新能源汽車高（gāo）壓連接器技術、設計及趨（qū）勢

近年來，由於受（shòu）到全球經濟波動的影響，北美、歐洲和日本連接器（qì）市場（chǎng）增長緩慢（màn），而以中（zhōng）國為代表的新（xīn）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，全（quán）球知名連接器企業紛紛把生產基地轉移到國內，包（bāo）括（kuò）TE Connectivity、Molex、Delphi等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下（xià），我國新能源汽車（chē）行業穩（wěn）健發展帶動了汽車連（lián）接器的持續發展。我國（guó）連接器經過了（le）多年的技術積累，無論在設計能力還是自動化（huà）生產能力（lì）上已經滿足了新能源汽車高壓連接器所要求的技術水平。在下遊廠商國產化和技（jì）術能力足（zú）夠滿足的（de）前提下，國內廠商已經占領了新能源汽車高壓（yā）連（lián）接器的至高（gāo）點，希望在這（zhè）個新的領域實現彎道超車，有（yǒu）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

1.1 高壓（yā）連接器在整車（chē）係統中的應用

新能源（yuán）汽車用連接器是連接器大類中的一種，是（shì）近幾（jǐ）年（nián）隨（suí）著國家新能源汽車的發展，逐漸從傳統高壓大電流和傳統低壓汽車連接器中分離出來的一類連接（jiē）器。相較於傳統高壓大電流連接器，新能源汽車用連接器的使用（yòng）工況更複雜多變，對連（lián）接器的可靠性要（yào）求更高；相較於傳統低壓汽車連接器，由於電壓等級的提（tí）高（目前主流係統的電壓均高於300V DC），增加了人體受到電擊（jī）傷害的風險，對（duì）連接器的（de）安全性要求更高（gāo）；所以對產品的絕（jué）緣、防護要求等比傳統低壓插（chā）件均有所提高。

新能源汽車用連接器的作（zuò）用主要（yào）是保證整車高壓互（hù）聯係統，即在內部電路被阻斷或孤立不通處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（diàn）接觸對三（sān）部分組成。通過插頭護套和插座護套間（jiān）的對插、相互（hù）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，將電池包的能量通過不同的電氣回路，輸送到整車係統中各部件，如電池包、電機控（kòng）製器、DCDC轉換器、充電機等（děng）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要的（de）設計關鍵（jiàn）項之一，異常的溫升會導致連（lián）接器因為溫升過高，發生燒蝕。

連（lián）接器（qì）的溫升受如（rú）下因素（sù）影響：

1、 接（jiē）觸電阻：用於導（dǎo）電連接，兩接觸載體之間的電阻，如針孔對插接觸（chù）電阻、針孔尾（wěi）部（bù）與導線（xiàn）壓接電阻、螺紋連接銅牌與銅牌之間的接觸電（diàn）阻

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

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（fáng）措施，防止供貨的時候（hòu）鬆脫；同（tóng）時在螺（luó）栓連（lián）接時，一定要根據操作規範進（jìn）行扭力（lì）檢測。導電部件螺釘連接情況下，主要的失效模式之一就是未按照力矩（jǔ）要求進行擰緊力矩管控，導致連接部位溫（wēn）升（shēng）異常，燒蝕。

4、降額曲（qǔ）線：現在我們來討論下降額曲線，在我的理解中，降額曲線圖就好比你去選擇一個商品，這個商品要用在特定的環（huán）境中使用（yòng），這時選擇商品的時候就要根據這個商品的一（yī）個屬性值來確定（dìng）你選擇哪（nǎ）個區間範圍（wéi）內的商品。高壓連接器的降額曲線圖就是給客戶提供一份菜單，客戶根據這個菜單對應自己的口味選擇自己合適的菜品。

1.2.2高壓互鎖(HVIL)

針對整個的高壓互連（lián）係統來講，為了（le）保（bǎo）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（suǒ）概念。簡單描述為，連接器在（zài）插（chā）合導通（tōng）時，高壓回路先接觸導（dǎo）通，後高壓互鎖信（xìn）號回路再導通；分斷時，先高壓互鎖信號分斷，後高（gāo）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部，也有一部分廠家會把高壓（yā）互鎖通過輔（fǔ）助結構設計放在對插腔體的外部。確保高壓互鎖回路的穩定性，十分重要。如果說高（gāo）壓互鎖不連續，可能帶（dài）來的影響會很惡劣，比如車正在（zài）行（háng）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（bú）能正常運行，這樣（yàng）會造成交通事故（gù）。

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，是更要有效地對其保護，這個真正的（de）含義就是在（zài）一次鎖止後，如果一次鎖失效了或者沒有操作核（hé）實到位，二次鎖就是確保一次鎖鎖好以後，對第一次鎖進行保護，這是一個很重要的（de）作用。二次鎖緊結構結合一次（cì）鎖裏麵最常用的（de）就是力臂機構，因為一次鎖（suǒ）緊跟插拔（bá）力有關，所以按照力學（xué）設計理念需要一種類似於力臂機構（gòu）的形式，這樣才能達到（dào）既省力，也能夠很輕鬆地把（bǎ）連接器插到位。對於力臂的要求，USCAR裏麵講到了很多（duō）的力臂的人機工程的可操作性。USCAR裏麵也規定了相關一次鎖和二次鎖在（zài）對插和不對插情（qíng）況下的力的（de）要求。其實我們大（dà）

家（jiā）都會認為USCAR是連（lián）接器的標準，但我認（rèn）為USCAR標準（zhǔn）不僅僅是作為一個技術性（xìng）標準，而且還指導了設計者在設計過程中把結構做（zuò）可靠（kào），怎麽在結構及性能可靠的前提下，也能夠提（tí）供客戶更好的產品（pǐn）體驗感。下圖2是比較常見的鎖緊結構產品圖。

1.2.4 防護等級

連（lián）接器的防（fáng）護主要分在三個布置：

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

第二個是頭座對（duì）插密封：頭（tóu）座對插就是公端包（bāo）含母端或者是母端包含公（gōng）端中間采用（yòng）橡膠件進行徑向和軸向之（zhī）間的防護（圖4）；

第三個是線端（duān）密封，線端連接器跟電（diàn）纜之間的防護密封（圖（tú）5）。

對於（yú）電動汽車高（gāo）壓連接器隨著市場的發（fā）展，主機廠對（duì）產品防護的性能要求（qiú）也在不斷地提高。行業發展（zhǎn）初（chū）期，IPI67的防護要求已經可以滿足絕大部分客戶（hù）。但是後期隨著市（shì）場（chǎng）上出現的連接器產品防護失（shī）效（xiào），導致產（chǎn）品（pǐn）出現漏水，絕緣故（gù）障、甚至燒蝕的案例也越（yuè）來越來越（yuè）多。

防護要求逐（zhú）步的提（tí）高成為電動車（chē）發展（zhǎn）趨（qū）勢，目前IP67的要求不能滿足（zú）正常的使用要求，當然（rán）這也不是絕對的，還要看連接器在車上布置（zhì）的（de）位置。根據高（gāo）壓回路在整車布置來講，都會懸掛在汽車底盤（pán）下麵，高壓（yā）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麵，或者靠近輪（lún）轂的（de）位置，當一些（xiē）天氣惡劣的時候（hòu），比（bǐ）如說嚴酷的天氣很大（dà）的暴雨或者說一些嚴寒的（de）天氣，你的輪胎帶起來的水其（qí）實會（huì）衝擊這些連接器，如果大家熟悉測（cè）試的（de）話（huà），國內標準沒有（yǒu）IP6K9K一說，你會（huì）發現如果IP67的話，高壓水槍（qiāng）的（de）衝擊（jī）的壓（yā）力，其實沒（méi）有6k9k大。當汽車（chē）高速行使的時候，突然涉水時，瞬時湧（yǒng）向連接器的水壓會很大，所以說IP67有的時候是很難滿足實際的使用要求。針對這一（yī）點的話，現在國內標準QC/T1067,國外標準USCAR將連接器密封分為（wéi）兩個等級S1和S2。S2等級的話，明確（què）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（jiē）防護的話一定（dìng）是6K和9K。如果連（lián）接器並（bìng）不是布置在上述位置，IP67的設計其實還（hái）是可以滿足整（zhěng）車（chē）使用要求。

1.2.5 電磁屏蔽

電動汽車有很多的電（diàn）子器件，電（diàn）流會產生磁場，整車零部件要有抗（kàng）幹擾的能力。尤（yóu）其（qí）是電動汽（qì）車現（xiàn）在作為一個載體，無人駕駛會在這個基礎上更多地開（kāi）發，所以這個技術問題非常重要。對於高壓係統而言，屏蔽（bì）連接器、電纜是非常重要的（de），但是我們更多的是要優先考慮係統級的布置（zhì），這是一個前提條件，如果你的OBC，你布（bù）置的位置，包括係統中的DCDC，是不是本身可能會有（yǒu）一些先天性的問題，即使連接器做得再好，也（yě）會出（chū）現各種信號幹擾的（de）問題（tí），所以首先要考慮係統型的（de），其（qí）次考慮零部件級的。對於連接器屏蔽（bì）效能，一般（bān）會采用二（èr）個方式。第一種方式，我（wǒ）們在（zài）一些塑料連接器上（shàng），裏麵會有金屬屏蔽（bì）罩，電纜（lǎn）屏蔽層（céng）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，大多數的高壓小電流的連接（jiē），都（dōu）不會有二次的連接，會采（cǎi）用跟電纜的屏蔽層相接，這種方式也是現有（yǒu）廠家常用（yòng）的方式，包括（kuò）國內一些比較知名的主機廠也在考慮這種方（fāng）式，我們叫spring contact（英文），其（qí）實就是一個彈簧的連接。這種結構的好處也是很多的（de），因為尺（chǐ）寸、空間會更小，它的接

觸點也會更多；此結構的製造商很多，主要代表的公司像瑞士的寶（bǎo）馬彈簧（huáng）、美國的巴塞爾等，他們在這塊有很多（duō）實際（jì）成熟應用案例。大多（duō）數情況下，導線和屏蔽層（céng）的連（lián）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（shǔ）環之間，通過冷壓（yā）變形使屏蔽層和金屬環進行緊（jǐn）密固定。另外（wài），我們（men）還有一種屏蔽方式，它（tā）通過（guò）一種類似於表帶簧的結構，用以替代彈簧（huáng）連接（jiē），該結構常在軍用產品上使用，技術（shù）成熟（shú）；我們（men）做過相關測（cè）試，均能滿足設（shè）計要求。該結（jié）構（gòu）應用在新（xīn）能源電動車（chē）的屏蔽（bì），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

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（xuǎn）用黃銅、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（lián）接（jiē）器殼體材質一般分為塑料和金（jīn）屬兩種材（cái）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.輕量化

由於對整車輕量化的（de）需求，尤其（qí）是乘用車廠商會在滿足產品性能的前（qián）提下，盡量去（qù）選擇塑料連接器（qì），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好（hǎo）。所以在一些使用環境比較惡劣的環境下（xià），金屬連接器會更適合。例如像特種車輛、渣土車，以及（jí）整車在布（bù）置時，未（wèi）做防護的電氣連接（jiē）部位。此時，金屬材質相（xiàng）比塑料材質的連接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（zhēn）對屏（píng）蔽連接器，由於金屬連接器自（zì）身的外殼就是用於（yú）導通屏蔽，形成屏蔽保護的載體。一般情況下，金屬連接器（qì）較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（còu）。

（3）額定電流：電氣設備的額定電流是指（zhǐ）在基準環境溫度下，在額定電壓（yā）工作條件下，發熱不超（chāo）過（guò）長（zhǎng）期發熱允許（xǔ）溫度時所允許長期通過的最（zuì）大電流。

對電動汽車而（ér）言，P=UI,額定（dìng）電流是根據電氣（qì）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，爬坡，超載的（de）瞬（shùn）間產生的最（zuì）大電流（liú）值。

載流（liú）截麵積與連接器額定電流成正比，換句話（huà）說，插針/孔/導線截麵越大（dà），它所能通過的電流也越大，連接器越大（dà）。

（4） HVIL（高（gāo）壓互鎖）

（4.1）設計HVIL功能目的

確認整個高壓（yā）係統（tǒng）的完（wán）整性，當高壓（yā）係統回路斷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（xì）統開發時就要設計進去；

b.主要通過連接器來完成；

c.HVIL電路是低壓電，相對於功率電路，是獨（dú）立（lì）的。

（4.3）連接器HVIL功（gōng）能實現原理

功率和信（xìn）號端子應（yīng）滿足（zú）：

——連接時，功率端子先接通，信（xìn）號（hào）端子後接通。

——斷開時，信號端子先斷開，功率端子後（hòu）斷開。

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

 （5） 屏蔽

交變電場屏蔽:為（wéi）降低交變電（diàn）場對敏感電路的耦合幹擾電壓，可以在（zài）幹擾源和敏感電路之間設置導電性好（hǎo）的金（jīn）屬屏蔽體，並將（jiāng）金（jīn）屬屏蔽體接地。

    屏蔽與非屏蔽連接器主要區別即為是否設（shè）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（diàn）器防塵、防（fáng）止（zhǐ）外物侵入的等級，第二個（gè）標記數字表示電器防濕氣、防水侵入的密閉程度，數字越大表示其防護等級越高。

（7）出線方式

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

（8） 插座安裝方式

為（wéi）滿足主機廠設計人員（yuán）對連接（jiē）器不同布（bù）置方（fāng）式的需求（qiú），電連接器插座安裝方式細分為以（yǐ）下四種（zhǒng）：

 1.6.2.3選項注意事項

（1）電壓選型需匹配（pèi）：整車經過負（fù）載（zǎi）計算（suàn）的（de）額定電壓應小於等（děng）於連接（jiē）器額定電壓，若整車工（gōng）作電壓超出連接器額定（dìng）電壓長時間運行（háng），電（diàn）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小（xiǎo）於（yú）等於連接器額定電流（liú），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（yǒu）過載燒蝕風險。

圖片（piàn）

（3）電纜選型需（xū）匹（pǐ）配：整車電纜選型匹配分為電纜載流（liú）匹配和（hé）電纜與連接器密封匹配，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，在此不作解（jiě）釋。

密封匹配：連接器與電（diàn）纜密封依靠橡膠密封件彈（dàn）性壓縮提（tí）供二者間接觸（chù）壓力，從而實現（xiàn）可靠（kào）的防護（hù）性能，如IP67；根據計算，實現特定的接觸壓力依靠密（mì）封件特定的壓縮量實現，依此（cǐ）推出，若需可靠防護，連接器的密封防護在（zài）設計之（zhī）初就對電纜有特定的尺（chǐ）寸要求；

同等規格的載流截麵（miàn），電纜可有（yǒu）不同的（de）外徑尺寸，如屏（píng）蔽（bì）電（diàn）纜與非屏蔽電纜，國標電纜與LV216標準電纜，具體（tǐ）匹配何種電纜，連接器選型規格書均（jun1）有明確表述，故連接器（qì）選型時（shí）需特別注意適（shì）配電纜規格要求，以防造成連（lián）接器密封失（shī）效。

（4）整車需柔性布線：對（duì）於整車布線，現（xiàn）各主機廠均有彎曲（qǔ）半徑及鬆弛度要求（qiú）；根據連接器在整車

使（shǐ）用案例，建（jiàn）議線束裝配完成後，連接器端（duān）子本身（shēn）不受應（yīng）力，隻有當線束（shù）整體因汽（qì）車（chē）運行受到（dào）振動、衝擊與車身發生相（xiàng）對位移時，通過線束柔性達到應（yīng）變消除目的，即使有少許應變傳遞到連接器端子，所產生應力也不超（chāo）過端子（zǐ）在連接器中設計固持力 。

圖片

2 高壓連接器（qì）發展趨勢

2.1 政策導（dǎo）向作（zuò）用

    國家對（duì）新能（néng）源電動（dòng）汽車產業政策的製定要根（gēn）據中國國情來決定。在發展綠色（sè）交（jiāo）通（tōng）體係方麵，國家計劃提出，加快車船（chuán）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。加快推進城市建（jiàn）成區（qū）新增和更新（xīn）的公交、環衛（wèi）、郵政、出租、通勤（qín）、輕型物料配送車輛（liàng）使用（yòng）新能源或清潔（jié）能源（yuán）汽車，重點區域使（shǐ）用比例達（dá）到80%；重點區域港口、機場、鐵路貨場等新增或更（gèng）換作業車（chē）輛主要（yào）使用新能源或清潔能源（yuán）汽車。2020年底前（qián），在物流園、產業園（yuán）、工業園、大型單（dān）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（gòu）物中心、農貿批發市場等物流集散地建設集中式（shì）充電樁和快速充電樁（zhuāng）。根據國家的政策導向，整車廠也根據相關政策調整內部模式，這（zhè）就決定了連接器的（de）發展（zhǎn）方向。

2.2平台化及定製化

 電動汽車這種類（lèi）型也（yě）多，比（bǐ）如說乘用車、物流車，包括定製連接器，要求會（huì）不所不同，或者說（shuō）會提（tí）出一些特別特殊的要求（qiú），所以（yǐ）包括還有（yǒu）無人駕駛，物聯網車、新能源等等，我們連（lián）接器廠家要（yào）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），我覺得或許會是一

個（gè）選擇不（bú）錯的嚐試，我們現在已經在邁向第一步。因為總體來看（kàn），這些類型的車都會在不（bú）同的場合應用，其實（shí）都是一個細（xì）分領（lǐng）域，雖然（rán）量沒有那（nà）麽大，但是那個市場（chǎng）就是屬於我們的，我（wǒ）們在這個市場就是（shì）做到頂尖，這也是一個（gè）不錯（cuò）的選擇（zé）。第二（èr）個就是平台化（huà），未來電池和（hé）整車都會趨於平台化，如何跟客戶保持深入的技術溝通，形成雙方平台化的產品很重要，國（guó）內主機廠比較（jiào）多，大家平台現在也不同，比如電池整包廠特別多，每家自己的模（mó）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適合（hé）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與環保的背景下（xià），汽（qì）車輕量化（huà）及小型化已成為技術潮流，也是（shì）汽車廠商技術競爭的重點，通過控製整車重量（liàng），可以有效的降低油耗，減小尾氣排放，提高燃油能效（xiào）。在汽車工業這（zhè）樣的大環境下，也帶動新能源連接器必須走小型化及輕量化。

汽車小型（xíng）化及輕量化的一係列重要解決方案，包括引（yǐn）入更小尺寸的高（gāo）性能銅合金導線做為信號傳（chuán）輸線，同時引入向微型（xíng）化發展的（de）端子及接觸件係統，以及該微型化產生（shēng）的壓接不（bú）穩定的優化及可靠驗證方法（fǎ）；采用高性能端子來降低小功率傳輸導線尺寸的原理，以及采用鋁導線替代傳輸較大功（gōng）率的大線徑銅導線。

 3 結論

通過分（fèn）析（xī）新能源（yuán）連接器的主要技（jì）術參數及選用原則，隨著（zhe）我們不斷地去搜集（jí）各（gè）種各樣的數據反（fǎn）饋，在國外的話，甚至連接器的廠家設（shè）置了很多整車的數據返回，他們會形成一個聯盟，他們（men）會根據數據不斷的（de）改（gǎi）良，達到一個（gè）最優的產品。

同時，隨著國內連接器廠商，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（jī）器廠商們（men）也在不停地去模擬真（zhēn）實用戶使用環境下，連接器是否穩定;包括我們新材料的（de）研發和技術壁壘的（de）攻克，成本是（shì）否能夠商業化。在不久的將來，這些都不會是問題，都（dōu）會（huì）被克服掉。