大多有硫化过程，所以随着室外温度增高，就会快速的出现发黑现象；

所以我们建议储存保证时最好可以真空包装或者采用蜡纸包装放干燥器储存。

仿真

对于接触簧片的设计，仿真分析对于设计而言非常重要，我们可以借助一些分析软件，比如ABAQUS、 ANSYS等来模拟分析产品的接触电阻、插拔力、插拔力和电性能变化、载荷温度分布、包括材料的塑性变形等；很大时候我们是没有办法通过理论设计来有效的判断你的设计的，软件分析的方式可以有效的校核你设计的变差，从而可以不断的修正你的设计参数，对于企业而言，可以最大化的节省研发成本，及时间成本；

总结

接触对的文章以抛砖引玉的方式就写到这里了，如果有朋友感兴趣，我们可以私下探讨交流。

虽然这种接触簧很小，但是它相当于连接器的核心，经常在市场上跑发现，我们国内目前很多时候其制作设备还停留在上个世纪，有的甚至比我年纪都大，冲压成形等设备老旧，精度等级不高，而这种产品又是非常讲究一致性、稳定性、高精度的；很多时候不是设计师做不出来，而是你的精度高了，结构复杂了，其国情和商业成本不允许，所以我们“定义”的好工程师还需要懂制造，很多时候的让步造就了灵感的缺失；做过传统汽车插件的朋友都知道，其实你如果要实现批量化、稳定性高的，一定是需要专机设备及专门的自动化产线的；最近和一些主机厂的朋友聊天得知国内一些企业也逐步开始上一些高精密产线，相信随着行业的不断升级，我们的基础工业也会得到一个质的提升，汽车行业是一个万象包容的行业，有幸能够成为其中一份子，贡献自己一份努力；最后放一张安费诺的产品线图；

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