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淺析動力電池連接器性能及接觸電阻

四川金7乐软件:淺析動力電池連接器性能及接觸電阻

來源:未知    發布時間: 2018-11-08 15:57    次瀏覽  
動力電池連接器亦稱作動力電池接插件、插頭和插座,一般是指連接兩個有源器件傳輸電流的器件。動力電池連接器的作用非常單純:在電路內被阻斷處或孤立不通的電路之間,架起溝通的橋梁,從而使電流流通,使電路實現預定的功能。動力電池連接器形式和結構是千

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       動力電池連接器亦稱作動力電池接插件、插頭和插座,一般是指連接兩個有源器件傳輸電流的器件。動力電池連接器的作用非常單純:在電路內被阻斷處或孤立不通的電路之間,架起溝通的橋梁,從而使電流流通,使電路實現預定的功能。動力電池連接器形式和結構是千變萬化的,隨著應用對象、功率、應用環境等不同,有各種不同形式的連接器。

       動力電池連接器的安全、可靠運行是保證電動汽車動力系統正常運行的核心器件,動力電池連接器是電動汽車動力系統上不可或缺的一部分,動力電池連接器安全性、可靠性、環保的是動力電池連接器設計的要點。
       動力電池器連接器的基本結構件有接觸件、絕緣體、外殼(視品種而定)、附件,而接觸件是連接器完成電連接功能的核心零件。一般由陽性接觸件和陰性接觸件組成接觸對,通過陰、陽接觸件的插合完成電連接。陽性接觸件為剛性零件,其形狀為圓柱形(圓插針)、方柱形(方插針)或扁平形(插片),陽性接觸件一般由黃銅、磷青銅制成。
 
動力電池連接器至關重要
 
       陰性接觸件是接觸對的關鍵零件,它依靠彈性結構在與插針插合時發生彈性變形而產生彈性力與陽性接觸件形成緊密接觸,完成連接。陰性接觸件的結構種類很多,有圓筒型(劈槽、縮口)、音叉型、懸臂梁型(縱向開槽)、折迭型(縱向開槽,9字形)、盒形(方插孔)以及雙曲面線簧插孔等。
 
       動力電池連接器接觸的可靠性與連接器接觸對間的接觸電阻大小有關,一般要求接觸電阻越小越好,這樣可減少接觸電阻造成的功能損耗。并且也可減少接點發熱,接點發熱太高反而增加了接觸電阻值。另外,過高的熱量如散發不好就會使金屬軟化,加快了金屬表面的氧化和磨損,使連接器的品質下降,嚴重的會使連接器塑殼軟化變形,老化等。
 
2、動力電池連接器的基本性能
 
(1)機械性能
 
       機械性能就連接功能而言,插拔力是重要地機械性能。插拔力分為插入力和拔出力(拔出力亦稱分離力),兩者的要求是不同的。在有關標準中有最大插入力和最小分離力規定,這表明,從使用角度來看,插入力要?。ù傭械筒迦肓IF和無插入力ZIF的結構),而分離力若太小,則會影響接觸的可靠性。
 
       連接器的機械壽命實際上是一種耐久性指標,在國標GB5095中把它叫作機械操作。它是以一次插入和一次拔出為一個循環,以在規定的插拔循環后連接器能否正常完成其連接功能(如接觸電阻值)作為評判依據。連接器的插拔力和機械壽命與接觸件結構(正壓力大?。┙喲ゲ課歡撇闃柿浚ɑΣ料凳┮約敖喲ゼ帕諧嘰緹齲ǘ宰級齲┯泄?。連接器接觸件的性能指標有:
 
       1)屈服強度又稱為降服強度,是材料屈服的臨界應力值。所謂屈服,是指達到一定的變形應力之后,金屬開始從彈性狀態非均勻的向彈-塑性狀態過度,它標志著宏觀塑性變形的開始。屈服強度對連接器影響:選擇越高屈服強度的金屬材料,端子的正向力越大。
 
       2)抗拉強度。當材料屈服到一定程度后,由于內部晶粒重新排列,其抵抗變形能力又重新提高,此時變形雖然發展很快,但卻只能隨著應力的提高而提高,直至應力達最大值。此后,材料抵抗變形的能力明顯降低,并在最薄弱處發生較大的塑性變形,此處試件截面迅速縮小,出現頸縮現象,直至斷裂破壞。材料受拉斷裂前的最大應力值(b點對應值)稱為強度極限或抗拉強度。
 
 
 
       3)伸長率指金屬材料受外力(拉力)作用斷裂時,伸長的長度與原來長度的百分比。
 
       4)硬度。材料局部抵抗硬物壓入其表面的能力稱為硬度。固體對外界物體入侵的局部抵抗能力,是比較各種材料軟硬的指標。因連接器所有金屬材料極薄,以維氏硬度(HV)測量。維氏硬度(HV)以120kg以內的載荷和頂角為136°的金剛石方形錐壓入器壓入材料表面,用材料壓痕凹坑的表面積除以載荷值,即為維氏硬度值(HV)。硬度是連接器選材的一個重要參數。
 
       5)R/T比。所謂R(radius)指折彎的內徑,T(thickness)指材料的厚度。如果想要成型出來的產品內徑越小,則必須選擇R/T比越小的材料。理論上來說,如果R/T比等于零,即表示此材料的折彎表現極優,即使折彎的內R=0,也不會產生裂痕,但一般材料材質證明或特性表所顯示的都是90度折彎的數據,很少會顯示180度的折彎數據。當然,我們是希望R/T比越小越好,這對電池組連接器產品的微型化還是個好處。
 
(2)電氣性能
 
       1)接觸電阻高質量的電連接器應當具有低而穩定的接觸電阻,連接器的接觸電阻從幾毫歐到數十毫歐不等。連接器所用金屬材料一般為合金材料,很少用到單一金屬材料,合金顧名思義就是有多種金屬合成的物質,表明它有多種化學元素組成,比如:
 
       ①磷青銅:由銅Cu,錫Sn,磷P,鐵Fe,鉛Pb,鋅Zn等組成,主要成分是銅。
 
       ②黃銅:由銅Cu,鐵Fe,鉛Pb,鋅Zn等組成,主要成分是銅。
 
       ③不銹鋼:由鐵Fe,鉻Cr,鎳Ni,碳C,硅Si,錳Mn,磷P,硫S,鋁Al,鈷Co,主要成分是鐵。
 
       2)絕緣電阻衡量電連接器接觸件之間和接觸件與外殼之間絕緣性能的指標,其數量級為數百兆歐至數千兆歐不等。
 
       3)抗電強度或稱耐電壓、介質耐壓,是表征連接器接觸件之間或接觸件與外殼之間耐受額定試驗電壓的能力。
 
(3)環境性能
 
       1)耐溫目前連接器的最高工作溫度為200℃(少數高溫特種連接器除外),最低溫度為-65℃。由于連接器工作時,電流在接觸點處產生熱量,導致溫升,因此一般認為工作溫度應等于環境溫度與接點溫升之和。在某些規范中,明確規定了連接器在額定工作電流下容許的最高升。
 
       2)耐濕潮氣的侵入會影響連接h絕緣性能,并銹蝕金屬零件。恒定濕熱試驗條件為相對濕度90%~95%(依據產品規范,可達98%)、溫度+40±20℃,試驗時間按產品規定,最少為96小時。交變濕熱試驗則更嚴苛。
 
       3)耐鹽霧連接器在含有潮氣和鹽分的環境中工作時,其金屬結構件、接觸件表面處理層有可能產生電化腐蝕,影響連接器的物理和電氣性能。為了評價電連接器耐受這種環境的能力,規定了鹽霧試驗。 它是將連接器懸掛在溫度受控的試驗箱內,用規定濃度的氯化鈉溶液用壓縮空氣噴出,形成鹽霧大氣,其暴露時間由產品規范規定,至少為48小時。
 
       4)振動和沖擊耐振動和沖擊是電連接器的重要性能,在特殊的應用環境中如航空和航天、鐵路和公路運輸中尤為重要,它是檢驗電連接器機械結構的堅固性和電接觸可靠性的重要指標。在有關的試驗方法中都有明確的規定。沖擊試驗中應規定峰值加速度、持續時間和沖擊脈沖波形,以及電氣連續性中斷的時間。
 
       5)其它環境性能根據使用要求,電連接器的其它環境性能還有密封性(空氣泄漏、液體壓力)、液體浸漬(對特定液體的耐惡習化能力)、低氣壓等。

3、連接器接觸對的接觸電阻
 
       連接器接觸對是指連接器的陽性接觸件和陰性接觸件相互接觸實現電連接的金屬元件,陽性接觸件和陰性接觸件在接觸區形成一個電阻,稱之為接觸電阻。接觸電阻有以下幾部分組成:
       1)集中電阻Rc。清潔的金屬表面通過施加一定的壓力(彈力)互相接觸在一起時形成的電阻Rc稱之為集中電阻,由于接觸區的接觸面積很小,電流一到接觸區相互被壓縮在一起,使電流密度增加,此對產生的電阻稱之為集中電阻。
       當兩種金屬在彈性壓力下相互接觸時,由于金屬表面并非理想的光滑表面,其表面粗糙度使得接觸區并非是面接觸,往往是一點或幾點接觸,在一定壓力作用下,高的波峰處首先被壓平,使得原來不接觸的較低波峰處也產生接觸,亦即是說,壓力越大,參與接觸的點越多。
       2)膜層電阻Rt。金屬表面由于吸附氣體或表面產生氧化或磁化或受到吸附的氧化物的污染而在表面形成一層薄膜,這種薄膜往往是電的不良導體,從而造成接觸電阻很高。這種薄膜在一定的壓力,摩擦以及一定電壓作用下碎裂,使得底層金屬互相接觸,產生隧道效應,故電阻Rt稱為隧道電阻(或稱膜層電阻)。
       膜層電阻是影響接觸電阻變大的主要因素,Rt一般占總接觸電阻的70%~80%,所以應給Rt以充分重視。為了降低膜層電阻的影響,接觸元件表面一般都要鍍復抗氧化性能強,化學穩定性好的貴金屬鍍層,以提高金屬元件的抗氧化性能。但有的貴金屬,如銀,其導電性能很好,但抗氧化和硫化性能很差,為此,幾采用鍍銀工藝的,表面最好用觸點?;ぜ鏈硪幌?,以提高抗氧化和硫化性能。
       3)金屬導體本身的體積電阻Rb。不同材料的體積電阻不同,體積電阻的大小取決于合金的金相組織結構。當材料上附加一個電場時,其自由移動的電子云在電場的作用下,加速向正極移動,移動越快,材料的導電率就越好(即電阻率越低)而合金中的“雜質”或微量元素的存在,又引起電場的不均勻度。從而擴大了電子運動的偏轉和反射量的增加。并增大了偏移量和反射量,這對材料的導電率產生了不利的影響。不同合金材料,電阻率變化很大。
 
4、影響接觸電阻的因素
 
       從使用的角度考慮,就接觸電阻本身而言,要求接觸電阻在較小的范圍內為好。雖然說明了接觸電阻小一點為好,但也不是絕對的,因影響接觸對的接觸電阻大小的因素很多,其主要受接觸件材料、正壓力、表面狀態、使用電壓和電流等因素影響。
       1)接觸件材料。電連接器技術條件對不同材質制作的同規格插配接觸件,規定了不同的接觸電阻考核指標。如小圓形快速分離耐環境電連接器總規范GJB101-86規定,直徑為1mm的插配接觸件接觸電阻,銅合金≤5mΩ,鐵合金≤15mΩ。材料的硬度及彈性性能同樣也影響到接觸電阻值。
       一種彈性較差的金屬材料,其強度極限較低,當它產生彈性變形時,儲存的變形能較小,因而產生的接觸壓力較小。但長時間使用后,容易產生機械變形,應力逐漸釋放,從而造成接觸對間的正壓力降低,使接觸性能變壞,因此要選擇彈性性能好的材料作為接觸件的彈性元件為宜。
       2)正壓力。接觸件的正壓力是指彼此接觸的表面產生并垂直于接觸表面的力。隨正壓力增加,接觸微點數量及面積也逐漸增加,同時接觸微點從彈性變形過渡到塑性變形。由于集中電阻逐漸減小,而使接觸電阻降低。接觸正壓力主要取決于接觸件的幾何形狀和材料性能。但事物往往是矛盾的對立統一,一對接觸對的接觸正壓力增加,在一定范圍內其接觸電阻會隨之降低,它基本呈二次曲線的關系。
       當接觸壓力很小時,接觸電阻會急劇增大;當壓力大到一定程度時,接觸電阻減小值很不明顯。如此時再繼續增加接觸壓力,接觸電阻幾乎不減少。這時可能造成接觸表面磨損嚴重,既破壞了表面鍍層,又由于磨損使表面變得粗糙起來,反而減少了表面接觸面積。同表面更易起化學反應,使接觸電阻增大,逐步發展下去,就可能造成接觸失效。
       3)表面狀態。接觸件表面一是由于塵埃、松香、油污等在接點表面機械附著沉積形成的較松散的表膜,這層表膜由于帶有微粒物質極易嵌藏在接觸表面的微觀凹坑處,使接觸面積縮小,接觸電阻增大,且極不穩定。二是由于物理吸附及化學吸附所形成的污染膜,對金屬表面主要是化學吸附,它是在物理吸附后伴隨電子遷移而產生的。
       故對一些高可靠性要求的產品,如航天用電連接器必須要有潔凈的裝配生產環境條件,完善的清洗工藝及必要的結構密封措施,使用單位必須要有良好的貯存和使用操作環境條件。如受環境影響也是一個重要因素,如H2S和SO2等氣體對金屬導體的影響,會使接觸表面很快生成硫化物和氧化物。如鍍銀件表面生成黑色的硫化銀的不導電物質,將極大地增大接觸電阻值。
       4)使用電壓。使用電壓達到一定閾值,會使接觸件膜層被擊穿,而使接觸電阻迅速下降。但由于熱效應加速了膜層附近區域的化學反應,對膜層有一定的修復作用。于是阻值呈現非線性。在閾值電壓附近,電壓降的微小波動會引起電流可能二十倍或幾十倍范圍內變化。使接觸電阻發生很大變化,不了解這種非線性變化,就會在測試和使用接觸件時產生錯誤。
       5)電流。當電流超過一定值時,接觸件界面微小點處通電后產生的焦耳熱作用而使金屬軟化或熔化,會對集中電阻產生影響,隨之降低接觸電阻。

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