基于電壓降探測法預防線束高溫問題的研究

陳偉　韓見強　范利?！《∷?/p>

【摘? 要】以新能源汽車充電線束作為研究對象，通過測試發(fā)現(xiàn)功率端子壓接區(qū)域電壓降過高是導致線束溫升高的主要原因之一。提出應在線束生產(chǎn)過程中對電壓降進行監(jiān)測，從而預防因電壓降不合格導致的線束溫升高的問題。提出使用更加便捷的直接測試法代替QC/T 29106—2014推薦的間接測試法對電壓降進行測試，并建立了電壓降評價體系，依靠對電壓降的動態(tài)監(jiān)測實現(xiàn)對端子壓接品質(zhì)的反饋調(diào)節(jié)。

【關(guān)鍵詞】電壓降；測試；預防；線束；高溫

中圖分類號：U463.62? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1003-8639（ 2023 ）06-0028-05

Research on Preventing High Temperature of Wire Harness Based on Voltage Drop Detected Method

CHEN Wei，HAN Jian-qiang，F(xiàn)AN Li-hai，DING Shuang

（AVIC Jonhon Optronic Technology Co.，Ltd.，Luoyang 471003，China）

【Abstract】Taking the charging harness of electrical vehicle as the research object，it was found that the exceeded voltage drop in the crimping area of the power terminal is one of the main reasons for high temperature rise of the wire harness. It was proposed that the voltage drop should be monitored during the production process which can prevent the temperature rise of the wire harness caused by the unqualified voltage drop. The direct test method was proposed to test voltage drop which is more convenient than indirect test method recommended by QC/T 29106—2014. The voltage drop evaluation system also be established，which can realize the feedback regulation to crimping quality according to the dynamic monitoring of voltage drop.

【Key words】voltage drop；test；prevent；wire harness；high temperature

新能源汽車線束是汽車電路系統(tǒng)的重要組成部分，當線束通電流時，會因端子導線壓接電阻、連接器接觸電阻以及導體自身電阻等多種電阻的存在而產(chǎn)生熱量，造成線束升溫。當溫升超過規(guī)定上限時，會威脅汽車行駛安全[1]，如圖1所示。

線束的主要發(fā)熱量根據(jù)式（1）得出：

式中：I——導線電流計算值；R_壓接——端子導線壓接電阻；R_接觸——連接器接觸電阻；R_導體——端子及導線導體電阻；t——導線通電時間。

端子與導線的連接一般采用壓接技術(shù)，通過在端子與導線的接觸區(qū)域施加壓力使其產(chǎn)生相應的形變，實現(xiàn)可靠的電氣和機械連接[2]，因而端子導線的壓接電阻R壓接與線束生產(chǎn)過程密切相關(guān)[3]。如何在生產(chǎn)過程中實現(xiàn)對端子導線壓接電阻的管控，對于預防線束特別是高壓線束出現(xiàn)批次性溫升過高的問題有著重要的意義[4]。

1? 研究背景

本文以某交流充電線束作為研究對象，該線束L和N功率線路分別連接32A交流充電插座功率端子和OT型端子，使用6mm2導線，如圖2所示。該線束在充電過程中有6條線束被監(jiān)測到出現(xiàn)溫升過高的問題，本文對上述交流充電線束和與其對插充電的交流充電槍進行相關(guān)測試，研究分析溫升過高的原因。

2? 測試分析

2.1? 線束溫升及電壓降數(shù)據(jù)測試

本文使用直流電源、熱電偶、封閉箱及溫度采集器經(jīng)過多組溫升測試（圖3），發(fā)現(xiàn)2條交流充電線束最大溫升分別為66.5℃、68.6℃，超過標準GB/T 37133—2018規(guī)定的55℃的最大溫升上限[5]；另外4條交流充電線束測試時未發(fā)現(xiàn)溫升超限異常。同時對2條32A交流充電槍進行測試，最大溫升分別為55.2℃、55.8℃，均超過55℃的最大溫升上限。上述溫升測試具體測試數(shù)據(jù)如表1所示。

進一步對溫升過高的交流充電線束和充電槍L和N功率孔位的端子壓接區(qū)的電壓降進行了測試，如表1所示，溫升大于55℃的功率端子與導線壓接區(qū)的電壓降均超過標準QC/T 29106—2014規(guī)定的20mV上限。QC/T 29106—2014《汽車電線束技術(shù)條件》是中國汽車線束行業(yè)現(xiàn)行的主要標準之一[6]。

同時，使用與上述被測試的交流充電線束同樣的壓接參數(shù)壓接了5條32A插座功率端子樣線，分別進行了電壓降和溫升測試，測試數(shù)據(jù)顯示電壓降和溫升均未超標，具體測試數(shù)據(jù)如表2所示。

2.2? 溫升及電壓降數(shù)據(jù)分析

通過分析表1和表2共21組端子導線壓接區(qū)的溫升及電壓降測試數(shù)據(jù)可得出以下3條結(jié)論。

結(jié)論1：表1中充電線束1的L孔位和充電線束3的N孔位最大溫升均超過55℃最大溫升，而其端子壓接區(qū)的電壓降也均超過標準QC/T 29106—2014上限20mV，且均為同一天同一批次生產(chǎn)的產(chǎn)品。

結(jié)論2：表1中其余12個孔位端子壓接區(qū)的電壓降均未超過標準規(guī)定上限，而其最大溫升也未超過標準規(guī)定上限。

結(jié)論3：表2中5條32A插座功率端子樣線端子壓接區(qū)的電壓降均未超過標準規(guī)定上限，而其最大溫升也未超過標準規(guī)定上限。

在后續(xù)生產(chǎn)中，多組測試數(shù)據(jù)表明，一旦端子導線壓接區(qū)電壓降超過標準規(guī)定上限，其最大溫升同樣會超出標準規(guī)定上限。

2.3? 電壓降異常原因分析

為研究功率端子電壓降異常偏大的原因，對表1中交流充電線束1插座端L孔位端子、交流充電線束3插座端N孔位端子進行了剖面分析，如圖4所示。導線壓縮比為86.44%（圖5），略大于壓接規(guī)范推薦的75%～85%的壓縮比要求[7]，即導線被壓接狀態(tài)偏松。為了研究導線被壓接狀態(tài)偏松是否是導致溫升的直接主要因素，對壓縮比為85%～90%端子導線樣件進行電壓降測試驗證，結(jié)果如圖6所示。結(jié)果表明：導線壓縮比為86.44%并非電壓降異常偏大的直接主要影響因素。

但根據(jù)相關(guān)文獻研究[8]，端子導線壓接處壓接電阻（電壓降）與導線壓縮比整體呈正相關(guān)趨勢，文獻認為將導線縮比控制在78%較為合適。因此，適當降低導線壓接的壓縮比對降低端子導線壓接區(qū)域的壓接電阻較為有利[9]。

進一步分析表1中交流充電線束1和3功率端子電壓降異常偏大的原因可能為：①本批次導線壓接參數(shù)設(shè)置有誤；②端子導線壓接過程中存在或出現(xiàn)可導致電壓降異常偏大的不明影響因素；③其他偶發(fā)因素。上述影響因素在線束生產(chǎn)過程中難以被發(fā)現(xiàn)或識別。

根據(jù)上述分析，在線束生產(chǎn)過程中一旦出現(xiàn)可導致端子電壓降異常偏大的影響因素且未被識別，就可能造成整批線束出現(xiàn)批次性電壓降異常，即壓接電阻異常，進而可能導致整批線束出現(xiàn)溫升過高的問題。

同時，根據(jù)相關(guān)研究測試，不同生產(chǎn)廠家或不同規(guī)格導線的導體絞合節(jié)距、導體絞合方向、導體材料、端子和導體表面氧化程度及導體鍍層等多種因素，均會對端子導線壓接后的電壓降產(chǎn)生不同程度的影響[10-15]；且上述影響無規(guī)律性或其影響在生產(chǎn)過程中難以被識別[16]。

3? 預防線束高溫的措施及方法

3.1? 預防措施

結(jié)合表1中的測試數(shù)據(jù)和本文2.2線束溫升及電壓降數(shù)據(jù)測試進一步分析，可得出如下結(jié)論：①線束生產(chǎn)過程中不明干擾因素隨時可能出現(xiàn)；②不同批次線束產(chǎn)品所受干擾因素存在差異，如圖7“黑箱理論”所示，且干擾因素對溫升結(jié)果影響無規(guī)律性可言或難以被識別；③根據(jù)“黑箱理論”，無論有多少干擾因素，無論干擾因素的影響是否存在規(guī)律性或是否易被識別，只需測量端子壓接區(qū)電壓降是否超過標準規(guī)定上限，即可用來提前探測線束是否有可能產(chǎn)生高溫的風險。

因此，考慮在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中增加功率端子電壓降測試工序，并引入電壓降評價體系，從而實現(xiàn)根據(jù)端子電壓降測試結(jié)果對壓接參數(shù)進行動態(tài)監(jiān)測和反饋調(diào)節(jié)。

3.2? 電壓降間接測試法

參照QC/T 29106—2014電壓降的規(guī)定，設(shè)置直流電源設(shè)備的檢測電流，用直流電源設(shè)備上所帶的正負測試夾，分別夾住32A功率端子部件線兩端的金屬部分，從而構(gòu)成閉環(huán)測試電路，如圖8所示。

待測試區(qū)達到熱平衡后，使用萬用表探針或其他同樣功能的設(shè)備測試端子壓接區(qū)的電壓降[17]。

根據(jù)QC/T 29106—2014的規(guī)定，端子壓接區(qū)電壓降按式（2）計算：

U_AB=U_AC-U_CD（2）

式中：U_AB——導線壓接區(qū)電壓降；U_AC——測量點A和點C之間的電壓降；U_CD——測量點C和點D之間的電壓降。

按照QC/T 29106—2014推薦的電壓降測試方式（本文稱之為電壓降間接測試法），主要有2個因素致使其無法在線束生產(chǎn)中應用實施：①標準規(guī)定需測試區(qū)達到熱平衡后方可進行電壓降測量，該要求耗時較長，無法滿足線束生產(chǎn)的流水節(jié)拍；②標準所推薦的測試方式需對導線進行兩處剝皮處理，為破壞性試驗，無法應用于生產(chǎn)中產(chǎn)品的測試。

3.3? 電壓降直接探測法及對比驗證

為了能夠?qū)㈦妷航堤綔y技術(shù)應用到線束產(chǎn)品生產(chǎn)中，本文探索使用電壓降直接測試法代替間接測試法來測試端子壓接區(qū)的電壓降。所謂電壓降直接測試法，即將2個金屬探針分別直接放置于端子壓接區(qū)的2個端部，如圖9所示。

為了驗證因素①，分別測試在通電初始和達到熱平衡后兩種狀態(tài)下電壓降的數(shù)值，結(jié)果表明兩種狀態(tài)下電壓降差別較小，如圖10所示。因此在線束生產(chǎn)中測試電壓降時，無需達到熱平衡即可進行電壓降測試。該論點同時得到了相關(guān)文獻的佐證[18]。

為了驗證因素②，分別按照直接測試法和QC/T 29106—2014推薦的間接測試法對比測試不同壓接狀態(tài)的端子電壓降，如圖11所示。測試結(jié)果表明：兩種測試方法所測端子電壓降的數(shù)值較為接近，誤差基本都在2mV以內(nèi)，如表3所示。因此，可以使用電壓降直接測試法代替間接測試法對端子壓接區(qū)的電壓降進行測試，應用到生產(chǎn)中。

3.4? 電壓降評價體系建立

以32A交流充電線束為例，使用6mm2導線，QC/T 29106—2014規(guī)定的最大允許電壓降為20mV，電壓降區(qū)間范圍較大。為了更有效地監(jiān)測端子電壓降，可以將合格電壓降區(qū)間范圍劃分為5個評價等級，如表4所示。當檢測到電壓降為中等或合格時，反饋工藝分析原因并對壓接設(shè)備或參數(shù)進行調(diào)試，直至壓接設(shè)備或參數(shù)正常穩(wěn)定運行。當檢測到電壓降為不合格時，需對本批次壓接的線束進行100%測試。電壓降評價體系反饋流程，如圖12所示。

4? 應用測試

本文所提出的測試方法，在實際使用過程中測出某批次產(chǎn)品功率端子壓接區(qū)的電壓降超過100mV，反饋至工藝查找原因。經(jīng)對故障端子壓接區(qū)進行剖面分析，如圖13所示。從圖中可以明顯看出壓接后的導線之間存在一定的縫隙，測試發(fā)現(xiàn)壓接區(qū)壓接高度超出規(guī)定范圍，致使導線未被壓緊，分析可能是壓接參數(shù)設(shè)置異常所致。重新按照工藝文件調(diào)整校核壓接高度后，端子壓接區(qū)電壓降均小于5mV，故障排除，說明本文所提出的測試方法在實際應用時有效。

本文所建議的檢測方法，根據(jù)需要可以在其他線束推廣應用，特別是大電流功率線束?？梢愿鶕?jù)線束前期溫升表現(xiàn)情況，制定相應的檢測數(shù)量和頻率。建議檢測頻率參照GJB179A一般檢測水平II一次正常檢驗，AQL=1.0抽樣。

5? 結(jié)論

本文通過對32A交流充電線束測試分析，總結(jié)了端子壓接區(qū)電壓降過高是導致線束溫升高的主要原因之一，提出了在線束產(chǎn)品生產(chǎn)過程中應增加端子電壓降“前工序探測技術(shù)”檢測。

本文通過試驗件對比測試，創(chuàng)新提出了使用更便捷的電壓降直接測試法代替QC/T 29106—2014推薦的間接測試法，解決了間接測試法因高耗時和破壞性特點無法應用于產(chǎn)品生產(chǎn)中的兩大技術(shù)難題。

本文創(chuàng)新提出了建立電壓降評價體系，通過電壓降測試數(shù)據(jù)來對端子壓接區(qū)壓接品質(zhì)進行動態(tài)反饋調(diào)節(jié)，提升了端子壓接電阻的優(yōu)良性、穩(wěn)定性和可靠性。

本文所提出的測試方法已于2021年11月開始在某量產(chǎn)項目中應用實施，在實際應用過程中可以篩查出電壓降超標的產(chǎn)品。解決了從理論提出到實際應用的問題，在線束領(lǐng)域具有一定的推廣價值和意義。

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（編輯? 楊凱麟）