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发布时间:2020-03-27

 汽车铝电缆端子连接技术的介绍

深圳阿尔泰克轻合金技术有限公司 

关键词:汽车,铝电缆,端子连接,超声波焊接,焊料覆盖,接触电阻

轻质铝材料作为汽车用铝电缆的导体,已经得到了应用,并持续吸引人们的关注。但是,在汽车电缆中采用铝的情况下,从电缆导体与端子之间的接触电阻的观点出发,端子连接技术的建立很重要。在本文中,我们将介绍不同电缆直径的端子连接技术,长期可靠性以及使用该连接技术的电池电缆导体的性能。

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1.     前言

       近年来,汽车工业发展迅速,因此,为了更好的保护环境,如节能和减排,需要对汽车进行轻量化设计。但是,汽车电子技术的日益成熟导致使用的电路数量增加,从而导致线束扩大和重量增加。在这种背景下,对于线束系统的控制线,也正在研究通过减小导体的直径来减轻重量,列如铜锌合金,铜锡合金等,线径小至0.13。另一方面,在电源线中,由于使用的电流量大,无法减小导体的直径。因此,采用轻质铝导体替代了铜导体。在同等载流量下,铝线可以减轻35%的重量。但是,由于铝表面存在牢固的氧化膜,如果采用类似于铜电线的连接方法,则铝电线导体与端子之间的接触电阻将随着时间而增加,从而引起局部发热等。因此,必须采用适用于铝线的端子连接技术。我们介绍了与铝线尺寸匹配的高度可靠的端子连接技术以及应用该连接技术的电池电缆导体的性能。

2.     铝电池电缆

表1示出了铝电池电缆的结构的示例。 这些分别对应于当前铜电池电缆的15 mm2、20 mm2和30 mm2的导体电阻。

表1 铝电池电缆结构(示例)

规格

导体

绝缘壁厚 (mm)

电缆外径 (mm)

结构

外径

22mm2

27/1.0

6.2

1.1

8.4

38mm2

48/1.0

8.2

1.4

11

50mm2

61/1.0

9.0

1.6

12.2

 

3.     端子连接技术

      为了解决铝线导体和端子之间的接触电阻增加的难题,必须在端子连接时除去铝表面上的氧化膜,并且在使用过程中不要产生氧化膜。 下面介绍我们应用的终端连接技术。

3.1      超声波焊接法

       防止表面上的氧化膜的形成和增加的方法,通过超声波焊接结合可以有效消除铝线和端子之间的界面氧化膜。超声波焊接是一种常用的焊接方法,其中,待焊接的物体相互对接,并且在向物体施加压力的同时施加超声波振动,以使待焊接物体的接合界面产生相对振动。该方法的特点是不会改变焊接材料的特性,因为它不会熔化材料(在熔点以下结合)。而且,焊接面的结合强度优于材料本身。

       图1示出了通过超声波焊接的端子连接的示意图。 剥去电线末端后,将其平放在弯曲成U形的端子表面,然后通过超声波焊头将压力和超声波振动施加到电线导体上。  

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                     图1.  超声波焊接的端子连接示意图

另外,超声波焊接同样适合于外径较小的电线。同时,即使用于表1中的电缆规格,焊接时间非常短。

3.2      利用超声波振动的焊料涂覆方法

表面涂覆处理是一种有效的防止铝表层氧化膜增加的方法是有效的,包括了锌酸盐处理,电镀,焊料涂覆等。 然而,任何方法都需要使用化学药品以去除坚固的氧化膜,这不仅损害工作环境,增加废液处理成本,而且可能使长期稳定性受到影响。

因此,我们建立了一种在不使用化学药品(助焊剂)的情况下,通过使用超声波振动,用焊料在铝表面覆盖的方法。

图2示出了焊料涂覆方法的示意图。

       将超声波振动施加到放置在焊锡槽中的隔膜上,并使导线末端的侧面或末端与隔膜接触。 铝表面上的氧化膜被破坏,并形成焊料层。 所使用的焊料是用于铝的无铅焊料。

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                           图2. 超声波振动焊接示意图

使用上述方法,通过压接在端子部上涂有焊料的电线来进行端子连接。 在这种压接中,取决于压接形状,焊料发生裂纹或剥离,并且接触电阻增加。 因此,很难损坏焊料和导体。

我们采用如图3所示的卷曲形状,该形状可以尽可能地保持圆形。

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                           图3. 压接部位的截面(采用压接形状)

        由于该方法可以不受导线尺寸的影响而应用,因此对于外径较大的导线(如表1中所示的38 mm 2和50 mm 2)有效。

4.     铝电池电缆的性能

下面显示了通过超声波焊接连接的22 mm2导线和通过焊料涂层连接的38 mm2导线的各种评估结果。

4.1       端子粘力

        图4示出了测量每个样品的端子粘附力的结果。

        在两种情况下,都获得了与常规铜线相同的端子固定强度,确认可以确保足够的强度。

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                                                                                   图4.  样品的端子附着力测量结果

                  4.2       耐热试验

    图5显示了在120°C加热1000小时后每个样品的接触电阻测量结果。

         在所有样品中,在1000℃120小时后,接触电阻均未观察到与初始值相比的显着增加。该连接方法能够抑制铝表面上的氧化膜的生长。

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                                    图5. 样品的耐热性试验后的接触电阻测量结果
 
           4.3       振动试验

          对于每个样品,通过以2到30 G的加速度上下左右振动来测量接触电阻。 结果示于图6,但振动试验后接触电阻没有增加。 振动测试后,样品未显示导体断开。

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                           图6. 振动试验后的接触电阻的测定结果 

          4.4       防水性

     通常,铝导体和端子由不同的材料制成,从而加速了不同金属的腐蚀。 在这种情况下,产生异种金属腐蚀,最终损坏导体。 由于水分的影响,异种金属的接触腐蚀一直存在,因此端子连接部的防水性是必不可少的。

 因此,为了使端子连接防水,端子部分装了收缩管,并且在盐雾中通电循环重复了2500次。 为了使条件更严峻,将该样品浸入汽油中1小时后进行防水测试。 结果示于图7,但是观察到测试后接触电阻没有明显增加。

 

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 5. 结论

     我们介绍了将铝线应用于汽车电线时必不可少的两种端子连接技术,并开发了具有长期可靠性的用于车辆的铝线。 根据不同导体尺寸选择这些技术,可以制造出可靠汽车电线。 在线同等载流下,与传统的铜线相比,使用铝线可以使重量减轻35%。 我们希望这种铝线不仅可以减轻汽车的重量,而且可以促进节能减排等环境保护。

 

文件引用

      三菱電線工業時報  第 103号