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NEV电池系统连接器选材用到了哪些塑料?以部分车型为例

发布时间:2023-11-08 08:41:09

如今连接器市场越来越大,各式各样的连接器层出不穷,最常见的有大电流连接件、锂电池连接件。


动力电池连接器的安全、可靠运行是保证电动汽车动力系统正常运行的核心期间,动力电池连接器是电动汽车动力系统上的不可或缺的一部分,动力电池连接器安全性、可靠性、环保的是动力电池连接器设计的要点。

动力电池连接器是电动汽车动力系统上的不可或缺的一部分

动力电池器连接器的基本结构件有接触件、绝缘体、外壳(视品种而定)、附件,而接触件是连接器完成电连接功能的核心零件。一般由阳性接触件和阴性接触件组成接触对,通过阴、阳接触件的插合完成电连接。阳性接触件为刚性零件,其形状为圆柱形(圆插针)、方柱形(方插针)或扁平形(插片),阳性接触件一般由黄铜、磷青铜制成。


汽车制造商以及电池和电池组原始设备制造商的研究人员正在扩大电池存储更多能量、更快充电和在更低温度下运行的能力。通过改进电缆和连接器,这些电池组合物在整个电动传动系统中得到支持,这些改进减少了组件结构的尺寸和电缆,改善了热管理,并使得高压电流更快地通过系统。


这意味着互联必须由耐热、坚固的材料制成,这些材料可以长时间承受高温波动。充电周期和操作条件都对组件施加压力。系统的每个部分必须最大限度地实现轻量化、高性能和高可靠性。


屏蔽是另一个关键考虑因素。高密度汽车环境忙于处理来自照明、自动驾驶、安全、通信/信息娱乐和动力传动系统的电子信号。


电池系统的塑料应用

工程塑料,这个不起眼的小物件,在电池包中的应用大多为三类零部件,一类是电气件。


主要为各种汇流排、高压连接器、继电器、熔断器组件等,如Model S电池包与整车高压连接座,选用的材料为PC+PBT-GF30,重约0.2kg:

电池包一般选用PC+PBT-GF30材料

第二类是结构件,有些是作为承载件,如Model S的模组两侧的侧板,最初的方案是采用铝合金,后面就改成了塑料:

第二类是结构件,有些是作为承载件,如Model S的模组两侧的侧板,最初的方案是采用铝合金,后面就改成了塑料

有些则是作为对电气零部件的防护,如模组输出极的电气盖帽:

有些则是作为对电气零部件的防护,如模组输出极的电气盖帽

还有些就是既具有承载作用,同时也具有相关的防护,如Model S中的熔断器组件,熔断器基座的上壳体材料为PC/PBT-GF30,重约0.041kg;下壳体材料也为PC/PBT-GF30,重约0.140kg;熔断器保护罩的材料为PC-GF10,重约0.013kg。

还有些就是既具有承载作用,同时也具有相关的防护,如Model S中的熔断器组件,熔断器基座的上壳体材料为PC/PBT-GF30,重约0.041kg;下壳体材料也为PC/PBT-GF30,重约0.140kg;熔断器保护罩的材料为PC-GF10,重约0.013kg。

第三类是液冷系统的管路和连接头,如Model S的快接插头,选用的材料是PA6,重约0.21kg。

第三类是液冷系统的管路和连接头,如Model S的快接插头,选用的材料是PA6,重约0.21kg

当然,整包上还有其他地方也会用到塑料,如密封件等。对于模组而言,大部分的塑料首先是作为结构件的,与电气相关的也具有防护作用,如BMW X5的模组上,主要部位的塑料选用如下图:

整包上还有其他地方也会用到塑料,如密封件等

上述只是对于一些代表部位的塑料应用进行了阐述,实际上随着大模组和CTP技术的出现,整个电池包内对于塑料的需求在不断增加,这一方面是有轻量化的技术要求,这一类的技术动向可以称之为结构件的“轻塑化”;


另一个方面,就是国标对于热失控5分钟的要求,使得有不少的方案在向特殊性能的塑料在走。最后,有些企业已经在研究整个电池包的箱体,包括下箱体,全都用塑料来实现,这相对于仅仅将上盖进行轻量化如SMC等,将更进一步。


根据当前平均水平的粗略估计,续航300~400公里的电池包,带电量在40~60kWh左右,改性塑料的使用量约为12.5kg,2019年国内纯电动乘用车产量约为87.7万辆(中国汽车工业协会),如果平均按300~400公里来计算的话,大概需要1096.2吨工程塑料。


连接器的选材

不同用途场景对连接器用材选择也是大不相同的。下面,介绍常见的5种连接器塑胶材料,这里面有非常重要的技术知识。


连接器塑胶材料一般有LCP、Nylon、PPS、PBT、PET。


1.LCP

LCP,液晶聚合物,是一种电绝缘性能非常好的材料,可以持续在200至300摄氏度保持其电性能而不受影响,间断使用可以达到316摄氏度的温度。


另外,LCP具有非常强的耐腐蚀性能,在90%酸性或50%碱性环境下也不会受到任何的腐蚀性。

LCP还有出色的热稳定性和耐热性、耐化学药品性。



2.尼龙Nylon

尼龙有良好的韧性、自润滑性、耐化学性、耐磨性。


PA6T比PA9T韧性要好,热变形温度为290摄氏度,非常适合SMT连接器。

PA46产品强度高、韧性较好,不容易产生裂纹。


3.PPS

优点:较好的刚性,吸水率低,尺寸稳定性好,HDT260℃,阻燃性能佳。

缺点:结晶速度慢,产品易出毛边,韧性较差。



4.PBT

改性PBT是结晶性工程塑料。具有明显的熔点(215-235℃)。熔融状态下它的粘度低,流动性好,吸湿性低,在潮湿和高温条件下都能保持很好的电气稳定性。

缺点:成型后收缩较大。

由于耐热性不够高,所以不能用于SMT,只能用于DIP型连接器上(如D-SUB25P,DR-9P等)。



5.PET

结晶性工程塑料,熔点245-260℃。较好的机械性能、电气性能、耐溶剂性能。

缺点:各向异性,收缩较大。结晶速度慢。干燥要求高些。

以上就是常见的5种连接器塑胶材料,综合分析,我们可以总结出选用哪种材料的原则是:

流动性好(比如LCP、尼龙等,可以制备薄壁产品);

高强度、冲击性能好;

耐高温(尤其是SMT);

优异的电气性能(高的电阻,低的介电损耗);

成型周期短(提高生产效率,降低成本);

性能满足条件下,价格有优势。







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