大线径线缆的压接评估

2020年11月20日 评论 192 1807字

随着新能源汽车的逐步普及,我们发现因为车辆线束问题召回的事件也越发增多,其中汽车线束里最大的也最重要的影响点莫过于端子的压接,本文将通过CAE的办法分析并分享大电流电缆的端子压接的电性能等相关影响因素。

摘要:线缆与连接器之间的连接采用的一个重要的连接方式就是压接。压接的参数和评估主要靠标准和实验,本文采用CAE的方式,提前评估出不同压接参数造成的拉脱力、伸长数据,对后续解决压接的参数优化和使用寿命有明显且积极的作用。

关键词:压接,温升,拉脱力,寿命

一、压接的现状及参考标准

压接工艺对于大电流产品来说非常重要,但是目前市面上能找到的压接工艺参数和指导资料有限。

1.1 压接的参考标准

传统的压接工艺要求主要是对应不同平方数的线缆有不同的最小拉拔力标准,比较主流的是大众VW60330和VW80304,其中VW60330针对的是比较小平方数的线缆压接,拉拔力标准如图一所示;VW80304针对的是高压大电流的线缆压接,拉拔力标准如图二所示。

辅之以接触电阻、电压降和温升等测试来确定压接性能的合格与否。

而温升的参考标准则为USCAR-2中的最大50度要求,电压降采用的多为USCAR-2中的最大50mV的要求,对应的连接电阻要求通常采用LV215-1中的标准规定。

大线径线缆的压接评估图一  VW60330压接拉拔力标准

大线径线缆的压接评估

图二  VW80304压接拉拔力标准

大线径线缆的压接评估图三 接触电阻要求(LV215-1-2013)

1.2 压接的形状

各个企业针对压接的形状和压缩比率都有自己的标准和理解,比如压缩率从70%~95%,形状从正六边形、扁形、正方形甚至其他复杂的形状,这些形状和参数的定义大多由实际工程经验而来。

大线径线缆的压接评估

图四 各种压接形状

二、压接的评估方法

采用CAE手法,可以在压接参数定义前得到压接产品的拉脱力、压接电阻,甚至简洁评估出对长期使用的影响。

本文中主要分析的是大平方数的线缆的压接,基本采用都是正六面体压接。

分析的结果包括三个部分:

(1) 压接后的压缩率
(2) 压接后的拉脱力
(3) 压接后的铜套伸长数据
(4) 压接后的最大应力

大线径线缆的压接评估

图五 六边形压接后的铜套伸长度和最大应力

在这些结果中,确定好压接的高度标准后,压缩率的计算只是其中一个小小的结果。在这个仿真评估过程中,可以推算出拉脱力较准确的计算方法。如下图所示,根据计算结果与实测结果的对比,发现评估结果与实验结果相符,可确认此压接的拉脱力评估方法基本可靠,但还需要继续改进。在这些结果中,压接后的铜套伸长数据会稍微比实测结果偏大15%左右。

大线径线缆的压接评估

图六  六边形压接的评估数据与实测数据的对比

三、长期使用环境下的应力松弛、蠕变影响

通过标准和经验得来的参数值,大多是知其然不知其所以然。在大部分大电流连接器产品中,压接点都是载流能力的一个关键薄弱点,温升最高点往往发生在接触端子和压接区域这两个部分;且在长期的使用、电流循环实验和环境老化测试后,压接部位的接触电阻迅速升高,导致温升大幅度提升最终造成载流能力下降的情况屡见不鲜。

其中的原因主要在与:压接后的线缆和铜套之间,相互之间有较大的接触压力;而长期处于电流引起的自热和环境温度的影响下,自身由于应力松弛或蠕变现象呢,则会导致接触压力的降低或流失,引起相应的接触电阻的显著增大,最终造成了载流能力的大幅度下降。

目前针对应力松弛可以采用拉森-米勒法,主要应用于以合金短时间的使用情况精确估算长期使用情况。这种方法精确度高,使用频繁,但是需要具体材料的基础数据。

虽然对不同材料的蠕变和应力松弛问题的处理有大量的公开资料,但是有关蠕变和应力松弛对电接触的作用的资料非常少。甚至无法找到紫铜、黄铜的应力松弛曲线(温度,应力与时间关系的曲线图),这对我们研究解决压接的问题造成不少困难。

大线径线缆的压接评估

图七  铍铜、磷青铜应力松弛对比

但是我们知道的一个基本原理是应力松弛与初始应力水平和作用时间长短有关,初始应力水平越高,同样的时间和温度下,应力松弛或蠕变的比例越大,故在确定压接参数时,我们需要遵循的原则是:由压接而产生的应力尽量小于拉伸强度,如有可能,尽量控制在屈服强度以内;因为较高的应力水准会造成更大比例的应力松弛。

由压接造成铜套、线缆的形状变化和接触压强,进而产生的压接点接触电阻,则是另外一个较深的课题了,需要更深入的探讨研究。本文作者: peggy.Yang

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