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（qiú）經濟波動的影響，北美、歐洲和（hé）日本連接器市場增長緩慢，而以中國為（wéi）代表的新（xīn）興市場呈現持續增（zēng）長（zhǎng）勢頭，成為推動全球連（lián）接器市場增長的主要動力。為此，全（quán）球知名連接器企業紛紛把生產基（jī）地轉移到國內，包（bāo）括TE Connectivity、Molex、Delphi等持續（xù）在國內投資（zī）建廠，中國已經成（chéng）為全球最（zuì）大的連接器生產基（jī）地（dì），尤（yóu）其在政府的政策（cè）推動激勵下，我國新能（néng）源汽（qì）車行業（yè）穩（wěn）健發展帶動了汽車連接器的持（chí）續發（fā）展。我（wǒ）國連接器經過了多年的技術積累，無論在設計能力（lì）還是自動化（huà）生產能力上（shàng）已（yǐ）經滿足了新（xīn）能源汽車高壓連接器所要求的技（jì）術水平。在（zài）下遊廠（chǎng）商（shāng）國產化和（hé）技術能力足夠滿足的前提下，國內廠商已經占領了（le）新能源汽車高壓連接器的至高點，希望在這個新的領域實現彎道（dào）超車，有機會打破外商在傳統汽車連接器的壟（lǒng）斷地位。

1 高壓連接器技術分析

1.1 高壓連接器在整車係統中（zhōng）的應用

新能源汽（qì）車用連接器（qì）是連接器大類中的一種，是近幾年隨著國（guó）家（jiā）新能源汽車的發展，逐漸從傳統高壓大電流和傳統低壓汽車連接器（qì）中分（fèn）離出來的一類（lèi）連接器（qì）。相較於傳統高壓大電流連接器，新能源汽車用（yòng）連接器的使用工況更複雜多變，對連接器（qì）的可（kě）靠性要（yào）求更高；相較於傳統低壓汽車連（lián）接器，由於電壓等級的提高（gāo）（目（mù）前主流係統的電壓均高於300V DC），增加了人體受到電擊傷（shāng）害的風險，對連接器的安全性要求更高（gāo）；所（suǒ）以對產品的絕緣、防護要求等比傳統低壓插件均有所（suǒ）提高。

新能（néng）源汽車用連接（jiē）器的作用主要是保證整車（chē）高壓互聯（lián）係統，即在內部電路被阻斷（duàn）或孤立不通（tōng）處（chù）架起橋梁從而使電流流通。新能源車用連接器的組成一般可分為：外殼、密封件等輔助結構，絕緣件，導電接觸對三部分組成（chéng）。通過插頭護套（tào）和插座護套間的對插、相互配合，即可達（dá）到接通和導電的功能。高壓連接器主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（de）能量通過不（bú）同（tóng）的電氣（qì）回路（lù），輸送到整車係統中各部件，如電（diàn）池包（bāo）、電機控製器、DCDC轉換器（qì）、充電機等車身用電單元。

1.2 高壓連接器設計關鍵項分析

1.2.1溫升及降額曲線值

溫升是連接器設計最重（chóng）要的設計關鍵項之一（yī），異常的溫升會導致連接器因為（wéi）溫升（shēng）過（guò）高（gāo），發生燒蝕。

連接器的溫升受如下因素影響：

1、 接觸（chù）電阻（zǔ）：用於導（dǎo）電連接（jiē），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（jiē）電阻（zǔ）、螺紋連（lián）接銅牌與銅牌之間的接（jiē）觸電阻

2、物質環境加（jiā）熱：當連接（jiē）器長期處於一個高溫環境，由於連接器所用的材料（liào）都是工程塑料、金屬、橡膠等（děng），尤其工程塑料要求最高工作（zuò）溫度140℃，但當產（chǎn）品使用的環境（jìng）溫（wēn）度過高（gāo），連（lián）接器由於自身（shēn）接觸內阻發熱在達到熱平衡時，加上所處的（de）環境溫度高於（yú）了材料允許使用最高工作溫度。此（cǐ）時，若連接器長期（qī）處於一個該環境，連接器（qì）內部針（zhēn）孔件發熱導致內部溫（wēn）度排不出來話，內部溫度（dù）會持續升高，連接器就會產生很大的熱量，導致連接器出現（xiàn）燒蝕引起車輛燃燒，這是非常嚴重的（de）問題（tí）。橡膠材料和金屬材料均有最高工（gōng）作溫度限製，設計時均需要考慮。

3、板（bǎn）端的連接：設計的時候要用螺栓的情（qíng）況下，或者要（yào）用預（yù）防措施，防止（zhǐ）供貨的時候鬆脫；同（tóng）時在螺栓連接時，一定要根據操作規（guī）範進行扭力檢測。導電部件螺釘連接情況下，主（zhǔ）要的失效模式之一就是未按照力矩要求（qiú）進行（háng）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（wǒ）們來討論下降額曲線，在我的（de）理（lǐ）解中（zhōng），降（jiàng）額曲線圖就好（hǎo）比你去選擇一個商品，這個商品（pǐn）要用在特定的環境中使用（yòng），這時（shí）選擇商品的時候就要根據這個商品（pǐn）的一個屬性值來確（què）定你選擇哪個區間範圍內的商品。高壓連接器（qì）的降額曲線圖就是給客戶提供一份菜單，客（kè）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（yā）互連係統（tǒng）來講，為了保證高壓（yā）係統上下電時（shí）的安全，在連接設計時，引入了高壓互鎖概念。簡單描述為，連接器在插合導通時，高壓回（huí）路先接觸導通，後高壓（yā）互鎖信號回路再導通；分斷時，先高壓互（hù）鎖信號分斷，後高壓回路斷開。大多數連接器（qì）廠家會把高壓互（hù）鎖設計放在連接器內部，也（yě）有一部分廠（chǎng）家會把高壓互鎖通過輔助結構設計放在對（duì）插腔體的外部。確保（bǎo）高壓互鎖回路的穩定（dìng）性（xìng），十分重要。如果說高壓互鎖不連（lián）續，可（kě）能帶來的影響會很惡劣，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，這樣會造成交通事故（gù）。

1.2.3 鎖緊結構

理解（jiě）真正的二次鎖不是有一個二次的保（bǎo）護作用，是更要有效地對其（qí）保（bǎo）護，這個真正的含義（yì）就是在一次鎖止後，如果一次鎖失效了或者沒有操作核實到位，二（èr）次（cì）鎖就是確保一次鎖鎖好以（yǐ）後，對第一（yī）次鎖進行（háng）保護，這是一個很重要的作用。二次鎖緊結構（gòu）結合一次鎖裏麵最常用（yòng）的就是力臂機構，因為一次鎖緊跟插拔力有關，所以（yǐ）按照力學（xué）設計理念（niàn）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（gòu）很輕鬆地把連接器插到位。對於力臂的要（yào）求（qiú），USCAR裏麵講到了很多的力臂的人機工程的可操作（zuò）性。USCAR裏麵也規（guī）定了相（xiàng）關一次鎖（suǒ）和二次鎖在對插和不對（duì）插情況下的力的要求。其實我（wǒ）們大

家都會認為USCAR是連接（jiē）器的標準，但我認為USCAR標準不僅僅是作為一個技術性標準，而且還指導（dǎo）了設計者（zhě）在設（shè）計過程（chéng）中把結構做可靠，怎（zěn）麽在（zài）結（jié）構及（jí）性能可靠的前提下，也能夠提（tí）供客戶更好（hǎo）的產品體驗感。下圖2是比較常見的鎖緊結構產品圖（tú）。

1.2.4 防護等（děng）級

連接器（qì）的防護（hù）主要分在三個布置：

第一（yī）個是板端密封（fēng）：板端就是連接器（qì）插座端采用四個螺釘采用機械連接方式安（ān）裝，這種是比較常用的結構，也有一些比較特殊的結構（圖3）；

第二個（gè）是頭座對插密封（fēng）：頭座對插就是（shì）公端包含（hán）母端或者是母端包含公端中間采用橡膠件進行徑向和軸向之間的防護（圖4）；

第三（sān）個是線端密封，線端連接器跟電纜（lǎn）之間的防護密封（圖（tú）5）。

對於電動汽（qì）車高（gāo）壓連接器隨（suí）著市（shì）場的發展（zhǎn），主機廠對（duì）產品防護的性能（néng）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。但是後期隨著市場上（shàng）出現的連接器產品防（fáng）護失效，導致產品出現漏水（shuǐ），絕緣故障、甚至（zhì）燒蝕的案例也越來越來越多。

防護要求逐步的提高成（chéng）為（wéi）電動車發展（zhǎn）趨勢，目前IP67的（de）要求不能滿（mǎn）足正常（cháng）的使（shǐ）用要求，當然這也不是絕對的，還要看連（lián）接器在車上布置的位置。根據高壓回路在整車布置來講，都會懸掛在汽車底盤下麵，高壓不得進艙內這是（shì）一個原則，所以說大多數（shù）高壓連（lián）接器（qì）都是會在底盤靠近地（dì）麵（miàn），或者靠近輪轂的位置，當一些天（tiān）氣惡劣的時（shí）候，比如說嚴酷的天氣很大的暴雨或者說一些嚴寒的天（tiān）氣，你（nǐ）的輪胎帶起來的水其實會衝擊這些連接器，如（rú）果大（dà）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，高壓水槍的衝擊的壓力，其實沒有6k9k大。當汽車高（gāo）速行使的時候，突然涉水時，瞬時湧向連接器的（de）水壓會很大，所以（yǐ）說IP67有的時候是很難滿足實際的使用要求。針（zhēn）對（duì）這一點的話，現在國內標準QC/T1067,國（guó）外（wài）標準USCAR將連（lián）接器密封分為兩個等級S1和S2。S2等級的話，明（míng）確規定適用的場合是底盤的位置較低，推薦的就是6K和9K，所以未來連接防護的話一定是6K和9K。如果連接器（qì）並（bìng）不是布置在上述位置，IP67的設計其實還是（shì）可以滿足整車使用要求。

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（cí）場，整車零部（bù）件要有抗幹擾的能力。尤（yóu）其是電（diàn）動汽車現在作為一個載（zǎi）體，無人駕駛會在這個（gè）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，屏蔽連（lián）接器、電纜是非常重要的（de），但是我（wǒ）們更多的是要（yào）優先考慮係統級的布置，這是一個前提條件，如果你的OBC，你（nǐ）布置的位置（zhì），包括係統（tǒng）中的DCDC，是不是本身可能會有一些先天性的問題，即使連接器做得再好，也會出現各（gè）種信號幹擾的問題，所以首先要考慮係統型的，其（qí）次考慮零部（bù）件級的。對於連接器屏蔽效能，一般會采用（yòng）二個方式。第一種方式，我們在一些（xiē）塑料連接器上，裏麵會有金（jīn）屬屏蔽罩，電纜屏蔽層會跟金屬殼的屏蔽層相連，形成一（yī）個有效的360°的屏蔽層。第二種方式，大多數的高壓小電流的連接，都不會有二次的連接，會采用跟電纜（lǎn）的屏蔽層相（xiàng）接（jiē），這種方（fāng）式也是現有廠家常用（yòng）的方式，包括國內一些比較知名的（de）主機廠也在考慮這種方式，我們叫spring contact（英文），其（qí）實（shí）就是一個彈簧（huáng）的（de）連接。這種結構的好處也是很多的，因為（wéi）尺寸、空間會（huì）更小，它（tā）的接

觸點也會更多；此結構的製造商很多（duō），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（hěn）多實際成（chéng）熟（shú）應用案例。大多數情（qíng）況下，導線和屏蔽層的連接，我（wǒ）們會用金屬內、外環的形式，進行壓（yā）接，將屏（píng）蔽層置於兩個金（jīn）屬環之（zhī）間，通過冷壓變形使屏蔽層和金屬環進行緊密固定。另外，我們（men）還（hái）有一種屏蔽方式，它通過一種類似於表帶（dài）簧的結構，用以替代彈簧連接，該結構常在軍用產品上使用，技術成熟；我們做過相關測試，均能滿足設計要求。該（gāi）結構應（yīng）用在新能源電動（dòng）車的屏蔽，既能夠滿足性能要求，同時又是衝製件，適合批（pī）量生產，性價比高。

1.2.6連接器材（cái）質

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

關於（yú）如何選擇塑料材質或者金（jīn）屬材（cái）質，一般有如下幾（jǐ）個參考點：

1.輕量化

由於對整車輕量化的需（xū）求（qiú），尤其是乘用車廠商會在滿足（zú）產品性能的前（qián）提下，盡（jìn）量去選擇塑料（liào）連接器，以達（dá）到控製（zhì）整車重量。

2.產品的（de）使用環境

由於金屬材料的機（jī）械強度（dù）比塑料好。所以在一些使用環境比較惡劣的環境（jìng）下，金屬連（lián）接（jiē）器會更適（shì）合（hé）。例如像特（tè）種車輛、渣（zhā）土車，以及整車在布置時，未做防護的（de）電（diàn）氣連接部位。此時，金屬材質相比塑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.屏蔽實現方式

針對屏蔽連（lián）接器，由於金屬連接器自身的外殼就（jiù）是用於導通屏蔽（bì），形成（chéng）屏蔽保護的（de）載體（tǐ）。一般情況下，金屬連接器較塑料連接器更容易（yì）實現更為優（yōu）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（zhǐ）在基準環境（jìng）溫度下，在額定電壓工作（zuò）條（tiáo）件下，發熱不超過長（zhǎng）期發熱允許溫度時所允許長期通過的最大電流。

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

峰（fēng）值電流：電（diàn）動汽（qì）車在急加速，爬坡，超載的瞬間產生的最大電流值。

載流截麵積與連接器額定電（diàn）流成正比（bǐ），換句話說，插（chā）針/孔/導線截麵越大，它所能（néng）通過的電流也越大（dà），連接器越大。

（4） HVIL（高壓互鎖（suǒ））

（4.1）設計HVIL功能目的

確認整個高（gāo）壓係統（tǒng）的完整性，當（dāng）高（gāo）壓係（xì）統回路斷開或者完整性受到破壞的時候，激（jī）發整車的安全措施啟動。

（4.2）HVIL功（gōng）能的實現

a.需要整個係統（tǒng）構成，係統（tǒng）開發時就要設計進去；

b.主（zhǔ）要通過連接器來完成；

c.HVIL電路是低壓電，相對（duì）於（yú）功率電路，是獨立的。

（4.3）連接器HVIL功能實現原（yuán）理

功率和信號端子應滿足：

——連接時，功率端子先接通，信號端子後接通。

——斷開時，信號端子先斷（duàn）開（kāi），功率端子後斷開（kāi）。

特別說明（míng）：功率端子的接通，表示良好的接觸，虛接觸是不（bú）可接受

 （5） 屏蔽

交（jiāo）變電場屏蔽:為降（jiàng）低交（jiāo）變電（diàn）場對敏感電路的耦合幹擾電壓，可以在幹擾源（yuán）和敏（mǐn）感電路之間設置導電性好（hǎo）的金屬屏蔽體，並將金屬屏蔽體（tǐ）接地。

    屏蔽與非（fēi）屏蔽連接器主要區別即（jí）為是否設置有導電良好的（de）金屬屏蔽體。

（6） 防護等級

IP防護等級是由兩個數字（zì）所組成，第一個標記數字表示電器防（fáng）塵、防止外物侵入的等（děng）級，第二個標記（jì）數字表示電器防（fáng）濕氣、防水侵入的密閉程度，數字越大表（biǎo）示其防護（hù）等（děng）級越高。

（7）出線方式

主要指電（diàn）連接（jiē）器插頭尾部電纜出線角度與（yǔ）插座安裝麵（miàn）法向方向之間的角度，依此（cǐ）劃分，常見的有90°(彎式)及180°(直式)出（chū）線電連接器。

（8） 插座安裝方式

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

 1.6.2.3選項注意事項

（1）電壓選型需匹配：整車經過負載計算的額定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間運行，電連接（jiē）器有爬電燒蝕風（fēng）險。

（2）電流選型需匹（pǐ）配：整（zhěng）車經過負載計算的額定電流應小於等於連接（jiē）器額定電流，若整車工作（zuò）電流超出（chū）連接器額定電流長時間運行，電連接器有過載燒蝕風險。

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（3）電纜選型需匹配：整車電纜（lǎn）選型匹配分為電纜載流（liú）匹配和電纜與（yǔ）連接器密封匹（pǐ）配，關於電纜載流，各主機廠有專門的電氣工（gōng）程師進行匹配設計，在此不作解釋。

密封匹配：連接器與電纜密封（fēng）依靠橡膠密（mì）封（fēng）件彈性（xìng）壓縮（suō）提供（gòng）二者間接觸壓力，從而實現可靠的防護性能，如IP67；根據計（jì）算，實現特定的接觸壓力依靠密封件特定的壓縮量實現，依此（cǐ）推出，若需可（kě）靠防護，連接器（qì）的密封防護在（zài）設計（jì）之初就對電纜有特定（dìng）的（de）尺寸要求；

同等規格的載流截麵，電纜（lǎn）可有不同的（de）外徑尺寸，如屏蔽電（diàn）纜與非（fēi）屏蔽電纜，國標（biāo）電纜與LV216標準電纜，具體匹配何種電纜，連接器選型規格（gé）書均有明確表述，故連接器選型時（shí）需特別注意適配電纜規格要求，以防造成連接器密封（fēng）失效。

（4）整（zhěng）車需柔性布（bù）線：對於（yú）整車布線，現各主機廠均有彎曲半徑及鬆弛度（dù）要求；根據連接（jiē）器在整車（chē）

使用案例，建議（yì）線束裝配完成後，連接器端子本身不受應力，隻有當線束整體因汽（qì）車（chē）運行受到振動、衝擊與車身發生相對位移時（shí），通過線束柔性達到應變（biàn）消除目的，即使有少許應變傳（chuán）遞到連（lián）接器（qì）端子，所（suǒ）產生應力也不超（chāo）過端子在連（lián）接器（qì）中設計固持力（lì） 。

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2 高壓（yā）連接器發展趨勢

2.1 政策導向作用

    國家對新能源電動汽車產（chǎn）業政策的（de）製定要根據中國國（guó）情來決定。在發展綠色交通體（tǐ）係方（fāng）麵，國家計劃提出，加快車船結構升級，推廣使用（yòng）新（xīn）能源汽車，2020年新能源汽車產銷量達到200萬輛左右。加快推進城（chéng）市建（jiàn）成區新增和更新的公交、環衛、郵政、出租、通勤、輕型（xíng）物料配送車輛使用新能（néng）源或清潔能源（yuán）汽（qì）車，重（chóng）點區域使用（yòng）比例達到80%；重點區域港口、機場、鐵路貨場等新增（zēng）或更換作業車輛主要使用新（xīn）能源或清潔能源汽車。2020年（nián）底前，在物流園、產業園、工業園、大型（xíng）單列市建成區公交車全部更換為（wéi）新能源汽車。在物流園、產業園（yuán）、工業園、大型商業購物中心、農（nóng）貿批發市場等物流集散地建設集中式充電樁和快速充（chōng）電樁。根據國家的政策導向，整車廠也根據（jù）相關政策調整內部模式，這就決定了連接器的發展（zhǎn）方向。

2.2平台化及定製化

 電動汽車這（zhè）種（zhǒng）類型也多，比如說乘用車、物（wù）流車，包括（kuò）定製連（lián）接器，要求會（huì）不所不同，或者說會提出一些特別特殊的要求，所以包括（kuò）還有無人駕（jià）駛，物聯網車、新能源等等，我們連接器廠家要考慮（lǜ）一下，這種電動汽車細（xì）分（fèn）行（háng）業需求的定製化（整車端和電池端（duān）），我覺得或許（xǔ）會是一

個選擇不錯的嚐試，我們現在已（yǐ）經在邁向第（dì）一步。因（yīn）為總體來看，這（zhè）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，但是那個市場就是屬於我們的，我們在這個市場就是做到頂尖（jiān），這也是（shì）一個不錯的選擇。第二個就是（shì）平台化，未來電池和整車都會趨於平（píng）台化，如何跟（gēn）客戶保持深入的技術（shù）溝通，形成雙方平台化的產（chǎn）品很重要，國內主機廠比較多，大家平台現在也不同，比如電池整包廠特別多，每家自（zì）己的模組方案、電池箱成組方案都（dōu）不一樣，作為連接器廠家需要思考怎麽（me）樣做（zuò）適合平台化的應（yīng）用。

2.3小（xiǎo）型化及輕量化

在汽車工業日漸追求節能與（yǔ）環保的背景下（xià），汽車輕量化及小型化（huà）已成為（wéi）技術潮流，也是汽車廠（chǎng）商技術（shù）競爭的重點，通過控製整車重量，可以有效的降低油耗，減小尾氣排放，提高燃油能效。在汽（qì）車工業這樣的大環境（jìng）下，也帶動新（xīn）能源連接器（qì）必須走小型化及（jí）輕量化。

汽車小型化及（jí）輕量（liàng）化的一係列重要解決方案，包括引入更小尺寸的高性能銅合金導線做為信號傳輸（shū）線，同時引入向微型化發展的端子及接（jiē）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證方法；采用高性能端子（zǐ）來降低小功（gōng）率傳輸導線尺寸（cùn）的（de）原理，以及采用鋁導線替代傳輸較大功率的大線徑銅導線。

 3 結論

通過分析新（xīn）能源連接器的主要（yào）技（jì）術參數及選用原則，隨（suí）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（duō）整車的（de）數（shù）據返回，他們（men）會形成一個聯盟，他們會根據數據不斷的改良，達到一個最（zuì）優的產品。

同時，隨著國（guó）內連接器廠商，在實際使用過程（chéng）中得到的主（zhǔ）機廠（chǎng）和用戶的實際反饋。連機（jī）器廠商們也在不停（tíng）地去模擬真實用戶使用環境下，連接器是（shì）否穩定;包括（kuò）我們新材料的研發（fā）和技術壁壘（lěi）的（de）攻克，成本（běn）是否能（néng）夠商業化。在不久的將來，這些都不會是問題，都會被克服掉。