一種推拉快鎖式高壓大電流連接器的設計

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展，其對連接器的環境性能、機械性能、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，后續會達到1 000 V（或更高）電壓和700 A（或更高）的電流。因此，設計一種集便捷性、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、動力、控制系統等提供可靠的連接、快速的傳輸和安全的防護。基于此，推拉快鎖式高壓大電流連接器應運而生，目前其已成為整車廠客戶的首要之選。

1 性能指標

高壓大電流連接器機械、電氣、環境性能指標如表1所示。

表1 性能指標

2 總體結構簡介

2.1 推拉快鎖結構

推拉快鎖結構采用圓周方向上6個不銹鋼珠壓迫彈性卡圈鎖緊插座。

當連接器公、母端互配時，先推動推拉環，推拉環前端壓迫不銹鋼珠，不銹鋼珠受外力向內壓迫彈性卡圈，致使彈性卡圈內徑縮小卡入插座殼體對應槽內，達到鎖緊效果，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

解鎖時反方向拉動推拉環，彈性卡圈外力消失彈回，故卡圈脫離插座殼體對應槽，從而解鎖。解鎖時伴有清脆的咔噠聲響。

2.2 防水密封結構

防水密封結構分為尾部線纜密封與對接端密封，可達到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，其錐面擠壓PG頭與橡膠圈，PG頭受外力收緊向內壓緊橡膠圈，從而緊密鎖緊線纜達到防水效果。

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干涉量設計為0.4 mm，此時防水密封圈壓縮率為20%，從而保證公、母互配后達到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 相關測試驗證

3.1 插拔力測試

插拔力測試機如圖6所示。將高載流冠簧端子（內徑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。插拔力測試數據詳見表2。

圖6 插拔力測試機

表2 插拔力測試數據

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、母互配接觸區溫升為28.9℃，遠小于汽車行業標準的55℃，溫升測試數據詳見表3。

表3 溫升測試數據

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 振動沖擊測試

將部件固定在振動臺上，如圖8所示。按照USCAR 5.4.6的V2振動等級安裝在不與發動機相連的彈性部件，XYZ三個方向分別振動沖擊測試8 h，頻率與功率譜密度詳見表4。監控電流連續性，然后在室溫狀態下靜置48 h。振動沖擊試驗后，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，故振動沖擊測試合格。

圖7 接觸電阻測試

圖8 振動沖擊測試

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箱中，如圖9所示。將實驗溫度及時間設定為規定值，高溫：125℃，低溫：-40 ℃，保持時間30 min，循環周期為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，故滿足規格。

圖9 高低溫沖擊試驗箱

圖10 高低溫沖擊試驗條件

3.6 防水測試

將新試紙放入連接器公、母對配內部，然后將其置于1 m深水中，靜置30 min后，解鎖連接器后其內部未進水，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 結語

采用此種推拉快鎖式結構的連接器可通過相關功能測試，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、動力、控制系統等提供可靠的連接、快速的傳輸和安全的防護。