新能源汽車高壓連接器技術、設計及趨勢

近年來，由於受到全球經濟波動的影響，北美（měi）、歐洲和日本連接器市場增（zēng）長緩慢，而以中國為代表的新（xīn）興市場呈現持（chí）續增長（zhǎng）勢頭，成為（wéi）推動全球連接器市場增長的主要動（dòng）力。為此，全球知名連接器企（qǐ）業紛紛把生產基地轉移到國內，包括TE Connectivity、Molex、Delphi等（děng）持續在國內投資建廠，中國已經成為全球最大的連接器生產基地，尤其在政府的政策推動激勵（lì）下，我國新能源汽車行業穩健發（fā）展帶動了汽車連接器的持續發展。我國連接器經過了多年的技術積累，無論在設計能力還是自動化生產能力上（shàng）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（yóu）廠商國產化（huà）和技（jì）術能力足夠（gòu）滿足的前提（tí）下，國內廠商已經占領了新能（néng）源汽（qì）車高壓連（lián）接器的至（zhì）高點，希望在這個新的領域（yù）實現彎道超車，有機會打（dǎ）破外商在傳統汽車連接器的壟斷地位。

1 高（gāo）壓連接器技術分析

1.1 高（gāo）壓連接器在整車係統中（zhōng）的應用

新能源汽車用連接（jiē）器（qì）是連接器大類中的一種（zhǒng），是近幾年隨著（zhe）國家新能源（yuán）汽車（chē）的發展，逐漸從傳統高壓大電流和傳統低（dī）壓汽車連接器中分離出來的一類連接器。相較於傳統高壓大電流（liú）連接器，新能（néng）源汽車用連接器的使用工況（kuàng）更複雜多變，對連（lián）接器的可靠性要求更高；相較於傳（chuán）統低壓汽車（chē）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），增加了人體受到（dào）電擊傷害的風險，對連接器的安全（quán）性要求更高；所以對產品的絕緣、防護要求等比傳統低（dī）壓插件均有所提高。

新能源汽車用連接器的作用主要是保證整車高（gāo）壓互聯係（xì）統，即在內部電（diàn）路（lù）被阻斷或孤立不通（tōng）處架起橋梁從而使電（diàn）流流通。新能源車用連接器的組成一般可分為：外（wài）殼、密（mì）封件等輔助結構，絕緣（yuán）件，導電（diàn）接觸（chù）對三（sān）部分組成。通（tōng）過插頭護套和插座護套間的（de）對插、相互配合，即可達（dá）到（dào）接通和導（dǎo）電的功能。高壓連接器主（zhǔ）要使用在新能源汽車高壓大電流回路，和導電線纜同時作用，將電池包的能（néng）量通過不同的電氣回路，輸送（sòng）到整車係統中各部件，如（rú）電（diàn）池包、電機控製器、DCDC轉換器、充電機等車身用電單元。

1.2 高壓連接器設計關鍵項（xiàng）分析

1.2.1溫升及降額曲線值（zhí）

溫升是連接器設計最重要的設計（jì）關鍵項之（zhī）一，異常的溫升會導致連接器因為溫升過高，發生燒蝕。

連（lián）接器（qì）的溫升受如下（xià）因素影響：

1、 接觸電阻：用（yòng）於導（dǎo）電（diàn）連（lián）接，兩接觸載體之間（jiān）的電阻，如針（zhēn）孔對（duì）插接觸電阻、針孔（kǒng）尾部與導線壓接電阻、螺紋連接銅牌與銅牌之間（jiān）的接觸電阻

2、物質環境加熱：當（dāng）連接器長期處於一個高溫環（huán）境，由（yóu）於連接器所用的材（cái）料都是工程塑料、金屬、橡膠等，尤其工（gōng）程塑（sù）料要求最高工作（zuò）溫度140℃，但當產品使用的環境溫度過高，連接器由於自身接觸內阻發熱在達到熱（rè）平衡時，加上所處的環境溫度高於（yú）了材料允許使用最高工作溫度。此時，若連接器長期處於一個該環境，連接器內部針（zhēn）孔件（jiàn）發熱（rè）導（dǎo）致內部溫度排不出來話，內部溫度會（huì）持續升高，連接器就會產生很大的熱量，導致連接器出現燒蝕引（yǐn）起車輛（liàng）燃燒，這是（shì）非常嚴重的問題。橡膠材料和金屬材料均有最高工作溫度限製，設（shè）計時均需要考慮。

3、板端的連接：設計的時候要用螺栓（shuān）的情況下，或者要用預防措（cuò）施，防止供貨的時候鬆脫；同時在螺栓連接時，一定要根據（jù）操（cāo）作規（guī）範進行扭力檢測。導電部件螺釘連接情況下，主要的失效模（mó）式之（zhī）一就是未按照力矩要求進行擰緊力矩管控，導致連接部位溫升異常，燒蝕。

4、降額（é）曲線：現在我們來討論下降額曲線，在我（wǒ）的理解中，降額曲線圖就好比你去選擇一（yī）個商品，這個商品要用在特定的環境中使用，這時選擇商品的時候就要根據這個商品的一個屬性值來（lái）確定你選擇哪個區間範圍內的商品。高壓連接器的降額曲線圖就是給客戶（hù）提（tí）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（de）菜品。

1.2.2高（gāo）壓互鎖(HVIL)

針對整個的高壓互連係統來講，為了保證高壓係統上下電時（shí）的（de）安全，在連接設計時，引入了（le）高壓互鎖概念。簡單描述（shù）為（wéi），連接器在插合導通時，高壓回路先接觸導通，後高壓互鎖信號回（huí）路再導（dǎo）通；分斷時，先高壓互鎖信號分斷，後高壓回路斷開。大多數連接器廠家會把高壓互鎖設計放在連接器內（nèi）部，也有一部分廠家會把高壓互（hù）鎖通過（guò）輔助結構設計放在對插（chā）腔體的外（wài）部。確保高（gāo）壓互（hù）鎖回路的（de）穩定性，十分重（chóng）要。如果說高壓互鎖不連續，可能（néng）帶來的影響會很惡劣（liè），比如車正在行駛過程中，突然高壓互鎖回路信號異常，導致整車突然掉電，不能正常運行，這樣（yàng）會造成交通事故。

1.2.3 鎖緊結構

理解真正的二次（cì）鎖不是有一個二次的保護作用，是更要有效（xiào）地（dì）對（duì）其保護，這（zhè）個真正的含義就是在一次鎖止後，如果一次鎖（suǒ）失效了或者沒有操作核實到位，二（èr）次鎖就是確保一次鎖鎖好以後，對（duì）第一次鎖進（jìn）行保護，這是一個很重要的作（zuò）用。二（èr）次鎖緊結構結合一次鎖裏麵最常用的就是力臂機構（gòu），因為一次鎖緊（jǐn）跟插拔力有關，所以按照力學設計理念需要一種類似於力臂機構的（de）形式，這樣才能達到既省力，也能夠很輕鬆地把連接器插到位。對於力臂的要求，USCAR裏麵講（jiǎng）到了很多的力臂的人機工程的（de）可操作性。USCAR裏麵（miàn）也規定了相關一次鎖和二次鎖在對插和不對插（chā）情況下的力的要求。其實我們大

家都會認為USCAR是連接器的標準，但（dàn）我認為（wéi）USCAR標準不僅僅是（shì）作為一個技術性標準，而且還指導了（le）設計者在設計過程中把結構做可靠，怎麽在結構及性能可靠的前提下，也（yě）能夠提供客戶更好的產（chǎn）品體驗（yàn）感。下圖2是比較常見的鎖緊結構（gòu）產品圖。

1.2.4 防護等級

連接器（qì）的防（fáng）護主要分在三個布置：

第一個是板端密封：板端就是連接（jiē）器插座端采用四個螺釘采用機械連（lián）接方式安裝，這種是（shì）比較（jiào）常用的結構，也有一些比較特殊的（de）結構（圖3）；

第二個是（shì）頭座對插密（mì）封：頭座對插就是公端包含（hán）母端或者是母端包含公端中間采（cǎi）用橡膠件進行徑向（xiàng）和軸向之間的防護（圖4）；

第三個是線端（duān）密封，線端連接器跟電纜之間的防護密封（圖5）。

對於電動汽車（chē）高壓連接器隨著市場的發展，主（zhǔ）機廠（chǎng）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（jīng）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（pǐn）防護失效，導致（zhì）產品（pǐn）出現漏水（shuǐ），絕緣故障、甚至燒蝕的案例也越來越來越多。

防護要求逐步的提高成為電動車發展趨勢，目前IP67的要求不能滿足正常的使用要求，當然（rán）這也不是絕對的，還要看連接（jiē）器在車上布置的位（wèi）置。根據高（gāo）壓回路（lù）在整車布置來講，都會懸掛在汽車底盤下麵，高壓不得進艙內（nèi）這是一（yī）個原則（zé），所以說大多數高壓連接（jiē）器都是會在底盤靠近地麵，或（huò）者靠近輪轂的位置，當一些天氣惡（è）劣的時候，比如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些連接器，如果大家熟悉（xī）測試的話，國內標準沒有IP6K9K一說，你會發現如果（guǒ）IP67的話，高壓（yā）水槍的衝擊的壓力，其實（shí）沒有6k9k大（dà）。當汽車高速行使的（de）時候，突然涉水時，瞬時湧向連（lián）接器的水壓會很大，所以說（shuō）IP67有的時候是很難滿足實際的使用要（yào）求。針對這一點的話（huà），現在國內標準QC/T1067,國外標準USCAR將連接器密封分（fèn）為兩個等級S1和S2。S2等級（jí）的話，明確規定適用的場合是（shì）底盤的位置較低，推薦的就是（shì）6K和9K，所以未來連接防護的話（huà）一定是6K和9K。如果連接器並不是布置在上述位（wèi）置（zhì），IP67的設計其實還是可以滿足整車使用要求。

1.2.5 電磁屏（píng）蔽（bì）

電動汽車（chē）有很（hěn）多的電子器件，電流（liú）會產生磁場，整車零部件要有抗幹擾的能力。尤其是電動汽（qì）車現在作為一個載體，無人駕駛會在（zài）這個基礎上更多地開發，所以這個（gè）技術問題非常（cháng）重要。對於高（gāo）壓係統而言，屏蔽連接器、電纜是非常重（chóng）要的（de），但是我們更多的是要優先（xiān）考慮係統級的布置，這是（shì）一個前提條件（jiàn），如果你的OBC，你布置（zhì）的位置，包括係統中的DCDC，是不是（shì）本身可能會有一些先天性的問題，即使連接器做得再好，也會出（chū）現各種信號幹擾的問（wèn）題，所以首先要考慮（lǜ）係統型的，其次考慮零（líng）部件級的。對於連接器屏蔽效能，一（yī）般（bān）會采用二個方式。第一種方式，我們在一些塑料連接器上，裏麵會有金屬屏蔽罩（zhào），電纜屏蔽層會跟金（jīn）屬殼的屏（píng）蔽層（céng）相（xiàng）連，形（xíng）成（chéng）一個有效的360°的屏蔽層。第二種方式，大多數（shù）的高壓小電（diàn）流的連接，都不會有二（èr）次（cì）的連接，會采用跟電纜的屏蔽層相接（jiē），這（zhè）種方式也是（shì）現有（yǒu）廠家常用的（de）方式（shì），包括國內一些比較（jiào）知名的主機廠（chǎng）也在考慮這種方式，我們叫spring contact（英文），其實就是一個彈簧的連（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（de）接

觸點也會更多；此結構的製造商很多，主（zhǔ）要代表的公司像瑞士的寶馬彈簧、美（měi）國（guó）的（de）巴塞爾等（děng），他（tā）們在這塊有很多實際成熟應用案例。大（dà）多數情況下，導線和屏蔽層的連接，我們會用金屬內、外環的形式，進行壓接，將屏蔽層（céng）置於兩個金屬環之間，通（tōng）過冷（lěng）壓變形（xíng）使屏蔽層和金屬（shǔ）環進行緊密固定（dìng）。另外（wài），我們還有一種屏蔽方式，它通過一（yī）種類（lèi）似於表（biǎo）帶簧的結構，用以替代彈簧連接，該結構常在軍用（yòng）產品上（shàng）使用，技（jì）術成熟；我們（men）做過相關測試（shì），均能滿足設計要求。該結構應用在（zài）新能源電動車的屏（píng）蔽（bì），既能夠滿足性能（néng）要求，同時又是衝製件，適合批量生產，性（xìng）價比高。

1.2.6連接器材質

連接器絕（jué）緣件材質一般選用PA66、PBT、ABS、PC等。接觸件材質（zhì）一般選用黃銅（tóng）、磷青銅、鈹（pí）銅等，但現在國外用的比較多的材料是銅鎳矽材料。連接器殼體材質一般分為塑料和金屬兩種（zhǒng）材質。

關於如（rú）何選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

由於對整（zhěng）車輕量化的需求（qiú），尤其是乘用車廠商（shāng）會在滿足產（chǎn）品性能的前提下，盡量去選（xuǎn）擇（zé）塑料連（lián）接器，以達到（dào）控製整車重量。

2.產品的使用（yòng）環境

由於金屬材（cái）料的機械強度比塑料好。所以在一些使用（yòng）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（chē）輛、渣土車，以及整（zhěng）車在布置時，未做防護的電氣連接部位。此時，金屬材質相比塑料材質的連接器（qì）在受（shòu）環（huán）境影響及機械強度方（fāng）麵略勝一籌。

3.屏蔽（bì）實現方式

針對屏蔽（bì）連接器，由於金屬連接（jiē）器自（zì）身的外殼就是用於導通屏蔽（bì），形成屏蔽保（bǎo）護的載體。一般情況下，金屬連（lián）接（jiē）器較（jiào）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（é）定電流：電氣設備的額定電流（liú）是指在基準環境溫度下，在額定電（diàn）壓工作（zuò）條件下，發熱（rè）不超過長期發熱允許溫（wēn）度時所（suǒ）允許長期通過的最大電流。

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

峰值電流：電動汽車在急加速（sù），爬坡，超載的瞬（shùn）間產生的最大電流（liú）值。

載流截麵積與連接器額定電流成正比，換（huàn）句（jù）話說，插針/孔/導線截麵越大，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（shè）計HVIL功能目的

確認整（zhěng）個高（gāo）壓係統的完整性，當高（gāo）壓係統回（huí）路斷開或者完整性受到破壞的時候，激發整（zhěng）車的（de）安全措施啟動。

（4.2）HVIL功（gōng）能的實現

a.需要整個係統構成（chéng），係（xì）統開發時就要設計進（jìn）去；

b.主要通過連接器（qì）來完成；

c.HVIL電路是低壓電，相（xiàng）對於功率電路，是獨立的。

（4.3）連接器HVIL功能實（shí）現原理

功率和信號端子應滿（mǎn）足：

——連接時，功率（lǜ）端子先接通，信號端子後接通。

——斷開時，信號端子先斷開，功率端子後斷開。

特別說明：功率（lǜ）端子的接通，表示良好的接觸，虛接觸是不可接受

 （5） 屏蔽（bì）

交變電場屏（píng）蔽（bì）:為（wéi）降低（dī）交變電場對敏感電路的耦合幹擾電壓（yā），可以在幹擾源（yuán）和敏感電路之（zhī）間設置導電性好的金屬屏蔽體，並將金屬屏蔽體接地。

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

（6） 防護等級

IP防護等級是由兩個數字所組成，第一個標記數（shù）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（fáng）濕氣、防水侵入的密閉（bì）程度，數字越大表示其防護等級越（yuè）高。

（7）出線方式

主要指電（diàn）連接器插頭尾（wěi）部電纜出線角度與插座安裝麵法向方向之間的（de）角度，依此劃分，常見的有90°(彎式)及180°(直式)出線（xiàn）電連（lián）接器。

（8） 插（chā）座安裝方（fāng）式

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

 1.6.2.3選項注意事項

（1）電壓選（xuǎn）型需匹配：整車經過負載計算的額定（dìng）電壓應小於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（shí）間運行，電連接器有爬電燒蝕風險。

（2）電流選型需匹配：整車經過負載計算的額定電流應（yīng）小於等於連接器額定電流，若整車工（gōng）作電流超出連接器額定電流長時間運行，電連接器有過載燒蝕（shí）風（fēng）險。

圖（tú）片

（3）電纜選型需匹配：整車電纜選型匹配分為電纜載流匹配和電纜與連接器密封匹配（pèi），關（guān）於（yú）電纜載流，各主（zhǔ）機廠有專（zhuān）門的電氣（qì）工程師進行匹（pǐ）配設計，在此不（bú）作解釋。

密封匹配：連接器與電纜密封依靠橡膠密封件彈性壓縮提供二者間接觸壓力，從而實（shí）現可靠的防護性能，如IP67；根據計算，實現特定的接（jiē）觸壓力依靠密封（fēng）件（jiàn）特定的壓縮量實現，依此推出，若需可靠防護，連接器的密封防護在設計之初就對電纜（lǎn）有特定的尺寸要求；

同等（děng）規格的載流截麵，電纜可（kě）有不同（tóng）的外徑（jìng）尺寸（cùn），如屏蔽電纜與非屏蔽電纜，國標電（diàn）纜（lǎn）與LV216標準電纜，具體（tǐ）匹配何種電纜，連（lián）接器選型規（guī）格書均有明確表述，故連接（jiē）器選型時需特別（bié）注（zhù）意（yì）適配電纜規格要求，以防造成連接器密封失效。

（4）整車（chē）需柔性布線：對（duì）於整車布線（xiàn），現各主機廠均有彎曲半徑及鬆弛度要（yào）求；根據連接器在整車

使用（yòng）案例，建議線（xiàn）束裝配完成後（hòu），連接器端（duān）子（zǐ）本身不（bú）受應力，隻有當線束（shù）整體因汽（qì）車運行受到振動、衝擊與車身發生相對位移時，通過線束柔性達到應變（biàn）消除目的，即使有少許應變傳遞到連接器端子，所產生應力也不超過端子在連接器（qì）中（zhōng）設計固持（chí）力 。

圖片（piàn）

2 高壓連接器發展趨勢

2.1 政策導向作用

    國家對新能源電動（dòng）汽車產業政策的製定要根據中國國情來決定。在發（fā）展（zhǎn）綠色交通體係方麵，國家計劃提出，加快車船結構（gòu）升級，推廣使用新能源汽車，2020年新能源汽車產銷量達（dá）到200萬輛左右。加快推進城市建（jiàn）成區新增和更新（xīn）的公交、環（huán）衛、郵政、出租、通勤、輕型物料配送（sòng）車輛使用新能源或（huò）清潔能源汽車，重點區域使用比例（lì）達到（dào）80%；重點區域港口（kǒu）、機場、鐵路貨（huò）場等新（xīn）增或更換作業車輛（liàng）主（zhǔ）要使（shǐ）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）、大型單列市建成區公交車全部更換為新能源汽車。在物流園、產業園、工業園、大型商業購物中心、農貿批發（fā）市（shì）場等物流（liú）集（jí）散地建設集中（zhōng）式充電樁和快速充電樁。根據國家的政策導向，整車廠也根據相關政策（cè）調整內部模式，這就決定了連接器的發展方向。

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，包括定製連接器，要求（qiú）會不所不同，或者說會提出一些特別特殊的要求，所以包括還有無人駕駛，物聯網車、新（xīn）能源等等，我們連接器（qì）廠家要考（kǎo）慮一下，這種電動汽車細分行業需求（qiú）的定製化（整車端和（hé）電池端），我覺得或許會是一

個選擇不錯的嚐試，我們現在已經（jīng）在邁向第一步。因為總體來看，這些類型的車都會在不同的場合應用，其實（shí）都是一個細（xì）分領域，雖然量沒有那麽大，但是那個市場就是屬於我們的（de），我們在這個市場就是做到頂尖，這也是一個不錯的選擇。第二個就是平台化，未來電池和整車都會趨於（yú）平台化，如何（hé）跟客戶保持深入的技術溝通，形成雙方平台化（huà）的產品很重要（yào），國內主機廠比較多，大家平台現（xiàn）在（zài）也不同，比如（rú）電池整包廠特別多，每（měi）家自己的模組方案、電池箱成組方案都不一樣，作為連接器廠家需要思考怎麽樣做（zuò）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（néng）與環保的背景下，汽車輕量化及小型化已成為（wéi）技術（shù）潮流，也是汽車廠商技術（shù）競爭的重點，通過控製整（zhěng）車重量，可以有效的（de）降（jiàng）低油耗，減（jiǎn）小尾氣排放，提高燃油能效。在汽車工業這樣的大環境下，也帶動新能源連接器必須走小型化（huà）及輕量化。

汽車小型化及輕量化的一係列重要解決方案，包括引入更小尺寸的（de）高性能銅合（hé）金導（dǎo）線做為信號傳輸（shū）線，同時引入（rù）向微型（xíng）化發展的端（duān）子及接（jiē）觸件係統，以及該微型化（huà）產生（shēng）的壓接不穩定的優化及（jí）可（kě）靠驗證（zhèng）方法；采用高性（xìng）能端（duān）子來降低（dī）小功率傳輸導線尺寸的原（yuán）理，以及采用鋁導線替代傳輸較大功率（lǜ）的大線徑銅導線。

 3 結論

通過分析新能源連接器的主要（yào）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饋，在國外的話，甚至連接器（qì）的廠家設置了很多（duō）整（zhěng）車的數據返回，他們會形成一個聯盟，他們會（huì）根據數據不斷的改良，達到一個最（zuì）優的（de）產品。

同時，隨著國內連接（jiē）器廠商，在實際使用過程中得到的（de）主機廠和用戶的實際反饋。連機器廠（chǎng）商們也在不停地去模擬真實用戶使用環境（jìng）下，連接器是（shì）否穩定;包括我們新材料的研發和技術壁壘的攻（gōng）克，成本是否能夠商業化。在不久的將來，這些都不會（huì）是問題，都會被克服掉。