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连接器润滑剂将如何改善新能源汽车电气性能?
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连接器润滑剂将如何改善新能源汽车电气性能?

2020-05-21 14:56:58 来源:Electrolube公司 作者:Jade Bridges

【大比特导读】Electrolube全球技术支持经理Jade Bridges从可靠性、易用性、耐腐蚀性三个方面简要分析了连接器润滑剂对新能源汽车电气性能的改进。

汽车行业继续处于技术发展的最前沿,并为其他许多行业提供了指导。汽车市场的最新发展集中在电子技术的进步,无论是具有驾驶员/乘客经验,还是由于安全关键发展和半自动驾驶功能(例如自动刹车和驾驶辅助)。现在,重点是从内燃机转向具有环保意识的新型汽车,最值得注意的是电动汽车(EV)和各种混合动力选件(HEV),而这一变化,带来了更多的电路、连接器和触点挑战。

无论哪个行业,都使用电触点润滑剂来增强电触点和连接器的性能和可靠性。它最初由Electrolube的创始人于1941年发明,旨在提高电气性能和音量控制的可靠性,接触润滑剂的使用已广泛传播到许多不同的行业,并且数十年来一直是影响汽车部件可靠性能的关键因素。

改善电气性能

接触润滑剂是特殊配制的润滑脂和油,旨在减少摩擦和磨损,并增强载流金属接口(例如开关和连接器中的金属接口)的电气性能。由于没有金属界面是完全平坦和光滑的,因此当将它们应用于薄膜等表面时,它们会填充所有表面缺陷,进而改善接触和电气性能,并通过减少热点、毛刺和电弧来延长接触寿命。

通过填充触点之间的气隙,触点润滑剂可显著增加有效表面积,进而防止电弧放电以及相关的温度升高和氧化物形成。它们还为空气传播的污染提供了屏障,并通过促进平稳运动来减少摩擦的影响。此外,通常使用接触润滑剂还会提升“感觉”特性,例如改善开关或简单的塑料-塑料接触的运动质量。

电气特性和塑料兼容性对比

图1:电气特性和塑料兼容性对比

该应用是否用于内部组件,例如空调通风阀;外部组件,例如后视镜调整;或线束内的关键触点上;接触润滑剂的应用随着CASE技术的发展而不断增加。

防止电气系统故障

在汽车应用中使用接触润滑剂的主要效果有3种:

1.改善触点的电传递和可靠性

如已经讨论的,接触润滑剂通过填充任何间隙并减小电阻来增加接触表面积。技术已经普及到车辆内更重要的安全操作中,并且由于电子元件的增加而导致汽车召回,因此必须正确维护这些重要安全连接。在AlixPartners最近的一份报告中,详细说明了电子或电气系统故障的召回近年来每年增长30%。这些故障包括软件和软件集成方面的问题;但是,绝大多数召回实际上是由于与集成电气组件相关的故障。

作为IATF 16949批准的电化学解决方案提供商,Electrolube经常被要求帮助防止此类问题的发生。公司还完全了解此类故障可能对企业造成的影响,其代价来自各个方面,包括其对汽车制造商品牌声誉的影响。因此,考虑电子系统的所有方面(包括设备之间的连接和正确选择接触润滑剂)非常重要。

接触润滑剂的电性能通常通过在指定的循环数内测量触点/开关的mV下降来评估。这通常超过20000个使用周期。各种接触润滑剂的性能可能会根据配方和最终用途而有所不同。例如,某些材料在大量循环中具有更稳定的低mV压降,但会损害其塑料兼容性。

在其他情况下,该应用可能需要接触润滑剂具有特定的稠度以及良好的电性能。可以选择“刺激性”或“坚硬”油脂,以便在开关的机械动作期间保持在原位。在这种情况下,不同温度下的锥孔渗透或润滑剂的磨损测试可能有助于产品选择。相反,在接触力很低的应用中可能需要非常柔软的油脂或接触油,在这种情况下,应使用一系列润滑剂测试开关的机械作用,以确定其适用性。因此,在选择正确的润滑剂时,必须考虑所有电气要求,材料兼容性和环境影响,这一点很重要。

汽车开关

传统上,随着电子应用的发展,车辆开关和连接器的电气性能的改进主要集中在低压开关上,并转移到更关键的应用上。随着电动汽车的变化,带来了更多的挑战,包括更多的电气连接,最值得注意的是,更高的电压在车辆周围传递。凭借在中高压开关设备、电镀和继电器等行业的经验,Electrolube提供了一系列产品来满足电动汽车市场的苛刻要求。

2.减少外部影响,减少腐蚀和磨损

线束的作用类似于车辆的中枢神经系统,其中包含许多连接,以促进多种设备之间的通信。由于车辆中电子应用的复杂性,线束也占了很大的重量。这导致使用了不同的材料,例如铝,并且在某些情况下,同一线束中可以使用不同的金属。在减轻重量的同时,使用铝还面临其他挑战,包括形成硬氧化物层以及在水分和不同金属的情况下会出现电化学腐蚀。

接触润滑剂可用于保护刚接触的接触点暴露在环境条件下,但这只是问题的一部分。在这些触点的使用寿命中,由微动引起的腐蚀很普遍,使用触点润滑剂来防止任何基础材料暴露在触点或铝制零件上会大大降低触点和连接器的故障率。

环境影响可能包括温度变化、暴露于湿气和腐蚀性气氛。温度的变化会影响接触润滑剂的稠度,例如,润滑剂在25ºC下的锥入度值可能为320,但是当暴露在-40ºC或更低的温度下时,该值可能会大大降低,从而导致润滑脂的硬度更高。

潮湿的环境也很常见,大多数接触润滑剂会长时间承受高湿度。当高湿度与腐蚀性环境结合使用时,会使产品之间产生差异。Electrolube设计了一系列测试来说明这些差异,并为正确选择产品提供进一步的帮助。这些测试包括润湿湿度,然后进行盐雾测试,耐氯性测试以及考虑不同的接触材料。

这种湿气和盐雾的综合测试润滑剂在35ºC、湿度为90%的环境下进行了3周,随后在35ºC的盐雾室内进行1周。在该测试之后,目视评估铜和钢基底的保护。通常,在这种环境下,合成润滑剂(例如Electrolube CTG)可提供最佳保护。除此测试外,还用各种润滑剂保护的金和银触点也要经受盐雾环境的影响。结果进一步加强了以前的发现,突出表明某些矿物基润滑剂尤其不适用于在恶劣环境中保护这些材料。最后,作为一个极端测试,我们创建了一个含氯的氧化环境,并在35ºC下保持2个月,结果再次表明CTG提供了出色的保护,紧随其后的是Electrolube CG53A和CG60。

3.提高连接器和开关的质量、手感和插入力/操作

接触润滑剂还广泛用于许多应用中,以改善开关的“手感”,从而给人以高品质的印象。对于车辆内部的许多应用也是如此,它可确保金属-金属、塑料-金属和塑料-塑料接触零件之间的连接良好,从而当受到车辆正常运行引起的振动时,可减少噪音和运动。随着汽车变得更安静,轮胎技术和电动汽车的未来进步,车辆内部环境会更加安静,因此,这些触点的质量和整体噪声抑制对于确保获得高质量的驾驶体验至关重要。

诸如CG60和SPG之类的产品已在此类汽车应用中使用了很多年,并且适合于将来的汽车内部防护,从而确保驾驶体验中的最大舒适度。在某些情况下,可能需要氟化润滑剂(例如Electrolube的EGF)在这些区域提供更好的性能,尤其是在减小连接器插入力的情况下。

随着对EV的进一步详细讨论,又引发了关于有关线束以及电子元件和连接器数量增加的讨论。极大地增加了对诸如Electrolube的CG60、CTG或EGF之类润滑剂的需求,以改善制造和使用保护。事实上,据Research and Markets的一项研究报道,预计到2025年,通过线束在车辆内电子设备的连接将实现最快的增长。这归因于汽车领域先进技术的发展,包括驾驶员辅助系统和安全功能。

电连接器面临的挑战

汽车行业正处于不断变化和发展的时期。改用HEV和EV,产生了一系列针对电连接器、开关和设备的挑战,并且在未来几年中还将继续深化。电池技术和用户界面,替代燃料来源以及不断扩大的自动驾驶市场的发展都将增加这些挑战。通过解决看似很小的任务,即可确保高质量、可靠和受保护的连接,接触润滑剂将有助于满足这些新要求。

EV动力总成比传统动力总成平均贵两倍半,从而导致成本成为该市场增长的另一个障碍。随着规模经济和技术进步,这种成本自然会随着时间的流逝而下降。由于既要保持高质量水平而降低了总体成本,又要通过降低连接器故障而减少了车辆召回,因此,制造商需要在现在和未来很多年的发展计划中优先选择接触润滑剂。

显微镜检查接触表面会发现“峰谷”,因此当两个表面汇合时只有峰会接触。载流表面积大大减小,这导致产生热量并形成氧化物层。热点会降低开关的效率,并且如果两个表面焊接在一起会导致完全故障。

接触表面之间存在的气隙会被电离,并且相关的温度升高会导致金属在接触点之间转移。这导致形成新的峰和谷,从而增加了触点的表面粗糙度。电弧会因微小的雷击而发生,并导致氧化物的形成和镀层触点的破坏。

连接器和闭合触点会受到振动和温度变化引起的小幅度运动的影响。当表面磨损时,摩擦力会导致金属颗粒从连接器表面的较高位置去除,从而破坏电镀表面。这使下面的表面暴露于氧化和磨损的影响。

新能源汽车

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