浅析车用电线束插接器的选用

2013-07-19王武军

汽车电器 2013年2期

王武军

（河南天海电器有限公司，河南鹤壁 458030）

汽车电线束是对汽车进行电信号控制的载体，有汽车神经之称。而车用电线束插接器［1］用于汽车电路各连接点的连接，是连接汽车电气线路的重要元件，其品质好坏，直接影响电力或信号的传递。目前，在新车型的研发时，线束开发过程所用到的插接器，绝大部分是从插接器生产企业的成熟产品中进行选择，这既可以缩短开发周期，又可以减少开发风险，因此，选择合适的插接器，对保证汽车线路可靠性具有重要意义。

插接器的基本性能可分为：电气性能、机械性能、环境性能。根据插接器的基本性能，可将插接器选用应考虑的问题分为电气性能、环境性能、机械性能3个方面。本文根据作者多年进行插接器研发和推广的经验，从这3个方面对插接器的选用进行分析。

1 电气性能

插接器是连接汽车电气线路的基本元件，因此，插接器自身的电气参数是选择插接器时首先要考虑的问题。

1.1 额定电压

额定电压又称工作电压，插接器的额定电压取决于插接器所使用的绝缘体材料、导电端子间的间距等。一般来说，插接器在低于额定电压下都能正常工作。

插接器生产商提供的额定电压是指插接器的最高工作电压。对于低压插接器，生产商提供的电压一般为50 V，可满足低压电线束插接器常用电压12V和24V的情况。对于新能源车上使用的一些高压插接器，要求额定电压可达到600 V，常见的低压插接器无法满足其电压要求，因此，插接器选用时，应首先确定额定电压范围。

1.2 额定电流

额定电流又称工作电流，同额定电压一样，插接器在低于额定电流下都能正常工作。在插接器的设计中是通过对插接器的耐热性能设计来满足插接器额定电流要求的。当插接器有电流通过时，由于导电端子的导体电阻和导电端子接触对间的接触电阻的存在，导电端子将会发热，当发热超过一定限度时，将破坏插接器绝缘，并形成端子接触对间表面镀层的软化，从而造成电气线路的故障。额定电流取决于插接器端子材料、端子截面尺寸、端子镀层、端子正向力、使用导线截面积等，设计标准是控制插接器的温升不超过设计的规定值。

由于客户要求，国内较大的插接器供应商会在产品手册上提供插接器的额定电流，该额定电流是指插接器在常温下的最高工作电流。对于高温工作环境和插接器多孔的情况，不能简单地根据插接器供应商提供的额定电流来选择插接器。对于高温工作环境，实际选用时，应根据插接器的温度－电流曲线确定符合插接器工作环境温度且符合所要求的工作电流的插接器。对于多孔插接器，特别是对于大电流的情况，实际选用时，应根据插接器的孔数进行降额使用。汽车行业标准规定的降额折算系数见表1。

表1 额定电流降额折算系数

1.3 接触电阻

插接器的接触电阻是指一对连接的插接器导电端子接触对之间的电阻，包括导电端子接触部分的附加电阻和导电端子的导体电阻。与导电端子接触部分的附加电阻相比，通常导电端子的导体电阻较小，因此，一般把包括导电端子的导体电阻和导电端子接触部分的附加电阻，称作接触电阻。对于小信号电路，插接器的选用应考虑所给的接触电阻的测试条件。一般接触电阻的测试条件分低电平接触电阻和电压降换算接触电阻。由于相互接触的导电端子接触表面易附着氧化层及其它污染物（使用环境恶劣时更易出现此情况），此附着层对接触电阻有非常大的影响，情况严重时可使接触电阻大到足以使电路不能正常导通。而大电流的情况下，此附着层会发生击穿，使接触电阻降低到正常水平。因此，对于小信号电路应考虑低电平接触电阻的测试条件测得的接触电阻。对于那些正常锡镀层端子不能满足的小信号电路插接器，可考虑使用贵金属镀层（如银镀层或金镀层）来解决。

1.4 绝缘性能

反映插接器绝缘性能的参数有绝缘电阻和绝缘介电强度。其影响因素有绝缘体材料、环境温度及湿度、表面污损、爬电距离等。对于国内正规的插接器生产商所生产的低压电线束插接器，此项指标一般均可满足要求。

2 环境性能

由于汽车用插接器使用环境的特殊性，插接器受温度、湿度、化学试液、灰尘等环境因素的影响较大，而汽车上使用插接器的部位又非常广泛，用在不同部位的插接器所处的环境差别往往很大，因此，根据汽车使用插接器的部位的环境情况选择插接器，对插接器的正确选用有非常重要的意义。

2.1 环境温度

根据插接器在汽车上使用位置的不同，汽车行业的插接器标准将插接器环境和试验温度分为5个等级（见表2）。因此，在插接器选用时，应根据插接器在汽车上的使用位置，确定插接器的环境温度等级，根据环境温度等级，选择合适的插接器。

插接器一般由用于电路导通的导电端子和用于固定端子的护套组成。一般根据端子和护套的材料确定插接器适合的环境温度等级。对于护套来说，常用材料有PBT、尼龙、 PP、ABS等［2］。纯PBT和纯尼龙所适合的环境温度一般在85℃以下，而经过改性处理的PBT和尼龙材料适合的环境温度可达到155℃以上。改性PP适合的环境温度一般也在110℃以上。ABS适合的环境温度较低，一般用于环境温度最低的等级。对于端子来说，常用材料黄铜、锡磷青铜、铍青铜等，一般来说，黄铜和锡磷青铜适合的环境温度在100℃以下，铍青铜适合的环境温度在125℃以上，而合适的表面处理可使端子材料适合的环境温度提高一个等级。

表2 插接器的环境和试验温度等级 ℃

对于发动机舱等温度较高的工作环境，一般建议选用护套的材料为改性PBT或改性尼龙，选用端子材料为黄铜或锡磷青铜时应进行表面镀锡处理，对于接近发动机的高温度区，则建议选用端子的材料为铍青铜。

2.2 环境湿度

插接器使用环境的相对湿度是插接器选用的一项重要因素。潮湿环境引起水蒸气在绝缘体表面的吸收和扩散，容易使绝缘电阻降低，当环境湿度大于80%时非常容易引起绝缘体的击穿。潮湿的环境也容易加速导电端子的表面氧化，使导电端子的接触电阻升高，严重时绝缘电阻升高引起的发热将使绝缘体熔化，并进而导致电路信号中断。因此，在汽车上相对湿度较大的位置，应考虑选用密封型插接器，这样既可以保护导电端子受潮湿环境的影响降低，又可以使绝缘体与端子配合的腔体内部表面避免水蒸气的吸收和扩散，降低绝缘体发生击穿的风险。

2.3 防水和防尘要求

汽车上不同部位的插接器，由于空气相对湿度和水干扰等级的不同，防水等级也不一样。对于发动机舱、底盘与发动机下部、行李厢底部靠近底盘部位、座椅及门底部靠近底盘部分等部位，一般应按能直接被水浸泡或受水飞溅的防水等级考虑，驾驶室内部、行李厢上部、门及座椅上部等部位，可考虑使用非防水插接器。

插接器的防尘性能选用时可参照防水性能。一般随着防水等级的提高，其防尘性能也相应提高。

2.4 环境腐蚀

插接器选用时应根据插接器使用的不同腐蚀环境，选用符合使用条件的插接器。对护套来说，不同的材料对化学腐蚀的抵抗能力不同，例如，PP材料抵抗一般化学试剂腐蚀能力较强。而对导电端子来说，腐蚀环境的影响主要考虑选用合适的镀层，例如，SO2浓度高的环境下不宜使用镀银的导电端子。

2.5 振动、冲击、碰撞

主要考虑插接器在规定频率和加速度的条件下振动、冲击、碰撞时的信号连续性。一般汽车插接器的此项指标包括2个方面：①根据插接器在汽车上的使用位置定义试验的频率和加速度；②根据插接器实际工作时的环境温度定义试验的环境温度等级。合格的插接器应在选定的环境温度等级和选定的频率、加速度试验时，接触电阻连续大于7 Ω的时间小于1μs。对于高冲击和高振动区域的插接器应考虑使用贵金属表面镀层的插接器端子。

3 机械性能

插接器的机械性能主要是为了满足安装和维修的需要。

3.1 插拔力

插接器的插拔力是指装满导电端子的公护套和母护套连接和分离所需的力。插接器插拔力的主要影响因素是导电端子的插拔力和插接器的极数，因此，插接器的插拔力对接触性能有较大影响。理论上要求插拔力越小越好，但过小的插拔力会造成插接器导电端子间接触性能的降低，一般插接器的设计和生产时是在寻求满足电性能要求的前提下的最小插拔力。

插接器插拔力的可接受值和安装条件有关，一般汽车用插接器最大插拔力不应超过75N（对于防水型插接器，此力应包括防水附件与主体的过盈量产生的附加力）［3］，当插接器的极数较多而无法满足插拔力要求时，应考虑使用助力结构而减小安装或拆卸难度。

3.2 机械寿命

插接器的机械寿命是指插拔的寿命。汽车插接器和一般电插接器的机械寿命要求有较大区别［4］，一般电插接器的机械寿命通常规定为500到1000次，而汽车插接器通常只规定满足10次插拔后装配性能和电性能的正常。特殊情况下，导电端子表面镀银时，可满足30次插拔后装配性能和电性能的正常，表面镀金时可满足100次插拔后装配性能和电性能的正常。

3.3 端子和护套的配合和分离

插接器端子和护套在线束生产过程中被完成装配，此装配一般是人工装配，这就要求端子装入护套的装配力不能超过人工装配可接受的程度。一般规定：当端子压接线径大于1 mm2时，装配力应小于30N；当端子压接线径小于1mm2时，装配力应小于15N。整个装配过程应能保证电线不出现弯曲的情况。

从线束的生产到汽车的生产和使用过程中，由于装配完成的插接器会受到某个方向的力的作用，而该力的作用可能使装配完成的插接器端子从护套中脱落，所以，插接器端子从护套中分离所需的力应足以保证在正常使用情况下端子不能够从护套中分离出来。一般规定，对于2.8以下规格的插接器，端子从护套中分离所需的力应大于40N，对于2.8以上规格的插接器，端子从护套中分离所需的力应大于60N。