當前汽車連接器標準非常多,從較早的國際標準ISO8092、SAE標準USCAR-2,到目前中國最新修訂的行業標準QC/T1067-2017(替代QC/T-417)。同時很多的汽車企業也定義了屬于自己企業的連接器標準,如大眾公司的VW75174、通用的GMW-3191等。標準非常多,同時不同標準之間有很多相似點,又包含一定的差異,我們選取國際、國內通用性最廣的3個標準USCAR-2-6、QC/T1067-2017、GMW3191-2012來進行分析。連接器標準對使用環境的定義對于一款連接器,在研發之初都會在其規格書中定義出該連接器的使用環境溫度、載流能力、防護等級、抗振等級等規格參數,連接器選型工程師需要了解到不同的使用環境對連接器的不同要求,這一點在目前的使用標準中也有很詳細的定義。QC/T-1067的標準定義見表1~表3,GMW-3191的標準定義見表4~表6,USCAR-2的標準定義見表7~表9。
從以上標準的定義中,清晰了解到目前對連接器防護等級根據不同的使用位置三大標準的定義是一致的,分別定義了S1不密封區域、S2密封區域、S3高壓水噴射區域。在溫度等級的定義中我們發現,三大標準根據連接器使用位置的不同,把使用溫度劃分為了5個等級;在振動等級的定義中,通過對比標準的詳細振動頻率、功率譜密度(PSD),得知在QC/T-1067與USCAR-2,其定義的振動等級V3/V4/V5分別與GMW-3191中的等級2/4/3對應并等同。同時在GMW-3191中定義了變速器連接器振動等級及適用參數,這在USCAR-2、QC/T-1067中沒有定義,但是在USCAR-2、QC/T-1067中定義了安裝在與發動機相連但不與劇烈振動部件相連的連接器振動等級及適用參數,這個在GMW3191中沒有定義。
關于振動實驗,我們主要驗證的是連接器系統在模擬實際車載振動條件下的性能是否滿足要求,因為在振動或者振動沖擊情況下,會引起端子接觸面的鍍層磨損、正壓力衰減、支撐塑料材料的機械性能失效等,所以需要在振動實驗中連續監控接觸電阻并保證線路中接觸電阻超過7Ω(或者1Ω)的時間不能超過1微秒。
連接器標準對機械性能的定義目前在USCAR-2定義了連接器機械性能18項、QC/T1067定義了連接器機械性能20項、GMW-3191定義了連接器機械性能21項。通過3個標準的機械性能對比,我們了解到目前連接器標準中機械性能主要集中在以下幾點:端子本身的抗彎強度;端子與端子之間的插拔力;端子與連接器之間的插入力、保持力、止推力、極化實驗;連接器與連接器之間的插入力、分離力、解鎖力、極化實驗;連接器端子二次鎖(TPA)裝配力、保持力;連接器二次鎖止結構(CPA)裝配力、保持力;連接器助力結構機械強度;連接器固定結構機械強度;密封圈的保持力;板端插針保持力。
連接器標準對電性能的定義在目前的標準中,定義的連接器電性能主要是端子之間的微電流接觸電阻、電壓降性能;連接器本身的絕緣電阻、絕緣介電強度,這些性能主要在后期的連接器環境性能中配合著組合實驗一并驗證。同時對于端子本身性能優缺點,標準中還分別定義有最大載流能力與1008h電流循環性能,該性能將作為端子耐久性能的重要參考依據,分別要求如下。
連接器端子接觸電阻與電壓降在標準中的定義(表15)通過標準對比,我們發現在三大標準中對電壓降的要求,無論哪種規格的連接器端子都要求插頭、插座之間通過有效接觸后,電壓降不超過50mV;但是對于接觸電阻,QC/T-1067與USCAR-2基本保持一致。
連接器標準對絕緣電阻、介電強度的定義絕緣電阻是為了保證在連接器里面相鄰的2個端子之間有一定的電絕緣性,絕緣介電強度是為了驗證連接器本身的電氣絕緣性能。在這2個性能上,3個標準的要求一致(US-CAR-2無絕緣介電強度要求):①絕緣電阻:在500V電壓,相鄰端子之間絕緣電阻≥100MΩ;②絕緣介電強度:在交流1000V、直流1600V電壓下,持續1min相鄰端子之間以及端子與連接器塑料外殼之間不能有介質斷裂或擊穿現象,電流泄露≤1mA。連接器標準對最大載流能力及1008h的定義最大載流能力測試,是為了驗證單對端子在一定溫度下,在不超過最大溫升與最大接觸電阻的前提下,所能承載的最大電流。1008h電流循環是端子的加速老化試驗,通過1008次最大電流加熱與零電流冷卻循環,驗證插頭端子與插座端子接觸面、端子尾部與導線壓接處經過熱脹冷縮循環、氧化、應力松弛等環境作用下后整體的溫升、接觸電阻是否滿足性能要求。對于這2項驗證實驗,國標QC/T-1067與USCAR-2基本保持一致,GMW-3191的要求與該2個標準有一定的差異。1)國標QC/T-1067與USCAR-2在定義最大載流能力時,明確提出在通電流過程中,當電流使端子對達到接觸電阻最大值或者溫升達到55℃時,記錄此處電流,并乘以90%就是此端子的最大載流,但是在GMW-3191中明確指出需要繪制相關端子對的降額曲線,如圖3所示。同時,所測最大電流需要乘以80%作為降額曲線中的電流參考值,在降額曲線中的邊界條件分別為導線最大對應條件下的最大承載電流與端子使用的極限溫度。
圖3
2)1008h電流循環實驗中,三大標準都提出實驗過程中端子接觸電阻不能超過規定值,但是QC/T-1067、USCAR-2同時提出循環過程中,端子溫升不能超過55℃,GMW-3191中則指出,電流循環過程中測量溫度(環境溫度+溫升)不能超過端子與導線使用極限溫度。對于這2個檢測項目,我們還應該了解到該實驗得出的最大載流能力曲線,不能作為連接器在汽車上的實際使用數值,只能作為參考數據,同時可以作為同類型端子之間的性能對比數據。因為汽車在正常選擇連接器以及定義pin角電流時需要考慮到如下影響因素:①在連接器中的單個端子的溫升會受到周圍排布的端子電流、溫升影響,所以大電流端子盡量排布在連接器外圍,對角排布最佳;②端子的載流能力與適配的線徑有直接關系,若需要比較大的載流能力,一定要選擇合適的最大線徑;③環境溫度對端子的載流能力有非常大的影響,例如同種端子運用在發動機艙與底盤,承載的最大載流會有很大的區別;④相同條件下,密封連接器中端子的溫升要高于同系列端子在非密封連接器中的溫升;⑤對于線對用電器端(LinetoDevice)形式連接器,端子的溫升與用電器端的發熱、散熱情況相關,例如經常會在鼓風機的調速模快中增加散熱片,這會增加端子的載流能力。連接器標準對重載測試的定義重載測試是為了檢測連接器在高溫環境下的載流能力,這個檢測標準目前在國標QC/T-1067、USCAR-2中都沒有定義,但是在GMW-3191中有詳細定義。這個實驗是需要端子與連接器裝配后一起在經過5h高溫通電與2h低溫斷電的循環實驗(共5次)中,驗證相應端子的溫升與接觸電阻,這個實驗對于運用在高溫環境(發動機、變速器)等是個不錯的驗證檢測項目。連接器標準對環境性能的定義從目前的標準中,分析發現連接器的環境實驗都是結合機械性能實驗、電氣性能實驗來一起驗證的組合實驗,其中比較重要的環境試驗項目包括老化實驗、溫濕度循環實驗、溫度沖擊實驗(溫度快速變化實驗)、鹽霧實驗,同時針對防水連接器還有耐化學試液、水密性、氣密性、高壓水噴射等實驗檢測項目,如下將以防水連接器的經典組合實驗就各標準的要求差異進行分析。連接器熱老化組合實驗高溫老化測試,是為了驗證連接器總成中端子的金屬材質、連接器的塑料材質、密封圈的橡膠材質在經過1008h最大工作溫度后,相應的變化對連接器密封性能、電氣性能、機械性能的影響,特別是密封圈的壓縮永久變形與端子的懸臂梁的塑性變形對連接器關鍵性能的影響。表17是熱老化組合實驗在不同標準中的實驗順序對比。
連接器標準對環境性能的定義連接器標準對耐化學試劑的定義耐化學測試,是為了試驗評估密封連接器總成在浸入車輛內和周圍常見的各種液體中時的密封性能和材料兼容性是否滿足要求,表18是耐化學性組合實驗在不同標準中的實驗順序對比。
連接器標準對耐熱實驗的定義耐熱沖擊測試:大家都知道,一般的車載連接器總成由多種材料組織,殼體由塑料材料PBT、PA66及增強材料制造而成;端子等導電部件一般選用黃銅、青銅、銅合金制造而成;密封圈選用硅橡膠制造而成。這些材料在經過溫度的高低變化后因為熱脹冷縮會有相應膨脹與收縮,在端子的接觸表面會形成磨損與微動,通過溫度快速變化實驗模擬車載條件就是為了驗證經過這種溫度沖擊試驗后,產品的變化會不會導致連接器總成功能失效。詳細的耐熱沖擊組合實驗在不同標準中的實驗順序對比見表19。連接器測試低壓大電流電源拓沃得TDC2000系列,請聯系客服。
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