新能源汽車高壓連接器技（jì）術、設計及（jí）趨勢

近年來，由於受到全球經濟波動的影響，北美、歐洲和日本連接器市場增長緩（huǎn）慢，而以中國為代表的新興市場呈現持續增長勢（shì）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國（guó）內，包括TE Connectivity、Molex、Delphi等持續（xù）在國（guó）內投資建廠，中國已（yǐ）經成為全球最大的（de）連接器（qì）生產基地，尤其在政府的政策推動激勵下，我國新能源（yuán）汽車行業穩健（jiàn）發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（jì）術積累，無論在設計能（néng）力還是自動化（huà）生產能力上已經滿足了新（xīn）能源汽車高壓連（lián）接器所要求的（de）技術水平。在下遊廠商國（guó）產化（huà）和技術能力足夠滿足的前提下（xià），國（guó）內廠商已經（jīng）占領了（le）新能源汽車高壓連接器的至高點（diǎn），希（xī）望（wàng）在這個新的領域實現（xiàn）彎道超車，有機（jī）會打破外（wài）商在傳統（tǒng）汽車連（lián）接器的壟斷地位。

1 高壓連接器（qì）技術分析

1.1 高壓連接器在整車係統中（zhōng）的應用

新能源汽車用連（lián）接器是連接器大類中的一種（zhǒng），是近幾（jǐ）年隨著國家新（xīn）能源汽車的發展，逐（zhú）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（lián）接器。相較於傳（chuán）統高壓大電流連接器，新能（néng）源汽車用連接器的使用工況更複雜多變，對連接器的可（kě）靠性要求更高；相較於傳統低壓汽車連接器，由（yóu）於電壓等級的提高（目前主流係統的電（diàn）壓均高於300V DC），增加了人體受到電擊傷害的風險，對連接（jiē）器的安全性要求更高；所以對產品的絕緣、防（fáng）護要求（qiú）等比（bǐ）傳統低壓（yā）插件均有所提高。

新能源汽車用連接器的作（zuò）用主要是（shì）保證整車高壓互聯（lián）係統（tǒng），即在（zài）內部（bù）電路（lù）被阻斷（duàn）或孤立不通處架起橋梁從而使電流流通。新能源車用連接（jiē）器的組成一般（bān）可分為：外殼、密封件等輔助結（jié）構，絕緣件，導電接觸對（duì）三部分組成。通過插頭護套和插座護套間的對插、相互配合，即可達到接通和導（dǎo）電的功能。高壓（yā）連接器主要使（shǐ）用在新（xīn）能源汽車（chē）高壓大電流回路，和導電線纜同時作用，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（zhōng）各部件，如電池包（bāo）、電機（jī）控製（zhì）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（jiàn）項分析

1.2.1溫升（shēng）及降額曲線值

溫升是連接器設（shè）計最重要的設計關（guān）鍵項之一，異常的溫升會導致連接器因為（wéi）溫升（shēng）過高，發生燒蝕。

連接器的溫（wēn）升受如下因素影響：

1、 接觸電阻：用於導電連接，兩接（jiē）觸載體之間的電（diàn）阻，如針孔對插（chā）接觸電阻、針孔尾部（bù）與導線壓接電阻、螺紋連接銅牌與銅牌之間的接觸電阻

2、物質（zhì）環境加熱：當連接器長（zhǎng）期處於一個高溫環（huán）境，由於連接器所用的材料都是工程塑料、金屬、橡膠等（děng），尤其工程塑料要求最高工（gōng）作溫度（dù）140℃，但當產品使用的環境溫度過高，連接器由於自身接（jiē）觸內阻（zǔ）發熱在達到熱平衡（héng）時，加上所處的環境溫度高於了材料允許使用最高工作溫度。此時，若連接（jiē）器長期處於一個該（gāi）環境，連接器內部針孔件發熱導（dǎo）致內部溫度排不出來（lái）話，內（nèi）部溫度會（huì）持續升高，連接器就會產生很大的熱量，導致連（lián）接器出現燒蝕引起車（chē）輛燃（rán）燒（shāo），這是非（fēi）常嚴重的問題。橡（xiàng）膠材料和（hé）金屬材料均（jun1）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（jì）的時候（hòu）要用（yòng）螺栓的情況下，或（huò）者要用預防措施，防止（zhǐ）供貨的時候鬆脫；同時（shí）在螺栓連接時，一定要根據操作規範進行（háng）扭（niǔ）力檢測。導電部件螺釘連接情況下（xià），主要的失效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：現在我們來討論下降額（é）曲線（xiàn），在我的理解中，降額曲線（xiàn）圖就好比你（nǐ）去選擇一個商品，這個（gè）商品（pǐn）要用在（zài）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（zhí）來確定（dìng）你選擇哪（nǎ）個區間範圍內的商品。高壓連接器（qì）的（de）降額曲（qǔ）線圖就是給（gěi）客戶提供一份（fèn）菜單，客戶根據這個（gè）菜（cài）單對應（yīng）自己的口味選（xuǎn）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（hù）鎖概（gài）念（niàn）。簡單描述為，連接（jiē）器在插合導通時，高壓回路（lù）先接觸導通，後高壓互鎖信號回路再導通；分斷時，先高壓互鎖信號分（fèn）斷，後高壓回路斷開。大（dà）多數連接（jiē）器廠家會把高壓互鎖設計放在連接器內部，也有一部分（fèn）廠家會把高壓互鎖通過輔助結構設計放在對（duì）插（chā）腔體的外部。確保高壓互鎖回路的穩定性，十分重要（yào）。如果說高壓（yā）互（hù）鎖不連續，可能帶來的影響會（huì）很惡劣，比如車正在行駛過（guò）程中，突（tū）然高壓互鎖回路信（xìn）號異常，導致整車突（tū）然掉（diào）電，不能正（zhèng）常運行，這樣會造成交通事故。

1.2.3 鎖緊結構

理解真正（zhèng）的二次鎖不是有一個二次的保護作用（yòng），是更要有效地對其保護，這個真正的含義就是在一次鎖止後，如果（guǒ）一次鎖失效了或者沒有操作核實到位，二次鎖就是確（què）保一次鎖鎖（suǒ）好（hǎo）以後，對第一（yī）次（cì）鎖進行保護（hù），這是一個很重要的作用。二次鎖（suǒ）緊（jǐn）結構結合一次鎖裏麵最常用的就（jiù）是力臂機構，因為一次鎖緊跟插拔力有（yǒu）關，所以按照力學設計理念需要一（yī）種（zhǒng）類似於力臂機構的形式，這樣才（cái）能達到既省力，也能夠很輕鬆地把連接器（qì）插到位。對於力臂的要求，USCAR裏麵講到了很多的力臂的人機工程的可操作性。USCAR裏麵也規定（dìng）了相關一次鎖和二次（cì）鎖在對插（chā）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（de）標準，但我認為USCAR標準不僅僅是作為一個（gè）技術性標準，而且（qiě）還指導了設計者（zhě）在設計過程中把結構做可靠，怎麽在結構及性能可靠的前（qián）提下，也能夠提供客戶更（gèng）好的產品（pǐn）體驗感。下圖2是比較常見（jiàn）的鎖緊結構產品圖（tú）。

1.2.4 防護等級

連接器的防（fáng）護主要分在三個布置：

第一個是板（bǎn）端密封：板（bǎn）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，這種是比較常用的結構，也有一些比較特殊（shū）的結構（圖3）；

第二個是頭（tóu）座對插密封：頭（tóu）座對（duì）插（chā）就是公端包含母端或者是母端包含公端中間采用橡膠件進行徑向和（hé）軸（zhóu）向之間的防護（圖4）；

第三（sān）個是線端密封，線端連接器跟電纜之間的防護密封（圖5）。

對於電動汽車高壓連接器（qì）隨著市場的發展，主機（jī）廠對產品防護（hù）的性能要求也在不斷地提高（gāo）。行（háng）業發（fā）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出現的（de）連（lián）接器產品防護失效，導致產（chǎn）品出現漏水，絕緣故障、甚至燒蝕的案例也越（yuè）來（lái）越來越多。

防護要求逐步的提高成為電動車發（fā）展趨勢，目前IP67的（de）要求不能滿足正常的（de）使用要（yào）求，當然這也不是絕對的，還要（yào）看連接器在（zài）車上布置的位置。根據高壓回路在整車布置（zhì）來講，都會懸掛（guà）在汽車底盤下麵，高壓不得進艙內這是一個原則，所以說大多數高壓連接器都是會在底盤靠近地（dì）麵，或者靠（kào）近輪轂的位置，當一些（xiē）天氣惡劣的時候，比如說嚴酷的天氣很大的暴（bào）雨或者說（shuō）一些嚴寒的（de）天氣，你的輪胎帶起來的水其實會衝（chōng）擊這些連接器，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（huà），高壓水槍（qiāng）的衝擊的壓力，其實沒有6k9k大（dà）。當（dāng）汽車高速行使的時候，突然涉水（shuǐ）時，瞬時湧向連接器的水壓會很大，所（suǒ）以說IP67有的時候是很（hěn）難滿足實際的使用要（yào）求。針（zhēn）對這一點的話，現在國內標準QC/T1067,國外標準USCAR將連接（jiē）器（qì）密封分為兩個（gè）等級S1和S2。S2等（děng）級的話，明確規（guī）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（jiē）防護的話一定是6K和9K。如果連接器並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（yòng）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（líng）部件要（yào）有抗幹擾的能力。尤其是電動汽車現在作（zuò）為（wéi）一個（gè）載體，無（wú）人駕駛會（huì）在這個基礎上更多地開發，所以這個技術問題非常重要（yào）。對於高壓係統而言，屏蔽連接器、電纜是非常重要的，但是我（wǒ）們更多的是要優先考慮係統級的布置，這是一個前提條件，如（rú）果你的OBC，你布置的位置，包括係統（tǒng）中的DCDC，是不是本身可能會有一些先天性的（de）問題，即使連（lián）接器做得再好（hǎo），也會出現各種信（xìn）號幹擾的問題，所以首先要考慮係統型的，其次考慮零部件級的。對於連接器屏蔽效（xiào）能（néng），一般會采（cǎi）用二個方式。第一種方式，我們在一些塑料連接器上（shàng），裏（lǐ）麵會（huì）有金屬（shǔ）屏蔽罩，電纜（lǎn）屏蔽層會跟金屬殼的屏蔽（bì）層相連，形成一個有效的360°的屏蔽層。第二種方式，大多（duō）數的高壓小電流的（de）連接，都不會有二次的連接，會采用跟（gēn）電纜的屏蔽層相接，這種方式也是現有廠（chǎng）家常用的方（fāng）式（shì），包括國內一些比較知名的主機廠也在考慮這種（zhǒng）方式，我們叫spring contact（英文），其實就是一個彈簧的連接。這種結構的好處也是很多的，因為尺寸、空間會更小，它的接

觸點也（yě）會更多；此結構的製造商很多，主要代表的公司像瑞士的寶馬彈簧、美國的巴（bā）塞爾（ěr）等，他們在這塊有很多實際成熟應用案例。大多數情況下，導線和屏蔽層的連接，我（wǒ）們會用金屬內（nèi）、外環的形式，進行壓接，將屏蔽層置於兩個金屬環之間，通過冷壓變形（xíng）使屏蔽層和金（jīn）屬環進行緊密固定。另外，我們還有一種屏蔽方式，它通過一種類（lèi）似於表帶簧的結構，用以替代（dài）彈簧連接，該結構（gòu）常在軍用產品（pǐn）上使用，技術成熟（shú）；我們做過相關測試，均能滿足設計要求（qiú）。該結構應用在（zài）新能源電動車的屏蔽，既能夠滿（mǎn）足性能要求，同時（shí）又是衝製件，適合批量生產，性價比高（gāo）。

1.2.6連接器材質

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

關於如何選擇塑料材質或者金屬材質，一般有如下幾個參考點：

1.輕量（liàng）化（huà）

由於對整車輕量化的需求，尤其是乘用車廠商會在（zài）滿足產品性能的前提下，盡（jìn）量去選擇塑料連（lián）接器，以達到（dào）控（kòng）製整車重量。

2.產品的使用環境

由於金屬材料的機械強度（dù）比（bǐ）塑料好。所以在一些使用環境比（bǐ）較惡劣的環境下（xià），金屬連接（jiē）器會更適合。例如像特種車輛、渣土車（chē），以及整車在布（bù）置時，未做防護的電氣連接部位。此時，金屬材質（zhì）相比塑料（liào）材質的連接器（qì）在受環境影響及機械強度方麵略勝（shèng）一籌。

3.屏蔽實現方（fāng）式

針（zhēn）對屏（píng）蔽連接器，由於（yú）金屬連接器自身（shēn）的外（wài）殼就是用於導通屏蔽（bì），形成屏蔽保護的載體。一般（bān）情況下，金（jīn）屬連接器較塑料連（lián）接器更容易實現更為優異的屏（píng）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境溫度下（xià），在額定電壓工作條件（jiàn）下，發熱不超過長期發熱允許溫度時所允許長期通過（guò）的最大電流。

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

峰值電（diàn）流（liú）：電（diàn）動汽車在急加速，爬坡，超載的（de）瞬間產生的最大電流值。

載流（liú）截麵積與連（lián）接器額定電（diàn）流成正（zhèng）比，換句話說，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）設計HVIL功能（néng）目的

確認整個高壓係統的完整性，當高（gāo）壓係統回（huí）路（lù）斷開（kāi）或者完整性受到破壞的時候，激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（xì）統構成，係統開發時就要設計進去；

b.主要通過連接器來完成；

c.HVIL電路是低壓（yā）電，相對於功率電路，是獨（dú）立的。

（4.3）連（lián）接器HVIL功能實現原理

功率（lǜ）和（hé）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，信號端子先斷開，功率端子後斷開。

特別說明：功率端子的接通（tōng），表示良（liáng）好的接觸，虛接觸是不可接（jiē）受

 （5） 屏蔽

交變電場屏蔽:為降低（dī）交變電場對敏感電路的耦合幹擾電壓，可以在幹（gàn）擾源和敏感電路之間設置導電（diàn）性好的金屬屏（píng）蔽體，並（bìng）將金屬屏蔽體接地。

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

（6） 防護等級

IP防（fáng）護等級是由兩個數字所組成，第一（yī）個標記數字表示電器防（fáng）塵、防止外物侵入的等級，第二個標記數字表示電器防濕（shī）氣、防（fáng）水侵入的密閉程度（dù），數字越大表示其防護等級越高。

（7）出線方式

主要指電連（lián）接器插（chā）頭尾部電纜出線角度與插（chā）座安裝麵法向方向之（zhī）間的角度，依此劃分，常見的有90°(彎式)及（jí）180°(直（zhí）式)出線電（diàn）連接器（qì）。

（8） 插座安裝方式

為滿足主機廠設計人員對連（lián）接器不同布置方式的（de）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）電壓選型需匹配：整車經過負載計算（suàn）的額定電壓應小於等於連接器額定電壓，若整（zhěng）車工作電壓（yā）超（chāo）出連接器額定電壓長時間運行，電連接（jiē）器有（yǒu）爬電燒蝕風（fēng）險。

（2）電流選型（xíng）需匹配：整車經過負載計算的額定電流應小於等於連接器額定電流，若整車工（gōng）作電（diàn）流超出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：整車電纜選型匹配分為（wéi）電纜載（zǎi）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（de）電氣工程師（shī）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（ér）實現（xiàn）可靠的防（fáng）護性能，如IP67；根據計算，實現特定的接觸壓力依靠密（mì）封件（jiàn）特（tè）定的壓（yā）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有特定的尺寸要求；

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

（4）整車需柔性布線：對（duì）於整車布（bù）線，現各主機廠均（jun1）有彎曲半徑及（jí）鬆弛度要求；根據連接器在整車

使用案例，建議線束裝配完成後，連接器端子本身不受（shòu）應力，隻有當線束整（zhěng）體（tǐ）因汽（qì）車運（yùn）行受到振動、衝擊與車身發生（shēng）相對位移（yí）時，通過線束柔性達到應變消除目的（de），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中設計固持力 。

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2 高壓（yā）連接器發展趨勢

2.1 政策導向作（zuò）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（sè）交通體係方麵，國家計劃提出，加快車船結構升級，推廣使用新能源汽車，2020年新能源汽（qì）車產銷量達到200萬輛左右。加快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能源汽（qì）車，重點（diǎn）區域使用比例達到80%；重點區域港（gǎng）口（kǒu）、機場、鐵路貨場等新增或更換作業車輛主要使用新能源（yuán）或清潔能源汽車。2020年底前，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源汽車。在（zài）物流園、產業園（yuán）、工業園、大型商業購物中心、農貿批發市場等物流集散地建設集中式充（chōng）電樁和快速充電（diàn）樁。根（gēn）據國家的政策導向，整車廠也根據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

 電動汽車這種類型也多，比如說乘用車、物流車，包括定製（zhì）連接器，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（yǒu）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的定製化（整車端和電池端（duān）），我覺得或許會是一

個選擇不錯的嚐試，我們現在已經在（zài）邁向第一步。因為（wéi）總體（tǐ）來（lái）看，這些類型（xíng）的車都會在不（bú）同的場合應用，其實（shí）都是（shì）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（wǒ）們的，我們在這個市場（chǎng）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（wèi）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（gōu）通，形成雙方平台化的產品很重要，國內主機廠（chǎng）比較多，大家平（píng）台現在也不同，比如電池整包廠特別多，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（zěn）麽樣做適合平台化的應用。

2.3小型化及（jí）輕量化（huà）

在汽車工業（yè）日（rì）漸追求節能與環保的背景下，汽車輕量化及小（xiǎo）型（xíng）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（zhì）整（zhěng）車重量（liàng），可以有效的降低油耗，減小尾氣排放，提高燃油（yóu）能效。在汽車（chē）工（gōng）業這樣的大環境下（xià），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（jué）方（fāng）案，包括引入更小尺寸的高性（xìng）能銅合金導線做為信號傳輸線，同時引（yǐn）入向微型化發展的端子及接觸件係統，以及該微型化產生的壓接不穩定的優化及可靠驗證方法；采用高性能端子來降低小功率（lǜ）傳輸導線尺寸的原理，以及采用鋁導線替代（dài）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（jì）術參數及選用原則，隨著我（wǒ）們不斷地去搜（sōu）集各種各樣（yàng）的數據反饋，在國外的話，甚至連接器的（de）廠家設置了很多整車的數據返（fǎn）回，他們會形成一個聯（lián）盟，他們會根據（jù）數據不斷（duàn）的改良，達到一（yī）個最優的產品。

同時，隨（suí）著國內連（lián）接器廠商，在實際使用過程（chéng）中得到的主機廠和用戶的實際反饋。連機（jī）器廠商們也（yě）在不停地去模擬真實用戶使用環境下，連接器是否穩定;包括我們新材料的研發和技術壁（bì）壘的攻克，成本是否能夠（gòu）商業化。在不久的將來，這些都不會是問題，都會被克服掉。