汽车高压连接器的载流匹配

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高压连接器的核心使命为连接新能源汽车三电系统，在恶劣工况下实现稳定可靠的功率传输。

为实现此基本需求，连接器供应商需要针对客户传递的特定工况下车载用电器的功率需求，进行涵盖高压连接器以及适配导线连接系统的工作电压、载流能力评估，以开发出符合客户应用需求的高压连接器产品。



Derating曲线（图1.1例）作为连接器厂家与客户进行载流需求匹配的信息交互窗口，展示了匹配特定导线的连接器经过一系列的严谨测试后，在一定范围的外部环境温度（derating曲线横坐标）与该环境温度下连接器允许承载的最高安全持续电流（derating曲线纵坐标）的关系。



图例1.1 derating曲线示意

从derating曲线中不难看出随着客户应用环境温度升高，连接器允诺最高安全持续电流在逐步减小，在外部环境温度达到180℃下，连接器丧失载流能力。之所以有这种现象是因为-连接器最热点温度作为边界条件，限制了功率传输电路的载流。具体理解为连接器工作时最热点为端子对配位置，热量的来源一部分为工作环境输入，另一部分来源于连接器载流。根据焦耳定律Q=I2RT, 在回路电阻、通电时间、及应用环境恒定的前提下，电流越大产生的热量越大。因此当连接器应用环境温度升高，在截止温度的限制下，留给连接器载流所能产生的温升余量就会更少，回路电阻和通电时间不变，只能限制电流，以减少温升。连接器最热点的截止温度根据整车应用环境及现阶段材料科学的发展水平设置为最高180℃。 温度高于此阈值且累积一定时间，有可能造成连接器烧蚀等严重后果。



在高压连接器测试中，Derating 曲线的绘制测试方法依然依据IEC60512-5-2的流程，大致流程为：

i. 参考下图（图例1.2）进行试验布置，选择合适的电源，连接一定长度导线的测试回路，将待测连接器放置在恒温舱中，一个温度传感器tb布置在连接器的最热点-端子接触位置，另一个温度传感器tu布置在恒温舱中记录环境温度的变化。



图例 1.2

ii. 具体的测试方法如下表1.1所示，从小到大阶梯输出测试电流，每一个阶梯电流需要持续一定时间已达到环境热平衡（温度传感器tb&tu示值稳定），并记录此时温度传感器示值，当连接器最热点温度达到180℃时，测试终止。



表1.1 某连接器测试范例

iii. 以步骤2得出的基础数据进行Derating曲线的绘制，具体计算程序为将最热点温度（tb）移除掉环境温度（tu），所到达的△t，即为施加此测试阶梯测试电流后，去除环境温度输入，单纯因为载流在连接器端引起的温升；使用截止温度（180℃）再减去△t，反向得到的则为施加此测试电流时，连接器所允许使用的最高应用环温。至此我们得到了Derating坐标系里的一个点（横坐标环温，纵坐标测试电流），当我们用同样方法计算出每一个测试阶梯电流点对应的最高应用环温，将所有点依次连接则得到表1.2蓝色曲线所示的Derating曲线。考虑到实际车辆复杂工况及材料老化，我们需要在应用电流上预留至少20%的安全余量，比如：实际测试时，施加100A电流，连接器最热点温度（tb）为120℃，扣除掉20%的安全余量，绘制derating曲线时只能使用80A去对应最热点温度（tb）120℃。将所有测试阶梯电流去除20%余量再与环温对应后，则得出表1.2所示橙色显示derating曲线。



表 1.2 测试曲线绘制举例

在实际测试操作中，为覆盖样件间的制造差异，通常需要测试一定数量的连接器，以及在同一个样件上尽量多的布置传感器去记录tb及tu，已使用平均值过滤测试误差。另外相较于最终递交给客户的连接器derating 曲线，此流程所得出的仅仅是初版，后续还需要通过一系列苛刻的工况环境&老化试验，来验证在模拟整车寿命周期内，高压线束在受到严苛振动、冲击、高温高湿的恶劣环境考验后，Derating曲线所显示连接器载流能力依然符合预期。