新能源汽車（chē）高壓連接器技（jì）術、設計及趨勢（shì）

近年來，由於（yú）受到全球經濟波動的影響，北美、歐洲和日本連接器市場（chǎng）增長緩慢，而以中國為代表的新（xīn）興市場呈現（xiàn）持續增長勢（shì）頭，成為推動全球連（lián）接器市場增長的主要動力。為此，全球知名連接器企業紛紛把生（shēng）產基地轉移到國內，包括TE Connectivity、Molex、Delphi等持續在國內投（tóu）資建廠（chǎng），中國已經成（chéng）為全球最大的連接器生產基地（dì），尤其在政府（fǔ）的政策推動激勵下，我國新能源（yuán）汽車行業穩健發展帶動了汽車連接器的持續發展。我國（guó）連接器經過了多年（nián）的技術積（jī）累，無論在設計（jì）能力還是自動化生產（chǎn）能力上已經滿足了新能源汽車高壓連接器所要求的技術水平。在下遊廠商國產（chǎn）化和技術能力足夠滿足的前提下，國內廠商已（yǐ）經占領了新能源汽車高壓連接器的至高點（diǎn），希望在這個新的領域實現彎道超車，有機會打（dǎ）破外商在傳（chuán）統汽車連接器的壟（lǒng）斷（duàn）地位。

1 高壓連接器技術分析

1.1 高壓連接器在整車係統中的應（yīng）用

新能源汽車用連接器是連接器大類中的（de）一種，是近幾年隨著國（guó）家（jiā）新能源（yuán）汽車的發展（zhǎn），逐漸從傳統高壓大電流和傳統低壓汽（qì）車連接器中分離出來的一類連接器。相較於傳統（tǒng）高壓大（dà）電流連接器，新能源汽車用連接（jiē）器的使用工況更複雜多變（biàn），對連接器的可靠性要求更高；相較於傳統低壓汽車連接器，由於電壓等級的提高（目前主流係統的電壓均高於300V DC），增（zēng）加了人體受到電擊傷（shāng）害的風險，對（duì）連（lián）接器的安全性要求更（gèng）高；所以對（duì）產品的絕緣、防護要求等比傳統低壓（yā）插件均有所提高（gāo）。

新能源汽車用連接器的作（zuò）用主要是保證整車高壓互（hù）聯係統，即在內部電路（lù）被阻斷或孤立不通處架起橋梁從而使電（diàn）流流通。新能源車（chē）用連接器的組成一（yī）般可分為：外殼、密封（fēng）件等輔助結（jié）構，絕緣件，導電接觸對三部分組成（chéng）。通過插（chā）頭護套和插座護套間的對（duì）插、相互配合，即可達到接（jiē）通和導電的（de）功能。高壓連（lián）接（jiē）器主（zhǔ）要使用在新能源汽車（chē）高壓大（dà）電流回路，和導電線纜同時作用，將電池（chí）包的能量通過不同的電氣回（huí）路，輸送到（dào）整車係統中（zhōng）各部件，如（rú）電池包、電（diàn）機控製器、DCDC轉（zhuǎn）換器、充（chōng）電機等車（chē）身用電單元。

1.2 高壓連接器設計關鍵項（xiàng）分析

1.2.1溫（wēn）升及降額曲線值

溫升是（shì）連接器設計最重要的設計關鍵項（xiàng）之一，異常的溫升會導致連接器因為（wéi）溫升過高，發生燒蝕。

連接器的（de）溫升受如（rú）下因素影響：

1、 接觸電阻：用於（yú）導電連接，兩接觸載體之間的電阻，如針孔對插接觸電阻、針孔尾部與導線壓接電阻、螺紋連接銅牌與（yǔ）銅牌之間的接觸電阻

2、物質環（huán）境加熱：當連接器長期處於一（yī）個（gè）高溫環境，由於連接器（qì）所用的材料都是工程塑料、金（jīn）屬、橡膠等，尤其工程塑料要求最高工作溫度140℃，但當產品使（shǐ）用的環境（jìng）溫度過高，連接器由於自身接觸內阻發熱在達到（dào）熱平（píng）衡時，加上所處的環境溫度（dù）高於了材料（liào）允許使用最高工（gōng）作（zuò）溫（wēn）度。此時，若連接器長期處於一個該環境，連接器內部針孔（kǒng）件發熱導致內部溫度排不出來話，內部溫度會（huì）持（chí）續升（shēng）高，連接器（qì）就會產生很大的（de）熱量，導致連接器出現燒蝕引起車輛燃燒（shāo），這（zhè）是非（fēi）常嚴重的（de）問題。橡膠材料和金屬材（cái）料均有最高工作溫度（dù）限製，設（shè）計時均需要（yào）考（kǎo）慮。

3、板端的連接（jiē）：設計的時候要用螺栓的（de）情況下，或者要用預防措施，防止供貨的時候鬆脫；同時在螺栓連接時，一定要根據操作規範進行扭力檢測。導電部件螺釘連接情況下，主要的失效模式之一就是未按照力矩要求進行擰（nǐng）緊力矩管（guǎn）控，導致連接部位溫升異常，燒蝕。

4、降額曲線：現（xiàn）在我們來討（tǎo）論下降額（é）曲線，在我的理（lǐ）解中，降額（é）曲線圖就好比你去選（xuǎn）擇一個商品，這個商品要用在特定的環境中使用，這時選擇商品的（de）時候就要根據這個商品的一個屬性值來確定你選擇（zé）哪個區間（jiān）範圍內的商品。高（gāo）壓連接器的降額曲線圖就是給客戶（hù）提供一份菜單，客戶根據這個菜單對應自己的口味選擇自己合適的菜品。

1.2.2高壓互鎖(HVIL)

針對整個的高壓互連係統來（lái）講，為了保（bǎo）證高壓係統上下電時的安全，在連接設計時，引入了高壓（yā）互鎖概念。簡單描述為，連（lián）接器（qì）在插合導通時，高壓回路先接觸導通，後高壓互鎖信號（hào）回路再導通；分斷時，先高壓互鎖（suǒ）信號分斷，後高壓（yā）回路斷開。大多數連接器廠（chǎng）家會把高壓互鎖設計放在連接器內部，也有一部分廠（chǎng）家會把（bǎ）高壓互鎖通過輔助結構設計放在對插腔體的外部。確保高壓互鎖回路的穩定（dìng）性（xìng），十分重要。如果說（shuō）高壓互（hù）鎖不連續，可能帶來的影響會很惡劣，比如車正在行駛過（guò）程中，突然高壓互鎖回（huí）路信號異常，導致整車（chē）突然掉電，不能正常運行，這樣會造成交通事故。

1.2.3 鎖緊結構

理解真正的二次鎖不是有一個二次的保護作用，是更要（yào）有效地對其保護，這個真正的含義（yì）就是在一次鎖止後，如果一次鎖（suǒ）失效了或者沒有操作（zuò）核實到位，二次（cì）鎖（suǒ）就（jiù）是確保（bǎo）一次鎖鎖（suǒ）好以後，對第一次（cì）鎖（suǒ）進行保護，這是一個很重要的作用。二次鎖緊結構結合一次鎖（suǒ）裏麵最常用的就是力臂機構，因為（wéi）一次鎖緊跟插拔力有關，所以按照力學設計（jì）理念需要一種類似於力臂機構的形式，這樣才能達到既省力，也能夠很輕鬆（sōng）地把連接器插到位。對於力臂的（de）要求，USCAR裏麵講到了很多的力臂的人機工程（chéng）的可操作性。USCAR裏麵也規定（dìng）了相（xiàng）關（guān）一次鎖（suǒ）和二次鎖在對插和不（bú）對插情況下的力的要求。其實我們大

家（jiā）都會認為USCAR是連接器的標準，但我認為（wéi）USCAR標（biāo）準不僅僅是作為一個技術性標準，而且還指導了設（shè）計者在設計過程中把結構做可靠，怎麽在（zài）結構及性能可靠的前提下，也能夠提供客戶更好的產品體驗感。下圖2是（shì）比較（jiào）常見的鎖緊結構產品圖。

1.2.4 防護（hù）等級

連（lián）接器的防護（hù）主要分在三個布置：

第一個是板端密封：板端就是連接器插座端采用四個螺釘采用機（jī）械連接方式安裝，這種是比較常用（yòng）的結構，也有一些比較特殊的結構（圖3）；

第（dì）二個是頭座對插（chā）密封：頭座對插就是公端包含母端或者是母（mǔ）端包（bāo）含公端中間采用橡膠件進行徑向和軸（zhóu）向之間的防護（圖（tú）4）；

第（dì）三個是線端密封，線（xiàn）端連接器跟電纜（lǎn）之間的防（fáng）護密（mì）封（圖（tú）5）。

對於電動汽車（chē）高壓連（lián）接器（qì）隨著市場的發展，主機（jī）廠對產品防護的性能要求也在不斷地提高。行業發展初期，IPI67的防護要求已經可以滿足絕大部分客戶。但（dàn）是後期隨著市場上出現的連接器產品防護失效，導致產品出現漏水，絕緣故（gù）障、甚至燒蝕的案例也越來越來越多。

防護要求逐步的提（tí）高成為電動車發展趨勢，目前IP67的要求不（bú）能滿足（zú）正（zhèng）常的使用要求，當然這也不是絕（jué）對的，還要（yào）看（kàn）連（lián）接器在車上布置的位置。根據高壓回（huí）路在整車（chē）布置來講，都會懸（xuán）掛（guà）在汽車底盤下麵，高壓不得進艙內這（zhè）是一個（gè）原則，所以說大多數高壓連接器（qì）都是會在底盤靠近地麵，或者靠近輪轂的位置（zhì），當一些天氣惡劣的時候，比如（rú）說嚴酷的天氣很大的暴雨或者（zhě）說一些嚴寒的天氣，你的輪胎帶起來的水其實會衝擊這（zhè）些連接器，如果大家熟悉測試的話，國內標準沒有IP6K9K一說，你會發現如果IP67的話，高壓水（shuǐ）槍的衝（chōng）擊的壓（yā）力，其實沒有6k9k大。當汽（qì）車高速行使的（de）時（shí）候，突然涉水時，瞬時湧（yǒng）向連接器的水壓會很大，所以說IP67有的時候是很難（nán）滿足實際的使用要求。針對這一點的話，現（xiàn）在國內標準QC/T1067,國外標準USCAR將連接器密（mì）封分為兩個等級（jí）S1和S2。S2等級的話，明確規定適用的場合是底盤（pán）的位置較低，推薦的就是6K和9K，所以未來連（lián）接防護的話一（yī）定是6K和9K。如果連接器並不是（shì）布置在上述位置，IP67的設計其實還（hái）是可以滿足整車（chē）使用要求。

1.2.5 電磁屏蔽

電動汽車有很多的電子器件，電流會產生磁場，整車零部件（jiàn）要有抗幹擾的能力。尤其（qí）是電動汽車現在作為一（yī）個載體，無人駕駛會在這個基礎上更多地開發，所以這個技術問題非常重要。對於高壓係統而言（yán），屏蔽（bì）連（lián）接器、電（diàn）纜是非常重要的（de），但是我們（men）更（gèng）多的是要（yào）優先考慮係（xì）統級的布置，這是（shì）一個前提條件，如果你的OBC，你布置的位置，包括係統中的DCDC，是不（bú）是本身可能會有一些先天性的問題，即使連（lián）接器做得再好，也會出現各種信號幹擾的問題，所以首先要考慮係統型的，其次考慮零部件（jiàn）級的。對（duì）於連接器屏蔽效能，一般會采用二（èr）個方式。第一（yī）種方式，我們在一些塑料連接器（qì）上，裏麵會（huì）有金屬（shǔ）屏蔽罩，電纜屏蔽層會跟金屬殼的屏蔽層相連，形成一個有效（xiào）的360°的屏（píng）蔽層。第二種方式，大多（duō）數的高壓小（xiǎo）電流的連接，都不會有二次的連接，會采用跟電纜的屏蔽層相接，這種方式也是現有廠家（jiā）常用的方式，包（bāo）括國內一些比較知名（míng）的（de）主機廠也在考慮這種方（fāng）式，我們叫spring contact（英文（wén）），其實就是一（yī）個彈簧的連（lián）接。這種結構的好處也是很多的，因為尺（chǐ）寸、空間會更小，它的接

觸點也會更多；此結構（gòu）的製造（zào）商很多，主要代表的公司像瑞士的寶馬彈簧、美國的巴塞爾等，他們在這塊有很多實際成熟應用案例。大多數情況（kuàng）下，導線和屏蔽層的（de）連接（jiē），我們（men）會用（yòng）金屬內、外環的形（xíng）式，進行壓接，將屏蔽層置於（yú）兩個金屬環之間（jiān），通過冷壓變形使屏蔽層和金屬環進行緊密固定。另外（wài），我們還有一種屏蔽方式，它通過一種（zhǒng）類似於表帶簧的結構，用以替代彈簧連接，該結構常在軍（jun1）用產品上使用，技術成熟；我們（men）做過相關測試，均能滿足設計要（yào）求。該結構應用在新能源電動車（chē）的屏蔽，既能夠滿足性能要求（qiú），同時又是衝製件，適合批量生（shēng）產，性價比高。

1.2.6連接器材（cái）質

連接（jiē）器（qì）絕緣件材質一般選用PA66、PBT、ABS、PC等。接觸件材質一般選用黃銅、磷青銅、鈹銅等，但現在（zài）國外用的比較（jiào）多的材料是銅鎳矽材料。連接器殼（ké）體材質（zhì）一般分為塑料和金屬（shǔ）兩種材質。

關於如何選（xuǎn）擇塑料材質或者金屬材質，一般有如下幾個參考點：

1.輕量化

由（yóu）於對整（zhěng）車輕量化（huà）的需（xū）求，尤其是乘（chéng）用車廠商會在滿足產品（pǐn）性能的前提下，盡（jìn）量去選擇塑料（liào）連接器，以達到控製整車重量（liàng）。

2.產品的使用環境

由（yóu）於金屬材料的機（jī）械（xiè）強度比塑料好。所以（yǐ）在一些（xiē）使用環境比較惡劣的環境下，金屬連接器會更適合。例如像特種車輛、渣土（tǔ）車，以及整車在布（bù）置時，未做防護的電氣連接部（bù）位。此時，金屬（shǔ）材質相（xiàng）比塑（sù）料材質的連接器在受環境影響及機（jī）械強度方麵略勝一籌。

3.屏蔽（bì）實現方式

針對屏蔽連接器，由於（yú）金屬連接器（qì）自身的外殼就（jiù）是用於導通屏蔽，形成屏蔽保（bǎo）護的載體。一（yī）般情況下，金屬連接器較塑料連接器更容易實現更為優異的屏蔽效能，外形結構更為緊湊。

（3）額定電流：電氣設備的額定電流是指在基準環（huán）境溫度下，在額定電壓工（gōng）作條件下，發熱不超過（guò）長期發（fā）熱允許溫度（dù）時所允許長期通過的（de）最大電流。

對電動汽（qì）車而言，P=UI,額定電流是根據電氣（qì）設（shè）備的功率P，輸出電壓U決定。

峰值電流：電動汽車在急加速，爬坡，超載的瞬間產生的最大電流值。

載流截麵積（jī）與連接器（qì）額（é）定電流成正比，換句話說，插針/孔/導線截麵（miàn）越大，它所能通過的電流也越大，連接器越大。

（4） HVIL（高壓互鎖）

（4.1）設計（jì）HVIL功（gōng）能目的

確認整個高壓係（xì）統的完整性，當（dāng）高壓係統回路斷開（kāi）或者完整性受到破壞的（de）時候，激發整車的安全措施啟動。

（4.2）HVIL功能的實現

a.需要整個係統構成，係統開發時就要（yào）設計（jì）進去；

b.主要通過連接器來完成；

c.HVIL電路是低壓電，相對於功率（lǜ）電路（lù），是獨立（lì）的（de）。

（4.3）連（lián）接器（qì）HVIL功能實現原理

功率和信號端子應滿足：

——連接時，功率端子先接通，信號端（duān）子後接通。

——斷開時，信號端子先斷開，功率端子後斷（duàn）開。

特別說明：功率端子的接通，表示（shì）良（liáng）好的接觸，虛接觸是不可（kě）接受

 （5） 屏蔽

交變電場屏蔽:為降低（dī）交變電場對敏感電路（lù）的耦合幹擾電壓，可以在幹擾源和敏感電路（lù）之間設置（zhì）導電性好的金屬（shǔ）屏（píng）蔽體，並將金屬屏蔽體接地（dì）。

    屏蔽與非屏蔽（bì）連接器主要區別即為是否設置有導電良好的金屬屏蔽體。

（6） 防護等級

IP防護等級是（shì）由兩個數字所組成，第一個標記數字表示電器防塵、防止外物侵入的等級，第二個標記數（shù）字表示電器防濕氣、防水侵入的密閉程度，數字越大表示其防護等級越高。

（7）出線方式

主要指電連接器插頭尾部電（diàn）纜出線角度與插座（zuò）安裝麵法向方向之間（jiān）的角度，依此劃（huá）分，常見的有（yǒu）90°(彎式)及180°(直式)出線電連接器（qì）。

（8） 插座安裝方式

為滿足（zú）主機廠設計人員對連（lián）接器不同布置方式的需（xū）求，電連接器插座安裝（zhuāng）方式細（xì）分為以下四種：

 1.6.2.3選項注意事項

（1）電壓選型需（xū）匹配：整車經（jīng）過負載計算的額定電壓應小（xiǎo）於（yú）等於連接器額定電壓，若整車工作電壓超出連接器額定電壓長時間運行，電連接器（qì）有爬電燒蝕風（fēng）險。

（2）電流選型需匹配：整車經過負載（zǎi）計算的（de）額定電流（liú）應小於等於連（lián）接（jiē）器額定電流，若整車工作電（diàn）流超出連接器（qì）額定電流長時間運行，電連接器有過載燒蝕風險。

圖片

（3）電纜選型需（xū）匹配：整車電纜（lǎn）選型匹配分為電纜（lǎn）載流匹配和電（diàn）纜與連接器密封匹配，關於電纜載流，各主（zhǔ）機廠有專門的電氣工程師進行匹配（pèi）設計（jì），在（zài）此不作解釋。

密封匹配：連接器（qì）與電纜密封依靠橡膠密封件彈性壓（yā）縮（suō）提供二者間（jiān）接觸壓（yā）力，從而實現可靠的防護性能，如IP67；根據計算，實現特定的接觸（chù）壓（yā）力依靠密封件特定的壓縮（suō）量實現，依此推（tuī）出，若需可靠（kào）防護，連接器的密封防護在設計之初就對電纜有特定的尺寸要求；

同等規格的載流截麵，電纜可有不同的外徑尺寸，如屏蔽電（diàn）纜與非屏蔽電纜，國標電纜與LV216標準電纜，具體（tǐ）匹配何種電纜，連接器選（xuǎn）型規格（gé）書均有明確表（biǎo）述，故連接器選型時需特別注意適配電纜規格要求，以防造成連接器密封失效。

（4）整車需柔性布線：對於整車布線，現各主機廠均（jun1）有彎曲半徑及鬆弛度要求；根據（jù）連接器在整車

使（shǐ）用（yòng）案例，建議線束裝配完成後（hòu），連（lián）接器（qì）端子本（běn）身不受應力，隻有當（dāng）線束整體因汽（qì）車運行受到振動、衝擊與車身發（fā）生相對位移時，通過線束柔性達到應變消除目的（de），即使有少許（xǔ）應變傳遞到連接器端子，所（suǒ）產生應力也不超過端子在連接器中設計（jì）固（gù）持力 。

圖片

2 高壓連接器發展趨（qū）勢

2.1 政策導向作用

    國家對新能源電動汽車產業政策的製定要根據中國國情來決定。在發展綠色交通體係方麵，國家計劃提出，加快車船結構升級，推廣使用新（xīn）能源汽車，2020年新能源汽車產（chǎn）銷量達到200萬輛左右。加快（kuài）推進城市建成區新增和更新的公交、環衛、郵政、出租、通勤、輕型物料配送車輛使用新能源或清潔（jié）能源汽車，重點（diǎn）區（qū）域使用（yòng）比例達到80%；重點區域港口、機場、鐵路貨（huò）場等新增或更換作業車輛主要使用新能源或清潔能源汽車。2020年底前，在物流園、產業園、工業園（yuán）、大型單列市建成區（qū）公（gōng）交車全部更換（huàn）為新能（néng）源汽車。在物流園、產業園、工（gōng）業園、大型商業購物中（zhōng）心、農貿批發市場等（děng）物流集散地建（jiàn）設集中式充電樁和快速充（chōng）電樁。根（gēn）據國家的政策導向，整車廠也（yě）根據相（xiàng）關政策調整內部模式，這就決定了連接器（qì）的（de）發展方向（xiàng）。

2.2平台化及定製化

 電動汽車這種類型也多，比如說乘用車、物流車，包括定製連（lián）接器，要求會不所不同（tóng），或者說會提出（chū）一些特別特（tè）殊的要求（qiú），所（suǒ）以包括還有無人駕駛，物聯網車、新能源等等，我們連接器廠家要考慮一下，這種電動汽車細分行業需求（qiú）的定製化（整車端和電池端（duān）），我覺得或許（xǔ）會是一（yī）

個選擇（zé）不錯的嚐試，我們現在已經（jīng）在邁向第一步。因為總體來看，這些類型的車都（dōu）會在不同的場合應用，其實都是一個細分領域，雖然量沒有那麽大（dà），但是那個市場就是屬於我們的，我們在這個市場就是做到（dào）頂尖，這也是一個不錯的選擇。第二個就是（shì）平台（tái）化，未來電池和整車都會趨於平台化，如何跟客戶保持深入的技術溝通，形成雙方平台化的（de）產品很重要，國內主機廠比較多，大家平台現（xiàn）在也不同，比（bǐ）如電池（chí）整包廠特別多，每家自己的（de）模組方案、電池箱成（chéng）組方（fāng）案都不一樣，作為連接器廠家需要思考怎麽樣做適合平台化的應用。

2.3小型化及輕量化

在汽車工業日漸追求節能與（yǔ）環保（bǎo）的背景下，汽車輕量化及小型化已成為技術潮流，也是汽車廠商技術競爭的重點，通過控（kòng）製整車重量，可以有效的降（jiàng）低油耗，減小尾氣排放，提（tí）高燃油（yóu）能效。在（zài）汽車工業這樣的大環境下，也帶（dài）動（dòng）新能源連接器必須走小型（xíng）化及輕（qīng）量化。

汽車小型化及輕量化的一係列重要解（jiě）決方案，包括引入（rù）更小尺（chǐ）寸的高性能銅合金導線做為信號傳（chuán）輸線，同（tóng）時引入向微型化發（fā）展的端子（zǐ）及接觸件係統，以及該微型化產生的壓接不穩定的優化及可靠驗（yàn）證方法；采用高性能端子來降低小（xiǎo）功率傳（chuán）輸導線尺寸的原理，以及采用鋁導線替（tì）代（dài）傳輸較大功率的大線徑銅導線。

 3 結論

通（tōng）過分析新能源連接器的主要技術參數及選用原則，隨著我們不斷地去搜集各種各樣的數據反（fǎn）饋，在國外的話，甚至連接器的廠家設置了很多整車的數據返回，他（tā）們會形成（chéng）一個聯盟，他們會根（gēn）據數據不斷的改良（liáng），達到一個最優的（de）產品。

同時，隨著（zhe）國內（nèi）連（lián）接（jiē）器廠商，在實際使用過程中（zhōng）得到的主機廠和用（yòng）戶（hù）的實際反饋。連機器廠商們也在不（bú）停地去模擬真實用戶使用環（huán）境下，連接器（qì）是否穩定;包括我們新（xīn）材料的研發和技術壁壘的攻克，成本是否能夠（gòu）商業化。在（zài）不久的將來，這些都不會是（shì）問（wèn）題，都會被克服掉。