新能源汽車（chē）高壓連接器技（jì）術（shù）、設計及趨勢

近年來（lái），由於受到全球經濟波動的（de）影（yǐng）響，北美、歐洲和日本（běn）連接器市場增長緩慢，而以中國為代表的新興市場呈現（xiàn）持續增長勢頭，成為推動全球連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產基地轉移到（dào）國內，包括TE Connectivity、Molex、Delphi等持續在國內投（tóu）資建廠，中國已經成為全（quán）球最（zuì）大的連接器生產（chǎn）基地，尤其在政（zhèng）府的政策推動激勵下，我國新能（néng）源汽車行業穩健發展帶動了汽車連接器的持續發展。我國（guó）連接器經過了多年的技（jì）術積累，無論在設計（jì）能力還是（shì）自動化生產能力上已經滿足了新能源汽車高壓連接器所（suǒ）要求的技術水（shuǐ）平。在下遊廠商國產化和技術能力足夠滿足的前提下，國內廠商已經占（zhàn）領了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超車，有機會打破外商在傳（chuán）統汽車連接器的壟斷（duàn）地位。

1 高壓連接器技術分析

1.1 高壓連接器在（zài）整車係統（tǒng）中（zhōng）的應用

新能源（yuán）汽車用（yòng）連接器是連接（jiē）器大類中的一種（zhǒng），是近幾年隨著國家（jiā）新能源汽車（chē）的發展，逐漸從傳統高壓大電流和傳統低壓汽車連接器中分離（lí）出（chū）來的一類連接器。相較於傳統高壓大電流連接器，新能源（yuán）汽車用連（lián）接器的使用工況更（gèng）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（jí）的提高（目前主流係統的電壓均高於300V DC），增加了人體受到電（diàn）擊（jī）傷害的風險，對連接器的安全性要求更高；所以對產品的絕緣、防護要（yào）求等比傳統（tǒng）低壓插件均有所提高。

新能源汽車用連接器的作用主要是保證整車高壓互聯係統，即在內部電路被阻斷或孤立不通處架起橋（qiáo）梁從而使電流流通。新（xīn）能源車用連接器的組成一般可分為：外殼、密封件等輔助（zhù）結構，絕緣件，導電接觸對三部分組成。通過插頭護套和插座護套間的對插、相（xiàng）互配合，即（jí）可達到接通和導（dǎo）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（xiàn）纜同時作用，將電池包的能量通過不同的電氣回路，輸送（sòng）到整車係統中各部件，如電池包（bāo）、電機控（kòng）製器、DCDC轉換器、充電（diàn）機等車身（shēn）用電單元。

1.2 高壓連接器設計關（guān）鍵項分析

1.2.1溫升及降（jiàng）額曲線值

溫升是連接器設計最重要的（de）設計關鍵項之一，異常的溫升會導（dǎo）致連接器因為溫（wēn）升過高，發生燒蝕（shí）。

連接器的溫升受如下因素影響：

1、 接觸（chù）電阻：用於導電連接，兩接觸載（zǎi）體之間的電阻，如針孔對（duì）插接觸電阻（zǔ）、針孔尾部與導線壓接電阻、螺（luó）紋連（lián）接銅牌與（yǔ）銅牌（pái）之間的接觸（chù）電阻

2、物質環境（jìng）加熱：當連接器長期處於一個高溫環境，由於連（lián）接器所用的材料都是工程（chéng）塑料、金屬、橡膠等，尤其工程塑料要求最高工作溫度140℃，但當產品使用的環境溫（wēn）度過高，連接器由於自身接觸內阻發熱在達到熱平衡時（shí），加上所處的環境溫度高（gāo）於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（qì）內部針孔件發熱導致內部溫度排不出（chū）來話，內部溫（wēn）度（dù）會持續升高，連接器就（jiù）會產生很大的熱量，導致連接器出現燒蝕引起車輛燃燒，這是非常嚴重的問題。橡膠材料和金屬材料均有最高工作溫度限製，設計時均需要考慮（lǜ）。

3、板端的連接：設計的時候要用螺栓的情況下，或者要用預防措施，防止供貨的時候鬆脫（tuō）；同時在螺栓連（lián）接時，一定要根據操作規範進行扭力檢測。導電（diàn）部件螺釘連接情況下，主要的失效（xiào）模式之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、降額曲線：現在我們來討（tǎo）論下降額曲線，在我的理解中，降額曲（qǔ）線圖就好比你去（qù）選擇一個商品，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（yào）根據這個商品的一個（gè）屬性值來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（gěi）客戶提供一份菜單，客戶根據（jù）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（duì）整個的高壓互連係統來講，為了保證高壓係統上下電時的安全，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（shí），高壓回路先接觸導通，後高壓互鎖信號回路再導通；分斷時（shí），先高壓互鎖信號分斷，後高壓回路（lù）斷開。大多數連接器（qì）廠家會把高壓互鎖設計放在連接器內部（bù），也有（yǒu）一部分廠家會把高壓互鎖通（tōng）過輔助結構設（shè）計放在對插腔體的外部。確保高壓互鎖回路的穩定性，十分（fèn）重要。如果（guǒ）說高壓（yā）互鎖不連續，可能帶來的影（yǐng）響會很惡劣，比（bǐ）如車正在行駛過程中，突然高壓互鎖回路信號異（yì）常，導致整車突然掉電，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，是更要有效（xiào）地對其保（bǎo）護，這個真正的含義就是在一次鎖止後，如果一（yī）次鎖（suǒ）失效了或者沒有操作核實到位，二次鎖就是確保一次鎖鎖好以後，對第一次鎖進（jìn）行保護（hù），這是一個很重要的作用。二次鎖緊結構結合一次鎖裏麵最（zuì）常用的（de）就是力臂機構，因為一次鎖緊跟插拔力有關，所以按照力（lì）學設計理念需要一（yī）種類似於力臂機構的形式，這樣才能達到既（jì）省力，也（yě）能夠很輕鬆地把連接器插（chā）到位。對於（yú）力臂的要求，USCAR裏麵講到了很多的力臂的人機工程的可操作性。USCAR裏麵也規（guī）定了相關一（yī）次鎖和二次鎖（suǒ）在對插和不對插情況下的力的要（yào）求。其實我們大

家都會認為USCAR是連接器的標準，但我認為USCAR標準不僅僅是作為一個技術性標準，而且還指導了設計者在設計過（guò）程中把結構做可靠，怎麽在結構及性能可靠的前提下，也能（néng）夠提（tí）供客戶更好的（de）產品體驗感（gǎn）。下圖2是比（bǐ）較常見的鎖緊結構產品圖。

1.2.4 防護等級

連接器的防護主要分在三個布置：

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械連接方式安裝，這種是比較常用（yòng）的結（jié）構，也有一些比較特殊的（de）結構（圖3）；

第二個是（shì）頭座對插密封：頭座對插就是公端（duān）包含母端或者（zhě）是母端包含公端中間采用橡膠件（jiàn）進行徑向和軸向之間的防護（圖4）；

第三個是線端密（mì）封，線端連接器跟電纜之間的（de）防護（hù）密封（圖5）。

對於電動汽車（chē）高壓連接器隨著市場的發展，主機廠對產品防護（hù）的（de）性能（néng）要求也在不斷地提高。行業發展初期，IPI67的防（fáng）護要求已經可（kě）以滿足絕大部分客戶。但是後期隨著市（shì）場上出現的連接器（qì）產品（pǐn）防護失效，導致產品出現漏水，絕緣（yuán）故障、甚至燒蝕（shí）的案例也越來（lái）越（yuè）來（lái）越多。

防護要求逐（zhú）步的提高成為電動車發展趨（qū）勢，目前IP67的要求不能滿足正常的使用要求，當然這也不是絕對的，還要看（kàn）連接器（qì）在（zài）車上布置的位置。根據高壓回路在整車布置來講，都會（huì）懸掛在汽車底（dǐ）盤下麵，高壓不得進艙內這是一個原則，所以說大（dà）多數高壓連接器都是會在底盤靠（kào）近地麵，或者靠近輪（lún）轂的位（wèi）置，當一些天氣惡劣的（de）時候，比如說（shuō）嚴酷的天氣很大的暴（bào）雨或者說一（yī）些嚴寒的天（tiān）氣，你的輪胎帶起來的水其實會衝（chōng）擊這些連接器，如果大（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（shí）沒（méi）有6k9k大。當汽車高速行使的時候，突（tū）然涉水時，瞬時湧向連接器的水壓會（huì）很大，所以說（shuō）IP67有的時候是很難滿足實際的使用要求。針對這（zhè）一點（diǎn）的話，現在國內標（biāo）準QC/T1067,國外標準USCAR將連（lián）接器密封分為兩個等級S1和S2。S2等級（jí）的話，明確規定適用的場合是底盤的位置較（jiào）低，推（tuī）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（lián）接（jiē）器並不是布置在上述位置，IP67的設計其實還是可以滿足整車使（shǐ）用（yòng）要求。

1.2.5 電磁屏蔽

電動（dòng）汽車有很多的電子器件，電流會產生磁場，整車零部件要有抗幹擾的（de）能力。尤其是電動汽車現在（zài）作為一個載體，無人駕駛（shǐ）會在這個基礎上更（gèng）多地開發，所以這個技術問題非常重要。對於高壓係統而言，屏蔽連接器、電纜是非常重要的，但是我們更多的是要優先考慮係統級（jí）的布置，這是（shì）一個前提條（tiáo）件（jiàn），如果你的OBC，你布置的位置（zhì），包括係統中的（de）DCDC，是不是本身可（kě）能會有一些先天性的問題，即使連接器（qì）做得再好，也會出現各種信（xìn）號幹擾的（de）問題，所（suǒ）以首先要考慮（lǜ）係統型的，其次考（kǎo）慮零部件級的（de）。對於（yú）連接器屏蔽效能，一般會采用二個方式（shì）。第一種（zhǒng）方式（shì），我們在一些塑料連接器上，裏麵會有金屬屏蔽罩，電纜屏蔽層會跟金屬（shǔ）殼的屏蔽層相連，形（xíng）成（chéng）一（yī）個有效的360°的屏（píng）蔽層。第二種方式，大多數的高壓小電流的連接（jiē），都不會（huì）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常用的方（fāng）式，包括國內一些比較知名的主機（jī）廠也在考慮（lǜ）這種方式，我們叫spring contact（英（yīng）文），其（qí）實就是（shì）一個彈簧的連接。這種結構（gòu）的好處也是（shì）很多的，因為尺寸、空間（jiān）會更（gèng）小，它的（de）接

觸點也會更多；此結構的（de）製造商很多（duō），主要代（dài）表的公司像瑞士的寶馬彈簧、美國的巴塞爾等（děng），他們在這塊有很多實際成（chéng）熟（shú）應用案例。大多（duō）數情況下（xià），導（dǎo）線和（hé）屏蔽層的連接，我們（men）會用金屬內、外環的形式，進行（háng）壓接（jiē），將屏蔽層置於兩個金屬環之間（jiān），通過冷壓變（biàn）形使屏蔽層和金屬環進行緊密固定。另外，我們還有一（yī）種屏蔽方式（shì），它通過一（yī）種類似於表帶簧的結構，用以替代彈（dàn）簧連接，該結構常在（zài）軍用產品上使用，技術成熟；我們做過相關測（cè）試，均能滿足設計要求。該結構應用在新能源電動車的屏蔽，既能夠滿足性能要求，同時又是衝製件，適合批量生產，性價比高。

1.2.6連接器材質（zhì）

連接（jiē）器（qì）絕緣件材質一（yī）般選用PA66、PBT、ABS、PC等。接觸件材質一（yī）般選（xuǎn）用黃銅、磷青銅、鈹銅等，但現在國（guó）外（wài）用（yòng）的比較多的材料是銅鎳矽材料。連接（jiē）器殼（ké）體（tǐ）材質一般分為塑料和金屬兩種材質。

關於如何選擇塑料材質或者金屬材質，一般（bān）有如下幾個參（cān）考點：

1.輕量化

由於對整車輕（qīng）量化的需求，尤其是乘用車廠商會在滿（mǎn）足產品性能的前提下，盡量去選擇塑料連接器，以達到控製整車重量。

2.產品的使用環境

由於金屬材料的機械強度比塑料（liào）好。所以在一些使（shǐ）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、渣土車，以及整車在布置時，未做防護的電氣連接部位。此時，金屬材質相（xiàng）比塑料材質的連接（jiē）器在受環境影響及機械強度方麵略勝一籌。

3.屏蔽實現方式

針對屏蔽連接器（qì），由於金屬連接器自身的外（wài）殼就是用於導通屏蔽，形成屏蔽（bì）保護的載體（tǐ）。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（bì）效能，外形結構更為緊湊（còu）。

（3）額定電流：電氣設備的額定電流是指在基準環境溫度下，在額定電壓工作條件下，發（fā）熱不超過長期發熱允許溫度時所允許長期通過的最（zuì）大電流。

對電動汽車（chē）而言，P=UI,額定電流是（shì）根據電氣設備的功率P，輸出電（diàn）壓U決定。

峰值電流：電動汽車在急加速（sù），爬（pá）坡，超載的瞬間產生的最大電流值。

載流截麵積與（yǔ）連（lián）接器（qì）額（é）定電（diàn）流成正比，換句話說，插針/孔/導（dǎo）線截（jié）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）設計HVIL功能目的

確認整個高壓係統的完整（zhěng）性，當高壓係（xì）統回路斷開或（huò）者完整性受到破壞的時候，激發整（zhěng）車的安全措施（shī）啟動。

（4.2）HVIL功能的實現

a.需要整個係（xì）統構成，係統開發時就要設計進去；

b.主要通過連接（jiē）器來完成；

c.HVIL電路是低壓電，相對於功（gōng）率電路，是獨立的。

（4.3）連接器HVIL功（gōng）能（néng）實現原理

功率和信號端子應滿足：

——連接時，功率端子先接通（tōng），信號端子後（hòu）接通。

——斷開時，信號端子先（xiān）斷開，功（gōng）率端子（zǐ）後斷（duàn）開（kāi）。

特（tè）別說明：功率端子的接通，表示良好的接觸，虛接觸是不可接受

 （5） 屏蔽

交（jiāo）變電場屏蔽:為降低交變電場對敏感（gǎn）電路的耦合幹擾電壓（yā），可以在幹擾源和敏感電路（lù）之間設置導電性好的金屬屏蔽體，並將金（jīn）屬屏蔽體接地。

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

（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（biǎo）示電器防塵、防止（zhǐ）外物侵入的（de）等級，第二個標記數（shù）字（zì）表示電（diàn）器防濕（shī）氣、防水侵入（rù）的密閉程度，數（shù）字越大表示其防護等級越高。

（7）出線方式

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

（8） 插座安裝方（fāng）式

為滿足主機廠設計人（rén）員（yuán）對連接器不同布置方式的（de）需求，電連接器插座安裝方式細分為以下四種：

 1.6.2.3選（xuǎn）項（xiàng）注意事項

（1）電壓選型需匹配：整車經過負載計算的（de）額定電壓應小於等於連接器額定電壓，若整（zhěng）車工作電（diàn）壓超出連接器額定電壓長時間運行，電連接器有爬電燒蝕風險。

（2）電流選型（xíng）需（xū）匹配：整車經過負載計算的額定（dìng）電流應小於等於連接器額定電流，若整車（chē）工作電流超出連接器額（é）定電流長時間運（yùn）行，電連接器有（yǒu）過載燒蝕風險（xiǎn）。

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（3）電纜選型需（xū）匹配：整車電纜（lǎn）選型匹配分為電纜載流匹配和電纜與連接器密封匹配，關於電纜載流，各主機廠有專門（mén）的電氣工程師進行（háng）匹配設計，在此不作解釋。

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，從而實現可（kě）靠的防護性能，如IP67；根據（jù）計算，實現（xiàn）特定（dìng）的（de）接觸壓力（lì）依靠密封件特定（dìng）的壓縮量實現，依此推出，若需（xū）可靠防護，連接器的（de）密封防護在設計之初就對電（diàn）纜有特定的尺（chǐ）寸要求；

同等規格的載流（liú）截（jié）麵，電纜可有不同的外徑尺寸，如（rú）屏蔽電纜與（yǔ）非屏蔽電纜，國標電纜與LV216標準電纜（lǎn），具體（tǐ）匹配何種電纜，連接器選型規格書均有明確表述，故連接器選型時需（xū）特別注意適配電纜規格要求，以（yǐ）防造成連接器密封失效。

（4）整車需柔性布線：對於整車布線（xiàn），現各主機廠均有彎曲半（bàn）徑及鬆弛（chí）度要求；根據連接器在整車

使（shǐ）用案（àn）例，建議線束裝配完成後，連接器端子本身不受應力，隻有當線束（shù）整體因汽車運行受到（dào）振動、衝擊與車身發生相對位移時，通過線束柔性達到應變消（xiāo）除目（mù）的，即（jí）使有少許應變傳（chuán）遞到連接（jiē）器端（duān）子，所產生應力也不超過端子在連接（jiē）器中設計固持力 。

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2 高壓連接器發展趨勢

2.1 政策導向作用（yòng）

    國（guó）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（dìng）。在發展綠（lǜ）色交通體係方麵，國家計劃（huá）提（tí）出，加快車船（chuán）結（jié）構（gòu）升級，推廣使用新能源汽（qì）車，2020年新（xīn）能源汽車產銷量達到200萬輛左右（yòu）。加快推進城市建成區新（xīn）增和更（gèng）新的公交、環衛、郵政、出租、通勤、輕型物料配送（sòng）車輛使用新能源或清潔能源汽車，重點區域使用（yòng）比例達到80%；重點區域（yù）港（gǎng）口、機場、鐵路貨場等新增（zēng）或更換作業車輛主要使（shǐ）用新能源（yuán）或清潔能源汽（qì）車。2020年（nián）底前，在物流園、產業園、工業園、大型單列市建成區公交車全部更換為新能（néng）源（yuán）汽車。在物流園、產業園、工業園（yuán）、大（dà）型商業購（gòu）物中心（xīn）、農貿批發市場等物流集（jí）散地（dì）建設集中式（shì）充電樁和快速充電樁。根據國家（jiā）的政策導向，整車廠也根據相關政策調整內部模式，這就（jiù）決定了連接器的發展方向。

2.2平台化及定製化

 電動汽車（chē）這（zhè）種類型也多，比如說乘用車、物流車，包括定製（zhì）連接器（qì），要求會不所（suǒ）不同，或者說會（huì）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，我們連接器廠家要考慮一下，這種電動汽車細分行業需求的定製（zhì）化（整（zhěng）車（chē）端和（hé）電池端），我（wǒ）覺得或許會是一

個選擇不錯的（de）嚐試，我們現在已經在邁向第一步。因為總體來看，這些類（lèi）型的車都會在不同的場合應用，其實都是一個細分領域，雖然量沒有（yǒu）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，這（zhè）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平台化，如（rú）何（hé）跟客戶保持深入的技術溝通（tōng），形成雙方平台化的產品很重要，國內主（zhǔ）機廠比較多（duō），大家（jiā）平台現在也（yě）不同，比（bǐ）如電池整包廠特別多（duō），每家自（zì）己的模組（zǔ）方案、電池箱成組方案都不（bú）一樣，作為連接（jiē）器廠（chǎng）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（qì）車工業日漸追求節能與環保的背景（jǐng）下，汽車輕量（liàng）化及小型化已成為技術潮（cháo）流，也是汽車廠商技術競爭的重點，通過控製整車重量，可以有效的降（jiàng）低油耗，減小尾氣排放，提高燃（rán）油能效（xiào）。在汽車工業這樣的（de）大環（huán）境（jìng）下，也（yě）帶動新能源連接（jiē）器必須走小型化及輕量化。

汽車小型化及輕量化的一係列重（chóng）要解決方案，包括引入更小尺（chǐ）寸（cùn）的高性能銅合金導線做為信號（hào）傳輸線，同時引入向微型化發展（zhǎn）的端子及接觸（chù）件係統，以及該微型化產生的壓接不（bú）穩定的優化及可（kě）靠（kào）驗證方法；采用高性能端子來降低小功率傳輸導線（xiàn）尺寸的原理，以（yǐ）及采用鋁導線（xiàn）替代傳輸較大功率的大線徑銅導線。

 3 結（jié）論

通過分析新能源連接器的主要（yào）技術參數及選（xuǎn）用（yòng）原則（zé），隨著我們不斷地去搜集各種各樣的（de）數據反饋，在國外的話，甚至（zhì）連接器的廠家設置了很多整（zhěng）車的（de）數據返回，他（tā）們會形成一個聯盟，他們會根據數據不斷的改良，達到一個最優的產品。

同時，隨（suí）著國內連接器廠商，在實際使用過程中得到的主（zhǔ）機廠和用戶的實際反饋。連機器廠商（shāng）們也在不停地去模（mó）擬真實用戶使用（yòng）環（huán）境下，連（lián）接器是否穩定;包（bāo）括我們新材料的研發和技術壁壘的攻克，成本是否能（néng）夠商業化。在不久的將來，這些都不（bú）會是問題，都會被克服掉。