電動汽車高壓連接器端子專利技術發展*

趙平堂

（天海汽車電子集團股份有限公司 河南省汽車電器工程技術研究中心，河南 鶴壁 458030）

連接器是汽車電器輸入信號和電源的連接器件，由端子、護套及其附件組成。連接器對汽車的安全性、穩定性、可靠性起著至關重要的作用[1]。在國家政策和環境污染的雙重壓力下，電動化已成為汽車技術的重要發展趨勢之一[2]。電動汽車的高壓系統具有600V以上高壓及300A以上大電流，這對高壓連接器的安全性、屏蔽性具有更高的要求。高壓連接器端子最初采用安全性和穩定性好機加工的圓柱形[3]，迫于圓柱端子機加工效率低、成本高的壓力，加工簡便、可自動化沖壓成型矩形高壓連接器設計技術成為研究的方向之一[4]。

近幾年來，無論是圓柱端子，還是矩形端子，高壓連接器設計工程師們都不斷深入研究，取得了一個又一個新突破，期望以此文能夠展現電動汽車高壓連接器端子的技術發展方向。

1 圓柱端子殼體沖壓成型

圓柱端子由于電流分布均勻、接觸可靠，其穩定性、可靠性得到汽車行業的公認。如果加工成本能夠有效降低，高壓圓柱形端子仍然會受到行業的青睞。尹建睿等[5]在高壓連接器的單極性連接端子的設計中就采用了沖壓成型的圓柱形殼體（圖1），避免了機加工殼體低效率高成本，并通過設置在插接管端部的凸起結構與殼體內壁上的讓位槽配合，可有效防止安裝錯誤，保障連接器裝置的傳導效果。筆者在圓柱型插頭接觸端設計有彈片（圖2），消除了以往內嵌冠簧時的二次接觸[6]，保證了插頭插座的良好接觸，此類端子亦可采用沖壓成型方式來進一步降低成本。孫勝波等[7]則在沖壓殼體的接觸端，設計了向內收縮，朝一定角度偏轉，數量為9個的直徑相等的冠簧（圖3）。圓形插針插入復合插孔端子后，在與插入方向垂直的圓周上形成均布的9個不同矢量方向的接觸區域，應用環境中某矢量方向的振動只會與相同矢量方向發生共振產生瞬斷，而其他8個矢量方向不會發生共振導致瞬斷，提升了抗瞬斷能力，有效保證了電連接器的抗振動能力。

圖1 沖壓殼體的高壓連接器圓柱端子專利結構

圖2 彈性接觸插頭專利結構

圖3 帶冠簧沖壓成型圓柱端子專利結構

2 增加接觸點、降低插拔力

為提高穩定可靠性，增加接觸點，目前行業中高壓圓柱形端子多采用雙螺旋冠簧、線簧等接觸方式[3]。而插拔力降低，一般是冠簧接觸點分層接觸法（圖4）。在插頭插入過程中可以分層和插頭接觸，有效降低插頭的插拔力[8-9]。通過提高冠簧鍍層硬度，減少摩擦系數，也可降低插拔力[3]。劉成蔭等[10]把彈性導電接觸鏤空帶材卷制成型的結構（圖5），不僅插拔力低，而且工藝簡單，制造成本低廉，有利于提高生產效率。高壓矩形連器、矩形疊片連接器也大多采用簧片接觸點的分層法（圖6）來降低插拔力[11-13]。這類設計目前比較多，逐漸成為降低插拔力的行業共識。

圖4 分層接觸簧片專利結構

圖5 鏤空帶材卷件

圖6 觸點分層的矩形連接器幾種專利結構

為解決疊片連接器端子組合一起后插入力較大問題，筆者曾巧妙利用接觸臂上圓孔形成彈性接觸，插入時孔自動收縮，從而降低了插入力（圖7）[14]。孫曉光等則在接觸臂的圓孔中增加了彈性支撐（圖8）[15]。彈性臂中間區域的機械強度被削弱，因此彈性臂的彈性增加，可以減小導電件的插拔力。

圖7 一種疊片式端子的疊片專利結構

圖8 一種疊片式端子專利結構

行業會議中某公司展示了其開發的磁吸附連接器（圖9），實現零插拔力。行業研發人員[16]也提出了磁吸嚙合帶鎖緊功能的快速連接結構，利用磁力插合連接器，更加方便快捷，并且在插合后自動實現鎖緊。如果磁吸附應用到高壓連接器上，將使高壓連接器最終實現零配合力，這應該是高壓連接器設計工程師的理想設計。

圖9 磁吸附連接器

3 矩形高壓連接器簧片固定方式

矩形高壓連接簧片多采用與殼體扣接的方式。為提高穩定可靠性，鉚接或焊接方式固定簧片的設計技術也開始出現（圖10）。通過鉚壓與激光焊，簧片與插座殼體或插頭可進一步提高連接穩定性、載流能力、抗振動能力[17]。

圖10 焊接方式固定簧片專利結構

4 矩形雙層接觸及不銹鋼加強

矩形連接端子目前也出現了簧片殼體一體沖壓成型技術（圖11）[18-21]，避免簧片扣接或焊接不牢的問題。在此基礎上，為提升矩形連接器的接觸保持力，研發人員[13，22]把接觸結構設計為鋼包銅式雙簧片結構（圖12），雙簧片結構由片式接觸件和簧片共同構成，高彈性不銹鋼片制成的卡簧包裹著高導電性的雙簧片結構，具有良好的彈性和導電性，同現有單簧片結構相比，增加了與適配片式插針的接觸觸點以及接觸保持力，提高了電性連接的穩定性，尤其適用于高頻振動環境。研發人員[23-24]亦通過不同結構的層疊式端子（圖13）設計增加了導電端子的接觸面積，提高了連接器的電流承載能力，并且能夠增加導電端子彈性接觸力和電接觸可靠性。

圖11 沖壓矩形端子簧片殼體一體專利結構

圖12 鋼包銅式雙簧片專利結構

圖13 不同結構層疊式端子專利結構

徐平安等[25]研究的導電組件采用分體組裝加工成型（圖14），降低了加工難度。導電組件由2個接觸簧片構成，2個接觸簧片各自加工成型后，再將2個接觸簧片組裝在一起，形成導電組件，單一接觸簧片上的觸指之間可以設置較大間隔，結構簡單，對加工精度的要求較低，便于加工。

圖14 大電流端子立體及爆炸圖

5 矩形連接器端子線簧引入

筆者曾在矩形連接器插頭中通過線簧形成線接觸，降低了接觸電阻（圖15）[26]。行業中的研究者把線簧引入到矩形連接器的插座中（圖16）[27]。通過端子基體、彈性接觸件、支架、扣蓋各限位結構之間的相互配合和固定，能夠有效地保證端子形成良好的接觸，保證其具有穩定的電氣和機械性能。

圖15 一種矩形連接器端子專利結構

圖16 一種矩形連接器插座專利結構

6 結束語

高壓連器器端子技術不僅可以通過雙層設計、不銹鋼加強、簧片焊接、線簧引入等增加接觸點，提高穩定可靠性，還要考慮其便捷性。通過接觸點的分層設計、疊片帶孔彈性臂設計等方式降低其插拔力，磁吸附的應用有望實現高壓連接器零插拔力的理想狀態。圓柱型端子殼體沖壓成型、殼體接觸端彈片一體化則可以降低高壓連接器端子的成本。