TE Connectivity的新型BCON +高压连接系统是一种多功能、紧凑、坚固且具有触摸安全性的解决方案，用于互连牵引电池内部的电池模块和电池外部的高压连接点。

BCON +连接系统结合了坚固的钢对钢螺栓端接的优势和铜触点元件的极低接触电阻。该系统在未配合和配合的情况下都是触摸安全的。它可以灵活地与大量可用的导体和横截面互连。

1.电气化挑战

减少碳排放的压力越来越大，正推动在车辆中引入电气化推进系统。电能的主要来源是电池，而在氢燃料电池汽车中，电池用作峰值负载缓冲器。因此，电池是动力总成电气化的核心。这些应用中使用的电池由许多单独的电池组成，这些电池被分组为模块。在所有车辆操作模式期间，能量必须安全地流入和流出电池。因此，模块连接必须能够在大功率充电周期中持续数分钟达600 Amp的电流，而在仅持续数秒的动态驱动模式下就必须承载更高的因数。

电池模块连接还构成了物理层，用于电池保护(过热关机)、电池管理(充电状态，例如充电状态SoC)和电池平衡(具有不同SoC级别的电池之间的充电电压均衡)。

为了确保这些操作，每个变速箱电池模块都必须具有防故障电气连接。这就需要高度集成的接触系统，该系统不仅必须能够在车辆的整个使用寿命(通常在十年内达到300000 km/ 186500英里)上支持全部功能，而且也要足够坚固，以防止振动和温度应力过分影响触点的机械和电气性能。触点还必须完全接触安全，以消除私人和商用车辆中潜在的高压和大功率危险，并确保对客户和服务人员的安全以及合规性。

在配对和未配对状态下对连接系统进行全接触保护，可以在电池组装期间安全地处理电池模块。特别是在车辆使用寿命内进行定期检查或维修的情况下，训练有素的电工可以轻松安全地处理电池模块，而无需昂贵的专用工具或复杂的安全程序。

TE Connectivity在铜和铝连接技术方面汲取了广泛的汽车接触物理学专业知识，以开发用于牵引电池的创新互连解决方案。newBCON +螺栓端子系统满足此苛刻应用的所有要求。BCON +高压连接系统是一个螺栓连接的端子，可以很容易地插拔(用于诊断或回收)，同时还完全符合ISO 20653的IPxxB保护，具有触摸安全性。螺栓端子的机械路径和电气路径(低阻抗铜与铜的连接)在功能上彼此分开，以确保在制造条件下的坚固性和易于处理的触点。

BCON +螺栓端子系统设计用于在电气性能架构的各种互连应用中最大程度地提高模块连接和其他电源端子的灵活性(图1)

图1：电池中模块连接的示意图。

2. BCON +螺栓端子的发展目标

电动车辆中的电池模块触点必须满足很高的要求。因此，目标是设计所有导体和连接器，以处理400 Amp的恒定电流(加上最高1200 Amp的短峰值)和最高1000 V的电压，并在典型的电池环境温度下可靠地工作：

-40°C至+ 80°C。最终选择的连接器材料即使在高达140°C的温度下也能可靠地工作。主要挑战是要在单个触点上实现极低的接触电阻，同时将功率损耗降至最低，与之接近商业电池。BCON +触点在整个互连系统的每一侧均具有<10μΩ的接触电阻。

模块连接器的设计可达到3级严重等级(LV214，SG 3)的抗振性，并根据制造商测试规格LV215符合未密封系统的环境法规。

这种类型的端子系统必须提供简单而安全的组装。根据车辆和电池的配置，它还必须提供配置灵活性。这适用于受几何约束以及连接不同导体类型的连接。此外，模块互连必须满足300000公里(186500英里)或10年的使用寿命要求，并能承受25个插拔螺栓连接的周期。在电动车辆中，永久充电应力进一步增加了对电池组件坚固性的要求，必须将充电时间添加到总工作时间中。

3. BCON +连接系统的简要说明

BCON +电池模块的端子由电池接口处的铝和铜型材以及钢对钢结合侧的柔性导体类型组成。

实际的电池互连通常是通过扁平铝母线实现的，该铝母线用作与模块内互连的所有电池的触点(如图2所示)。每个模块都通过由实心铜制成的扁平螺栓连接(铜母线)连接到高压电池系统。它们将电镀铜界面的底部与回火钢制成的螺纹插入件集成在一起。与插入式插座的接口是一个插入的螺栓，该螺栓集成到多股铜线(高压电缆)的端头中，然后转换为实心铜或圆形实心导体(图2)。

图2：BCON +模块连接器，可在各种几何形状和配置中灵活使用。

在BCON +端接中，高压电缆触点与母铜接口配对(图3)。

图3：BCON +端子的插入式基座和接口已配对，闩锁并随后用螺栓固定。

匹配的编码(=正确的互连)将释放预闩锁过程，该过程会将电缆锁定到母线，以便在随后的螺栓连接过程中也可以轻松地进行双手组装(也是架空组装)。

两个接触部件均封闭在由玻璃纤维增​​强塑料制成的上下外壳中，以防止手指意外接触带电部件(IPxxB =不接触直径大于12 mm且最大长度80 mm的物体)。塑料零件的阻燃性符合HB标准，可根据要求提供V0防护。外壳形状可最佳利用可用的安装空间(图4)，即使在有限的安装空间中也可确保最大的安全性。所有带电部件都封闭在外壳中，并用硅涂层或耐高温玻璃纤维织物护套覆盖。

铝母线与实心铜接口之间的互连(即电缆侧的绞合导体与铜接口之间的互连)是通过各种焊接或粘合技术创建的。

图4：紧凑的BCON +螺栓端接：左侧用螺栓固定;右侧接触底部，带有可见的圆形接口，中间有螺纹套。

TE Connectivity用回火材料开发了用于紧固圆形铜接口的M5系留螺栓。螺栓头由塑料包覆成型，并通过标准的六边形内部拧紧。

图5：BCON +螺栓端子连接的分解图

钢螺栓将两个圆形接口与平坦的安装表面相交，然后将螺纹套筒拧入BCON +螺栓端子连接器的下部(图5)。

这种结构仅在钢对钢系统中施加机械张力，而与之前通过机械预张力建立的铜铜电流路径上的电气互连功能完全分离(图6)。为了应对不同的接触挑战，实心铜母线有多种外形可供选择，包括直型或成角型以及可选的偏置(=不同的偏置高度)。

互连底部的触点可以采用不同的编码方式，并且可以90°增量旋转，以防止意外插接，即，将外观相似的互连电缆错误地编码到铜排上。

图6：钢对钢螺栓连接的功能原理，用于在单独的电气路径(A)上产生紧固扭矩(N)。

4.接触

由于没有可分离的界面提供足够低的接触电阻，因此选择了螺栓端接。在400 Amp的功率下，要求的<10μΩ，它在振动情况下具有必要的电连接性能。

螺栓端子通过以所需扭矩拧紧的M5螺栓产生所需的高接触法向力。电接触区域的顶部和底部由电镀的铜(Cu)组成，其轮廓为平面。这种几何形状使电接触界面的表面积最大化。螺栓设计考虑了铜和钢的不同热膨胀系数，因此在低温(-40°C)和高温(+ 140°C)暴露于环境后，扭矩损失最小。在环境测试中，根据LV215的规定，BCON +螺栓端子可保持规定的重新拧紧扭矩，直至使用寿命终止，从而证明了功能安全性。

5.连接点和可能的接触

实心铜母线和单个电导体之间的节省空间的对接接头可以例如通过硬焊接电阻对接焊来实现。由于两个连接伙伴之间的硬焊料材料具有更高的电阻，焊接电流会在焊接区域中产生连接元件的局部熔化，随后接触伙伴的物质间低电阻对接。在绞合线中，电缆尾部通常在焊接前压紧。

也可以使用传统的焊接方法通过重叠进行连接。但是，为了充分利用可用空间，我们选择了对接。图7显示了几个几何选项。BCON +螺栓端子设计用于16 mm2至100 mm2的导体横截面。

可以使用圆形实心导体、多股绞合导体(圆形和扁平)和(直形和偏置)铜扁平触点进行连接。固定夹和防机械磨损的防护罩完善了产品组合。

由于其极其紧凑的尺寸，所有系统组件都可以完美匹配。这也适用于电互连的两个环形轮廓触点。理想情况下，环形触点被集成到铜扁平触点中。但是，它们也可以作为单独的零件焊接到铜制扁平触点上，也可以简单地掉落到铜制扁平触点上。所需的接触电阻确定可以使用哪种方法。与铜母线一样，接触环也由实心铜制成。接触区域在镍(Ni)上电镀了银(Ag)，镍用作扩散阻挡层，并且失去光泽的Ag降低了接触电阻，并确保组件在生产后的使用寿命长达一年。在生产过程中，铜扁平触点在规定的负载下固化。偏置的铜质扁平触点版本具有越过障碍物或补偿偏置的功能。

图7：使用BCON +连接系统的不同几何形状和不同的导体连接。

6.展望

<10μΩ的实际接触电阻是一项出色的成就。这主要是由铜的电阻(大约7μΩ)引起的，在物理上不可避免的损耗，以及在较小程度上由两个环形轮廓触点之间的接触电阻(大约3μΩ)引起的。附加要求(例如飞溅水保护)也可以以相同的方式实施。此外，BCON +螺栓端子可以按比例缩放以增大或减小电流。

7.总结

TE Connectivity的BCON +连接系统是一种功能强大的低电阻螺栓端接系统，即使在空间有限的情况下，也可实现可靠且完全接触安全的钢对钢螺栓连接。

机械张力和电气接口完全分开。同时，低接触电阻加上高耐用性和安全性使BCON +螺栓端接成为电池模块以及电池外部其他大功率应用的可靠、安全的高压连接。

互连选项非常灵活(各种铜扁平触点形状，各种导体选项)，只需一个系统就可以实现不同的触点配置和不同的几何触点形式(偏移补偿，复杂的线束布线)。不同的编码选项和90°增量旋转支持安全组装。在配合期间对螺栓终端进行预闩锁可简化生产过程中的操作。遵循IPxxB的触摸安全性可以保护用户在所有相关的车辆生命周期中接触带电部件。

结论

触摸安全、紧凑的BCON +螺栓端子系统是一种灵活、可扩展的连接解决方案，能够批量生产用于电池。BCON +连接系统在非配合和配合状态下的触摸安全处理以及低电阻的电气连接性使其适合于大批量应用，并将BCON +模块互连定位为实现安全操作和安全处理高压电池系统的关键组件。