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电动汽车充电枪插针烧损 | 提高新能源安全性和可靠性

2024-06-20  浏览量:54

 

电动汽车充电枪插针烧损 | 提高新能源安全性和可靠性

 

新能源汽车作为绿色出行的代表,其普及和推广离不开完善的充电设施。相比传统汽车,新能源汽车需要承载更高的电流负荷,其安全性和可靠性成为了重要关注点。

本文将针对电动汽车充电枪上使用的插针进行了失效分析,对比观察接触电阻、异物成分、金相结构等方面,通过深入分析,找出烧损原因。

 

背景

 

某产品在电动汽车上充电枪上使用,布置在室外等公共场所使用,运行过程中出现烧损,失效分析组为NG插针,编号为NG1~NG4;对比分析组为OK插针,均未使用,其中镍镀层样件编号为OK1~OK10,银镀层样件编号为Ag1~Ag6。

 

测试分析

 

1 外观检查

 

图1为外观图,观察可知,NG插针的铜线均无金属光泽。NG1NG2可见漆皮烧毁、碳化发黑、金属断裂等现象,铜线表面可见绿色异物生成。NG4可见漆皮发黑,弯折后漆层易断脱落等现象。OK插针的铜线均可见金属光泽,铜线存在断裂、压伤等现象,部分铜线表面可见异物黏附,且呈浅绿色。

 

插针典型外观图

图1 插针典型外观图

 

2 接触电阻

根据GB/T 5095.2-1997部分标准规定,对插件进行接触电阻测定。对插件加载10A电流,结果见表1。由表可知,OK插针接触电均低于NG插针。其中NG3/NG4的接触电阻增加明显,远高于NG1/NG2。

 

表1 压接端子接触电阻测量结果

压接端子接触电阻测量结果

 

3 异物分析

 

图2为铜线表面异物微观图与能谱图,由图可知,NG1与NG2铜线表面可见异物以及龟裂纹,属于典型的腐蚀形貌,且发生局部均匀腐蚀。能谱分析可知,腐蚀产物中含有O/Cl/Ca/Mg等元素,其中腐蚀物中Cl元素含量高达14.6%。其中腐蚀处剥落处裸露铜线基材,可见铜线表面因腐蚀产生的凹坑。

图中OK1铜线表面存在少量黏附物,能谱分析可知,其含有少量Cl元素。

 

铜线表面异物微观图与能谱图

图2 铜线表面异物微观图与能谱图

 

对腐蚀产物进行红外分析,由图3可知,腐蚀物图谱与碱式氯化铜Cu2(OH)3Cl的特征峰高度匹配,且碱式氯化铜一般为绿色,与实际颜色一致。

 

腐蚀物FT-IR图

图3 腐蚀物FT-IR图

 

4 表面分析

 

发现NG1靠近端口的铜线集束位置可见大量碎屑,碎屑为铜线表面剥落,基本呈氧化色等,从NG1剖切后微观与能谱典型图,碎屑(碎屑1、碎屑2)以Cu元素为主,且含有O、Cl元素。少量颗粒碎屑(碎屑3)为绿色,与前端腐蚀物成分类似。

铜线束中间观察出颜色无光泽,微观见表面大量腐蚀形貌以及腐蚀剥落形貌。能谱分析可知,腐蚀物以O元素的氧化腐蚀为主,并含有少量Cl元素。

在铜线与压接端子过渡接触位置可见一明显凹坑,凹坑内形貌为结晶颗粒物,能谱分析可知,结晶颗粒中Zn含量较高,表明端子镀层已被破坏,基材表面裸露。

 

NG1剖切后微观与能谱典型图

图4 NG1剖切后微观与能谱典型图

 

OK1铜线集束位置可见表面颜色光亮,线束微观未见明显腐蚀形貌以及腐蚀剥落形貌,表面较干净。从图5能谱分析可知,线束表面O元素含量不高,氧化腐蚀程度低,未见明显Cl元素,表明在线束与镀镍层紧密接触位置较干净,线束间的镍层中异物主要为有机物。

 

OK1剖切后微观与能谱图

图5 OK1剖切后微观与能谱图

 

5 金相分析

 

图6为NG2带线束的压接端子显微与能谱图。由图可知,在压接边角可见铜发黑,发生腐蚀。截面可见大量与端子接触的铜线、内部铜线的表面明显一层状发黑腐蚀物,而端子镀镍层未见明显异常。能谱分析可知发黑腐蚀物与基材铜相比,O元素含量明显增加,腐蚀物中含有少量Cl元素。

 

NG2压接端子显微与能谱图

图6 NG2压接端子显微与能谱图

 

6 温湿模拟

 

将OK5以及Ag3部分放入温度85℃,湿度85%HR的箱体中放置50h试验后外观图。由图可知,试验后铜线表面金属光泽暗淡,表面存在氧化现象。

由表4可知,温湿试验后的端子的接触电阻均升高。其中Ag4增加显著,接触电阻值与上述试验后的OK4相比较接近。而在相同试验环境下,OK5/6接触电阻增加极为明显。

 

表2 温湿试验后接触电阻测量结果

温湿试验后接触电阻测量结果

 

图7为OK5/Ag3试验后线束表面微观与能谱图。温湿试验后铜线表面局部可见腐蚀层或腐蚀层剥落,Ag端子外线束铜线表面大部分较干净,仅局部腐蚀或腐蚀剥落,其铜线表面的腐蚀面积、腐蚀物等腐蚀程度要明显弱于OK5。在OK5表面能谱检测出少量Cl元素。

 

可见试验后端子的接触电阻均升高,接触电阻的升高主要与铜线的高温高湿表面氧化、氯化等腐蚀有关。

 

OK5/Ag3试验后线束表面微观与能谱图

图7 OK5/Ag3试验后线束表面微观与能谱图

 

结论与建议

 

结论:

(1)产品烧损与端子铜线束被腐蚀,导致端子压接接触电阻增大有关。

(2)端子线束表面接触含有Cl离子的污染,导致端子铜线束发生腐蚀是表面接触电阻增大的直接原因。

 

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