牵引电池的接触式安全螺栓端子

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。