高壓線束是電動汽車高壓電氣系統的關鍵部件,線束電纜和端子的連線質量對高壓電氣系統的安全可靠執行有重要影響。 目前,高壓線束電纜與端子之間的連線方式主要有三種:焊接、壓接和機械連線。 超聲波焊接可以獲得更低的電阻和更高的粘接力,與傳統焊接方式相比具有優勢,近年來在汽車工業中得到了廣泛的應用。 因此,開發電動汽車高壓線束超聲波焊接工藝具有重要意義。
c.y.Kong等對鋁合金的超聲波縫焊和焊接接頭相關領域進行了研究,並通過剪下試驗和剝離試驗判斷了焊接接頭的結合效能。 結果表明:增加焊接壓力和振幅可以提高焊接接頭的強度,降低焊接速度表明彈塑性變形增加,焊接操作時接頭的強度主要與微結點有關。 j.Tsujino等人採用橫向振動和扭轉復合的超聲波縫焊裝置,發現當超聲波頻率為27 kHz時,焊頭的橫向振動幅值大於扭轉幅值,焊接軌跡為橢圓形。 楊勝文等推導了銅片銅管超聲波焊接接頭的區域溫度公式,並通過測量焊接區域溫度分析了溫度偏差的原因。
本文通過實驗研究分析了超聲波焊接和壓接的連線質量,為線束連線方式的選擇提供了參考。
高壓線束的主要效能要求1)電壓降:高壓線束壓接時,導體壓接處的電壓降應符合表1的要求。
2)連線強度:端子與線束電纜的連線應牢固,其最小抗拉值應符合表2的規定。
高壓線束連線常用的高壓線束連線方法有兩種,即壓接連線和焊接連線,這兩種連線方法各有優缺點,闡述如下。
2.1 壓接連線
壓接是利用工具或裝置使聯結器變形,通過壓力將其壓在電線上,使聯結器的端子與電線形成機械連線,使其具有良好的機械和電氣效能。 目前已知的汽車線束連線方式有3種,但國外線束電纜和插入式端子基本都是壓接連線,這種工藝技術已經非常成熟和穩定,適合大批量的實際生產。
壓接的優點:連線可靠,生產效率高,能適應自動化生產;連線過程不需要焊料和助焊劑,克服了焊接部位清洗困難、焊接表面易氧化的缺點同時,壓接工藝對環境要求低,操作簡單,不易造成故障。 但其缺點也比較明顯,壓接後仍存在導線接觸不完全的情況,在長期執行過程中,接觸電阻增大,最終導致接頭容易發熱,功率損耗加劇,影響電路的安全性。
通過對相關文獻的分析和總結,對壓接質量影響較大的工藝引數很多,主要集中在端子結構、壓接方式、壓接高度和壓接長度上。 其中,壓接高度在壓接連線中起著至關重要的作用。 壓接端子的機械效能會隨著壓接高度的降低而增加,但在超過一定閾值後,機械效能會迅速下降壓接端子的電效能會隨著壓接高度的降低而先增加,然後趨於水平,最後逐漸降低。 因此,有必要確定合適的壓接高度,以保證最佳的機械和電氣效能。
2.2 焊接連線
由於傳統的焊接工藝已經難以滿足發展需要,超聲波焊接工藝已逐步應用於電動汽車高壓線束的焊接。 超聲波焊接工藝的優點是:焊接範圍更廣,不僅適用於同一材料,也適用於不同效能的不同材料之間的焊接,完成快速成型的效果焊接強度更高,使用超聲波焊接不需要對焊樣進行外部加熱,因此不會因試樣受熱而產生殘餘應力,同時獲得更高的焊接強度,更好的穩定性和抗疲勞性焊接效率更高,超聲波焊接不需要焊條,無需冷卻操作,點焊、連續焊接等操作均可快速完成,節省更多耗電量它更安全、更環保,超聲波焊接不需要額外的助焊劑,不會汙染焊件結構,最大程度保證焊件的完整性。
超聲波焊接也有缺點:隨著被焊工件厚度和硬度的增加,焊接難度急劇增加,所需的焊接功率更高,間接提高了大功率超聲波焊接機的製造難度和製造成本超聲波焊接工件具有寬闊的展開表面,因此很難將它們安裝在狹窄的位置。
超聲波焊接的工藝引數很多,主要包括焊接時間、焊接壓力、焊接振幅等。 根據相關文獻,焊件的力學效能通常隨著焊接引數的增加而先增加後降低。
連線質量分析3.1 焊接和壓接測試
試驗設定:選用35mm2銅電纜和銅端子,分別進行5組超聲波焊接試驗和壓接試驗。 超聲波焊接工藝的焊接高度為30mm,寬 132mm;壓接工藝的壓接方式為六角形閉合端子,壓接高度為94mm。超聲波焊接工藝和壓接工藝的橫截面圖如圖1所示。
3.2 測量方法
測量方法:按QC T 29106-2014《汽車線束技術條件》中規定的方法進行測試,如圖2所示,測試電流為80A。
導體壓接區的壓降根據公式(1)計算。
uab=uac-ucd (1)
式中:UAB———導體壓接區的壓降;UAC ———測量 A 點和 C 點之間的壓降UCD ———測量點 C 和 D 之間的電壓降。
3.3 測量結果
表3顯示了兩種連線方式的效能測試資料,如連線強度、連線電阻和壓降。 試驗結果表明,超聲波焊接工藝和壓接工藝的連線質量均能滿足高壓線束的標準要求。 與壓接工藝相比,超聲波焊接工藝具有更高的連線強度,更低的連線電阻和壓降,以及更好的連線質量。
結論線束電纜和端子的連線質量作為電動汽車高壓電氣系統的關鍵部件,對高壓電氣系統的安全可靠執行有著非常重要的影響。 本文通過實驗研究了電動汽車高壓線束兩種不同連線方式的連線質量,對比分析了超聲波焊接和壓接工藝的連線強度、連線電阻和壓降。 試驗結果表明,與壓接工藝相比,超聲波焊接工藝具有更高的連線強度、更低的連線電阻和壓降,可實現更可靠的機械和電氣連線,有利於降低連線區域的工作溫公升,從而保證高壓線束的可靠性。