新能源汽車高壓連（lián）接（jiē）器技術、設計及趨勢

近年（nián）來，由於受到全球經濟波動的影響，北（běi）美、歐洲和日本連接（jiē）器（qì）市場（chǎng）增長（zhǎng）緩慢，而以中國為代表（biǎo）的新興市場呈現持續增長勢頭，成為推動全球連接器市場增長的主要動力。為此（cǐ），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等持續在國內投（tóu）資建廠，中國已經成（chéng）為全球（qiú）最大的連接器生（shēng）產基地，尤（yóu）其在政府的政策推動激勵下，我國新能源汽車行業穩健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術積累，無論在設計能力還是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）要求的技術水平。在下遊廠商國產化和技術能力足夠滿足的前提（tí）下，國內廠商已經占領了新能源汽車高壓連接器（qì）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統汽車連接器的壟斷地位。

1 高壓連接器技術分析（xī）

1.1 高壓連接器在整車係統中的應用

新能源汽車用連接器是連接器大類中的（de）一種，是近幾年隨著國家新（xīn）能（néng）源汽車的（de）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出來的一類連接器。相較（jiào）於傳統高（gāo）壓大電流連接器，新能源汽車用連接器的使用工況更複雜（zá）多變，對連接器的可靠性要求更高；相（xiàng）較於傳（chuán）統低壓汽車連接器，由（yóu）於電壓等級的提高（目前（qián）主（zhǔ）流係統的電壓均高於300V DC），增（zēng）加了人體受到電擊傷害的風險，對連接器的安全性要求更（gèng）高；所以對產品的絕緣、防護要求（qiú）等比傳統低壓插（chā）件（jiàn）均有所提高。

新能源汽車用連接器的（de）作用主要是保證整車高壓互聯係（xì）統（tǒng），即在內部電路被阻斷或孤立不通處架起橋梁（liáng）從而（ér）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（dǎo）電接觸對三部分組成。通過插頭護套和插座護套間的對插、相互（hù）配合，即可達到接（jiē）通和導電的功能。高壓（yā）連接器主要使用在新能源汽車高壓大電流回路，和（hé）導電線纜同時作用，將電池包的能量通過不同（tóng）的電（diàn）氣回路（lù），輸送到整車係統中各部件，如電池包、電機控（kòng）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溫升及降（jiàng）額曲線值

溫升是連接（jiē）器（qì）設計最重要的設計關鍵項之一，異常的溫升會導致連接（jiē）器因為溫升過高，發（fā）生燒蝕。

連接器的溫升受如下因（yīn）素影響：

1、 接觸電（diàn）阻：用（yòng）於導電連接，兩（liǎng）接觸載體之間的電阻，如針孔對插接觸電阻、針孔（kǒng）尾部與導線壓接電（diàn）阻、螺紋連接銅牌與（yǔ）銅牌之（zhī）間的接觸電阻

2、物質環境加熱：當（dāng）連接器長期處於一個高溫（wēn）環境，由於連接器所用的材料都是工程塑料、金屬、橡膠等，尤其工程塑料要求最高工（gōng）作溫（wēn）度140℃，但當產品使用的環境溫度（dù）過高，連接器由（yóu）於自身接觸內阻發熱在達到熱平衡時，加上所處的環境（jìng）溫度高於了（le）材料（liào）允許使用最高工作溫度。此時，若連（lián）接器長（zhǎng）期處於一個該環境，連接（jiē）器內部針孔件發熱導致（zhì）內部溫度排不出來（lái）話，內部溫度會持（chí）續升高，連接器就會產生很大的熱量，導致連接器出（chū）現燒蝕引起車（chē）輛（liàng）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（gōng）作溫（wēn）度限（xiàn）製，設計時均需要考慮。

3、板端的連接：設計的時候要用（yòng）螺（luó）栓的情況（kuàng）下，或者要用（yòng）預防措施，防止供貨的時候鬆脫；同時在（zài）螺栓連接時，一定要根據（jù）操作規範進行扭力檢測（cè）。導（dǎo）電（diàn）部件螺釘連（lián）接情況下，主要的失效模式之一就（jiù）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（shí）。

4、降額曲線：現在我們來討論下（xià）降額曲線，在我的理解中，降額曲線圖（tú）就好比你去（qù）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（pǐn）的時候就要根據這個商品的一個屬性值來確（què）定你（nǐ）選擇哪個區間範圍內（nèi）的商品。高壓連接器的降（jiàng）額曲線圖就是（shì）給（gěi）客戶提供一份菜（cài）單，客戶根據這個菜單對應自己的（de）口味（wèi）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（tǒng）來講，為了保證高壓（yā）係統上下電時的安全，在連接設計時，引（yǐn）入了高壓（yā）互鎖概念。簡單描（miáo）述為，連接（jiē）器在插合導通時，高壓回路先接觸導通，後高壓（yā）互鎖信號回路再導通（tōng）；分斷時，先高壓互鎖信號分斷，後高壓回（huí）路斷開。大多（duō）數連接器廠家會（huì）把高壓互鎖設計放在連接器內部（bù），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。確保高（gāo）壓互鎖回路的穩定（dìng）性，十分重（chóng）要。如果說高壓（yā）互鎖不連續，可能帶（dài）來的影響會很惡劣，比（bǐ）如車正在（zài）行駛過程中，突然（rán）高（gāo）壓互鎖回路信號（hào）異常，導致（zhì）整車突然掉電，不能（néng）正常運行，這樣會（huì）造成交通（tōng）事故。

1.2.3 鎖緊結構

理解（jiě）真正的二次鎖不是有一個（gè）二次的保護作用（yòng），是（shì）更要有效（xiào）地對其保護（hù），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（shì）確保一次鎖（suǒ）鎖好以後，對第一次鎖進行保護，這是一個很重要的作（zuò）用。二次鎖緊結構結合一次鎖裏麵最常用的就是（shì）力臂機構，因為一次鎖緊跟插拔力有關，所以按照力學設計理念需要一（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裏麵講到了很多的（de）力臂的人機工程的可操作性。USCAR裏麵（miàn）也規定（dìng）了相關一次鎖和二次鎖在對插和不（bú）對插（chā）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（rèn）為USCAR標準不僅僅是（shì）作為一個（gè）技術性標準，而且還指導了設計者在設計過程中把（bǎ）結構做可靠，怎麽在結構及性能可靠的前提下，也能夠提供客戶更好（hǎo）的（de）產品體（tǐ）驗感。下（xià）圖2是比較常見的鎖緊結構產品圖（tú）。

1.2.4 防護等級

連接器的防護主要分在三個布（bù）置：

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

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

第三個是線端密封，線端連接器跟電纜之間的防護密封（fēng）（圖5）。

對（duì）於電動汽車高壓連接器隨著市場的發展，主機廠對產品防護的性能要求也在不（bú）斷地提高。行（háng）業（yè）發展初（chū）期，IPI67的防護要求已經可以滿足絕大部分客戶。但是（shì）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，絕緣故障（zhàng）、甚至燒蝕的案例也越來越（yuè）來越多。

防護要求逐步的提高成為電動車發展趨勢（shì），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，還要看連接器在（zài）車（chē）上布置（zhì）的位置。根（gēn）據高壓回路在整車布置來講，都會懸掛在汽車底（dǐ）盤下麵，高壓不得進艙內這（zhè）是一個原則，所以說大（dà）多（duō）數高壓（yā）連（lián）接器都是會（huì）在底盤靠近地麵，或者靠近輪（lún）轂的（de）位置，當（dāng）一些天氣惡劣的時候，比（bǐ）如說嚴酷的天氣很大（dà）的暴雨或（huò）者說一些嚴（yán）寒的（de）天（tiān）氣，你的輪胎帶起來的水其實會衝（chōng）擊這些連接器，如果大家熟悉測試的話，國內標（biāo）準沒有IP6K9K一說，你會發現如果IP67的話（huà），高壓水槍的衝擊的壓力，其（qí）實沒有6k9k大。當汽車高速行使的時候，突然（rán）涉水時，瞬時湧向連（lián）接器的水壓會很大，所以說IP67有的時候是很難滿（mǎn）足實（shí）際的（de）使用要求。針對這一點的話，現在國內標準QC/T1067,國外標準USCAR將連接器密（mì）封分為兩個等（děng）級S1和（hé）S2。S2等級的話，明確規定適用（yòng）的場合是底盤的位置較（jiào）低，推薦（jiàn）的就（jiù）是6K和9K，所以未來連（lián）接防護的話一定（dìng）是6K和9K。如果連接器並不是布（bù）置在上述位置，IP67的設計其實（shí）還是可以滿足整車使用要求。

1.2.5 電磁屏蔽

電動汽車（chē）有很（hěn）多的電子器件，電流（liú）會（huì）產生磁場，整車零（líng）部（bù）件要有抗幹擾的（de）能力。尤其是（shì）電動汽車現在作為一（yī）個載體，無人駕駛會在這（zhè）個基（jī）礎上更多地開發，所以這個（gè）技術問題非（fēi）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的布置，這是一個前提條件，如果你的OBC，你布置的位置，包括係統中的DCDC，是不是（shì）本（běn）身（shēn）可能會有一些先天性的問題，即使連接器做得再好，也會出現各種信號幹擾的問題，所以首先要考（kǎo）慮係統型的，其次考慮零部（bù）件級的。對於連接器屏蔽（bì）效能，一（yī）般會采（cǎi）用二個方式。第一種方式，我們（men）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（de）屏蔽層（céng）相接（jiē），這種方式也是現有廠（chǎng）家常用的方式，包括國內一些比較知名的主機廠也在考慮（lǜ）這（zhè）種方式，我們叫spring contact（英文），其實就是一個彈簧的連接。這種結構的（de）好處（chù）也是很多的（de），因為尺寸、空間會更小，它的接

觸點也會（huì）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、美國的巴塞爾等，他們在這塊有（yǒu）很多（duō）實際成熟應用案例。大多數情況下，導線和屏蔽層（céng）的連接，我們會用金屬內、外環的（de）形式，進行壓接，將屏蔽層置於兩個金屬環之間，通過冷壓變形使屏蔽層和金屬（shǔ）環進行緊密（mì）固定。另（lìng）外，我（wǒ）們還有一種（zhǒng）屏蔽方式（shì），它通過一種（zhǒng）類似於（yú）表帶簧的結構，用以替代彈簧連接，該結構常在軍用產品上使用，技（jì）術成（chéng）熟（shú）；我們（men）做過相關測試，均（jun1）能滿足設計要求（qiú）。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（shì）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（jiē）器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（tóng）、鈹銅等，但現在國外用的比較多的材料是銅鎳（niè）矽材料。連接器殼（ké）體材質一般分為塑料和金屬兩種材（cái）質。

關於如何選擇塑（sù）料材質或者金（jīn）屬材（cái）質，一般有如下（xià）幾個參考點：

1.輕量化

由於對整車輕量化的需求（qiú），尤其是乘用（yòng）車廠商會在滿足產（chǎn）品（pǐn）性能的前提下，盡量去選擇塑料連（lián）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（liào）的（de）機械強度比塑料好。所以在一些使用環境比較（jiào）惡劣的環境下，金屬（shǔ）連接器會更適合。例如（rú）像特種車輛、渣土車，以及整車在布置時，未做（zuò）防護（hù）的電氣連接部位。此時，金屬材質相比塑料材質的（de）連接器在受環境影響及機械強度方麵略（luè）勝一籌（chóu）。

3.屏蔽（bì）實現方式（shì）

針對屏蔽連接器，由於金屬連接器自身的外殼就是用於導通屏蔽，形成屏蔽保護的載體。一般情況下，金屬連接器較塑料連接（jiē）器更容易實現更為優異的屏（píng）蔽效能，外（wài）形結構更為緊湊。

（3）額定電流（liú）：電氣設（shè）備的額定（dìng）電流是指在基準環境溫度下，在額定（dìng）電壓工作條件（jiàn）下，發熱不超過長期（qī）發（fā）熱允許（xǔ）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（liú）是根據電氣設備的功率P，輸出電（diàn）壓U決（jué）定。

峰（fēng）值（zhí）電流：電動汽車在急加速，爬坡，超載的（de）瞬間產生（shēng）的最大電流值。

載流截（jié）麵積與連接器額定電流成（chéng）正比，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（suǒ））

（4.1）設計（jì）HVIL功能目的

確認（rèn）整個高壓係統的完整性，當高壓係統回路斷（duàn）開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功能的實現

a.需要整個係統構成，係統開發時就要（yào）設計進去；

b.主要通過連接器來完成；

c.HVIL電路是低壓電，相對於功（gōng）率電路，是獨立的。

（4.3）連接器HVIL功能實現原理

功率（lǜ）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（xiān）斷開（kāi），功（gōng）率端子後斷開。

特別說明：功率端子的接通，表示（shì）良好的接觸，虛（xū）接觸（chù）是不可接受

 （5） 屏（píng）蔽

交變電場屏蔽:為（wéi）降低交（jiāo）變電場對敏感電路的耦合幹擾電壓，可以在幹擾源和敏感電路之（zhī）間設置導電（diàn）性好（hǎo）的金（jīn）屬（shǔ）屏蔽體，並將金屬屏蔽體接地。

    屏蔽與非屏蔽連接器主要（yào）區別即為是（shì）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所組成，第一個（gè）標（biāo）記數字表示電器防塵、防止外物侵入的（de）等級，第二個標記數字表示電器防濕（shī）氣（qì）、防水侵（qīn）入的密閉程度，數字越大表示其（qí）防（fáng）護（hù）等級越高。

（7）出線方式

主要指（zhǐ）電連接器插頭尾部電（diàn）纜（lǎn）出線角度與插座（zuò）安裝（zhuāng）麵法向（xiàng）方向之間的角度，依此劃分，常見的有90°(彎式)及180°(直式)出線電（diàn）連接器。

（8） 插座安裝方式

為滿足（zú）主機廠設計（jì）人員對連接（jiē）器不同（tóng）布置方式的需求，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（xuǎn）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（zhǎng）時間運行（háng），電連接器有爬電燒蝕（shí）風險。

（2）電流選型需匹配：整車（chē）經過負載計算的額定電流應小於等於連接器額定電流，若整車工作電流超（chāo）出連（lián）接（jiē）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（xuǎn）型需匹配：整車電纜選型匹配分為電纜載流匹配和電（diàn）纜與連接（jiē）器密封匹配，關於電纜載流，各主機廠有專門的電氣工程師進行匹配設計，在此不作（zuò）解釋。

密封匹（pǐ）配：連接器與電纜密（mì）封依靠（kào）橡膠密封件彈性壓縮提供二者間接觸壓力，從而實現可靠的防護性能，如IP67；根據計算，實現特定的接觸壓力依靠密封件特定（dìng）的壓縮（suō）量實現，依此推出，若（ruò）需（xū）可靠防護，連接器的密封防護在（zài）設計之初（chū）就對電纜有特定的尺寸要求；

同等規（guī）格的（de）載流截麵，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（biāo）準電纜，具體匹配何種電纜，連接器選型規格書均有（yǒu）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（duì）於整車布線，現各主機廠均有（yǒu）彎曲半徑及鬆弛度要求（qiú）；根據連接器（qì）在整車

使用案例，建議線束裝配完成（chéng）後，連接器端子本身不受應（yīng）力，隻有（yǒu）當線束整體因汽車運行受到振動、衝擊與車身發生相對位移時，通（tōng）過線束柔性達（dá）到應變消除目（mù）的，即（jí）使有少許應變傳遞到（dào）連接器端子，所產生（shēng）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業政策的製定要根據中（zhōng）國國情來決定。在發展綠色交通體（tǐ）係方麵，國家計劃提出，加快車船結構升級（jí），推廣使用新能源汽車，2020年新能源汽車產銷量達到200萬輛左右。加（jiā）快推進城市建成區新增和更新的公交、環衛、郵政（zhèng）、出租（zū）、通勤、輕型（xíng）物料配送（sòng）車輛使用新能源或清潔能源汽車，重點區域使用比例達到80%；重（chóng）點區域港口、機場、鐵路貨場等新增（zēng）或（huò）更（gèng）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（gōng）業園、大型（xíng）單列市建成區公交車全部更換為新（xīn）能源汽車。在物流園、產業園、工業園、大型商（shāng）業購物中（zhōng）心、農貿批發市場等物流集散地建設集（jí）中式充電樁和快速充電樁。根（gēn）據國家的政策導向，整車廠也根（gēn）據相（xiàng）關政策調整內部模式，這就決（jué）定（dìng）了連接器的發展方向（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（kuò）定製連接器，要求會不所（suǒ）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（wù）聯網車、新能源等等，我們連接器廠家要考慮一下，這種電動（dòng）汽車細分行業需求的（de）定製化（整車端和電（diàn）池端），我覺得或許會是一（yī）

個選擇不錯的嚐試，我們現在（zài）已經在邁向第（dì）一步。因為總體來看，這些類型（xíng）的車都（dōu）會在不同的（de）場合應用，其實都是（shì）一個細分領域，雖然量沒（méi）有那麽（me）大，但是那個（gè）市場就是屬於我們的，我（wǒ）們在這個市（shì）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（lái）電池和整（zhěng）車都會趨於平台（tái）化，如何跟客戶保持深入的（de）技術溝通，形成雙方（fāng）平台化（huà）的產品（pǐn）很重要，國內主機廠比較多，大家平台現在也不同（tóng），比如電池整包廠（chǎng）特別多，每家自己的模組方案、電池箱成組方案都不一樣，作為連接器（qì）廠家需要思（sī）考怎麽樣做適合平台化的應用。

2.3小型（xíng）化及輕量化

在汽車工業日漸追求節能與環（huán）保的背（bèi）景下，汽車輕（qīng）量化及小型化（huà）已成（chéng）為技術潮（cháo）流，也是汽車廠商技術競（jìng）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（qì）排放，提高燃（rán）油能效。在（zài）汽車工（gōng）業這樣的大環境下，也（yě）帶動新（xīn）能源連接器必須走（zǒu）小型（xíng）化及輕量化。

汽車小型化及輕量化的一係（xì）列重要解決方（fāng）案，包括（kuò）引入更小（xiǎo）尺寸的高性能（néng）銅（tóng）合金導線做（zuò）為信號傳輸線，同時引入向微型化發展（zhǎn）的（de）端子及接觸件係統（tǒng），以及該微型化產（chǎn）生的壓接不穩定的優化及（jí）可靠驗證方法；采用高性能端子來降低小功率傳輸導線（xiàn）尺（chǐ）寸的原理，以及（jí）采用鋁導線替代傳輸較大功率的大（dà）線徑（jìng）銅（tóng）導線。

 3 結論（lùn）

通過分析新能源連接器（qì）的主要技術參數及選（xuǎn）用原則，隨著（zhe）我們不斷地去搜集各種（zhǒng）各（gè）樣的數據反饋，在（zài）國外的話，甚至連接器的廠家設置了很多整車的數據返回，他們會形成一個聯盟，他們會根據（jù）數據不斷的改良，達到一個最（zuì）優（yōu）的產（chǎn）品。

同時，隨著國內連接器廠（chǎng）商，在實際使用過程中（zhōng）得到的主機廠和用（yòng）戶的實際反饋。連機器廠商們也在不停地去模擬真實用戶使用環境下，連接器是（shì）否穩定;包括我們（men）新材料的研發和技術（shù）壁壘的攻克，成本是否能夠商業（yè）化。在不久的將來，這些都不（bú）會是問題，都會被克服掉。