新能源汽（qì）車高壓連接器技術、設計及趨（qū）勢

近年來，由（yóu）於（yú）受到全球經（jīng）濟波動的影響，北美（měi）、歐（ōu）洲和日（rì）本連接器市場增長緩慢，而以中國為代表的新興市場呈現持續增長勢頭，成為推動全球連接（jiē）器市場增長的主要動力。為（wéi）此（cǐ），全球知名連接器企業（yè）紛紛把生產基地轉移到（dào）國內，包括TE Connectivity、Molex、Delphi等持續在國內投資建廠，中國已（yǐ）經成為全球最大的連接器（qì）生產（chǎn）基地，尤其在政（zhèng）府（fǔ）的政策推動（dòng）激勵下，我國新能源汽車行業穩健發展帶動了汽車（chē）連接器的持續發（fā）展。我國連接（jiē）器經（jīng）過了多年的技術積累，無論在設計能力還（hái）是自動化生產能力（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（shāng）國產化和技術能力足夠滿足的前提（tí）下，國內廠商（shāng）已經（jīng）占領（lǐng）了新能源汽車高壓連接器的（de）至高點，希（xī）望（wàng）在這個新的領域（yù）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（wèi）。

1 高壓連接器技術分析

1.1 高壓連接（jiē）器在整車係統（tǒng）中的應（yīng）用（yòng）

新能（néng）源（yuán）汽車用連接器是連接器大類中（zhōng）的一種，是近幾（jǐ）年隨著國家新能源汽車的發展，逐漸從（cóng）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。相較於傳統高壓大電流連接器，新能源汽車用連接器的使用工（gōng）況更複雜多（duō）變（biàn），對連接器的可靠性要求（qiú）更高；相較於傳統低壓（yā）汽車連接器，由於（yú）電壓等級的提（tí）高（目前主（zhǔ）流係統的（de）電壓均高於300V DC），增加（jiā）了人體受到電擊傷害的風險，對連接器的安全性要求更高；所以對產品的（de）絕緣、防護要求等比傳統低壓插件均有所提高。

新能源（yuán）汽（qì）車用連接器的作用（yòng）主要是保證整車（chē）高壓互聯係統，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（zǔ）成一般（bān）可分為：外殼、密封件（jiàn）等（děng）輔助結構，絕緣件，導電接觸對三部分組成。通過（guò）插頭護套和插座（zuò）護套間的對插、相互配合，即可（kě）達（dá）到接通和（hé）導電的功能。高壓連接（jiē）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（zuò）用，將電（diàn）池包的（de）能量通過不同（tóng）的電氣（qì）回（huí）路，輸送到整車（chē）係統中各（gè）部件，如電池包、電機控製器、DCDC轉換器、充電機等車（chē）身（shēn）用電單（dān）元。

1.2 高壓連接器設計關鍵項分（fèn）析

1.2.1溫升及降（jiàng）額曲線值

溫升是連接器設計最重要（yào）的設計（jì）關鍵項之一，異（yì）常的溫升會導致連接器因為溫（wēn）升過高，發生燒蝕。

連接器的（de）溫升受如下（xià）因素影響：

1、 接（jiē）觸（chù）電阻：用於導（dǎo）電（diàn）連接，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（dǎo）線壓接電阻、螺紋連接銅牌與銅牌之間（jiān）的接觸電阻

2、物質環境加熱：當連接（jiē）器（qì）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作溫度140℃，但當產品使（shǐ）用的環境溫度過高，連接器由於自身接觸內（nèi）阻發熱在達到熱平衡時，加上（shàng）所處的環境溫度高於了材（cái）料允許使用最高工作溫度。此時，若連接器長期處於（yú）一個該環境，連接器內部針孔件發熱導致內部溫度排不出來話，內部溫度會持續升高，連接器就會產生很（hěn）大的熱量，導致連接器出現燒蝕引起車輛（liàng）燃燒，這是非（fēi）常嚴重的（de）問題。橡膠（jiāo）材料和（hé）金屬材料均有最高工作溫度限製，設計（jì）時均（jun1）需要考慮。

3、板端的連接：設計的時（shí）候（hòu）要用螺栓的情況下，或（huò）者要用預防措施，防（fáng）止供貨（huò）的時候鬆脫；同時在螺（luó）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，主要（yào）的失效（xiào）模式之一就是未按照力（lì）矩要求進行擰緊力矩管控，導致連接部位（wèi）溫升異常，燒（shāo）蝕。

4、降額曲線：現在我們來討論下降額曲線，在我的理（lǐ）解中，降額（é）曲線圖就好比（bǐ）你去選擇一個商品，這個商（shāng）品要用在特定的環境中使用，這時選擇商品的時候就要根據這個商品（pǐn）的一個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（de）降額曲（qǔ）線圖就是給客戶提供一份菜單，客戶根據（jù）這個菜單對應自己的口味選擇自己合適的（de）菜（cài）品。

1.2.2高壓互鎖(HVIL)

針對整（zhěng）個的（de）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，先高壓互鎖信號分斷，後（hòu）高壓回路（lù）斷（duàn）開。大多數連接器廠家會把（bǎ）高壓互鎖設計放在連接器內部，也有一部分廠家會把高壓互鎖通過輔（fǔ）助結構設計放在對插腔體的外部。確保高壓互鎖回路（lù）的穩定性，十分重要。如果說高壓互鎖不（bú）連續，可能帶（dài）來的影響會很惡劣，比（bǐ）如車正（zhèng）在行（háng）駛過（guò）程中，突然高壓互鎖回（huí）路（lù）信號異常，導致（zhì）整車突然掉電，不能正常運行，這樣（yàng）會造成交通事故。

1.2.3 鎖緊結構

理解真正的二（èr）次鎖不是有一個（gè）二次的保護作用，是更要有效（xiào）地對其保護，這個真正的含義就是（shì）在（zài）一次鎖止後，如果一次鎖失效了或者沒有操作（zuò）核實到位，二（èr）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（chóng）要（yào）的作用。二次鎖緊結構結合一次鎖裏麵最常用的就是力臂（bì）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種類似於力臂機構（gòu）的形式，這樣才能達到既省力，也能夠很（hěn）輕鬆地把連接器插到位。對於力臂的要求，USCAR裏麵講到了很多的力臂的人（rén）機工程的可操作性。USCAR裏麵也規定了相關一（yī）次鎖和（hé）二次（cì）鎖（suǒ）在對插和不對插情況下（xià）的（de）力的要求。其實我們大（dà）

家都會認為USCAR是連（lián）接器的標準，但我認為（wéi）USCAR標準（zhǔn）不僅僅是作為一個技術性標準，而且還（hái）指導了設計者在（zài）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（néng）夠提供客戶更好的產品體（tǐ）驗（yàn）感（gǎn）。下圖2是比（bǐ）較常見的鎖緊結構產（chǎn）品圖。

1.2.4 防護等級

連（lián）接器的（de）防護主要分在三個布置（zhì）：

第一個是板端（duān）密封：板端就是連接器插座端采用（yòng）四個螺（luó）釘采用機械連接（jiē）方式（shì）安裝，這種是比較常用的結構，也有一些比較特殊的結構（圖3）；

第二個是頭座（zuò）對插密封：頭座對（duì）插就是公端包含母端或者（zhě）是（shì）母端包含公端（duān）中間采用橡膠件進行（háng）徑向和軸向之間的（de）防護（圖4）；

第三個（gè）是（shì）線端密封，線（xiàn）端連接器跟電（diàn）纜之間的防護密封（圖5）。

對於電動汽車（chē）高壓連接（jiē）器隨著市（shì）場的發（fā）展，主機廠對產（chǎn）品（pǐn）防護的性能（néng）要求也在不（bú）斷地提高。行業發（fā）展初（chū）期，IPI67的（de）防護要求已經可以滿（mǎn）足絕大部分客戶。但是後期隨著市場上出現的連接器產品（pǐn）防護失效，導致產品出現漏水，絕緣故障、甚至燒蝕的案例也越來越來越多。

防護要（yào）求逐步的提高成（chéng）為電動車發展趨勢（shì），目前IP67的要求不能滿足（zú）正常的使用要求，當然這也不是絕對的，還要看連接器在車（chē）上布置的位置。根據高壓回路在整車布置（zhì）來講，都（dōu）會（huì）懸掛在汽車底盤（pán）下麵，高壓不得進艙（cāng）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近地麵，或者靠近輪轂的位置，當（dāng）一（yī）些天氣（qì）惡劣的時候，比如說嚴（yán）酷的天氣很大（dà）的暴雨或者說一些嚴寒的天氣，你的輪胎帶起來的（de）水其實（shí）會衝（chōng）擊這些連接（jiē）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，高壓（yā）水槍的衝擊（jī）的壓力，其實沒有6k9k大（dà）。當汽車高速行使的時候，突然涉水（shuǐ）時，瞬時湧向連（lián）接器的水壓會很大（dà），所以說IP67有的時候是很（hěn）難滿足實際的使用（yòng）要求。針對這一點的話，現在國內標準QC/T1067,國外標準USCAR將連接器密封分為兩個等級S1和S2。S2等（děng）級（jí）的話，明確規定適用的場合是底盤的位置較（jiào）低，推薦的就是6K和9K，所以未來連接防護的話一（yī）定是（shì）6K和9K。如果連（lián）接器並不是布置在（zài）上述位置（zhì），IP67的設計（jì）其（qí）實還是可以滿足（zú）整車使用要求。

1.2.5 電（diàn）磁屏蔽

電動汽車有很（hěn）多的電子器件，電流會產生磁場，整車零部件要有抗幹擾的能力。尤其是電動汽車現在作為一（yī）個載體，無人駕駛會在這個基礎上更多（duō）地開發，所（suǒ）以這（zhè）個技術問題（tí）非常重要。對於高壓係統而言，屏蔽連接（jiē）器、電纜是非常重要的，但（dàn）是我們更多的是要優先考（kǎo）慮係統（tǒng）級的布置，這是（shì）一個前（qián）提條件，如果（guǒ）你的OBC，你布置的位置，包括（kuò）係統中的DCDC，是不是本（běn）身可（kě）能會有（yǒu）一些先天（tiān）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，所以首先要考慮係統型的，其次考慮（lǜ）零部件級的。對於連接器屏蔽效能，一般會采用二個方式。第一種方式，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殼的屏蔽層相連（lián），形成一個（gè）有效的360°的屏蔽層。第二（èr）種方式，大多數的（de）高壓小電流的連接，都不會有二次的連接，會采用跟電纜的屏蔽層相接，這種方式也是現有廠家（jiā）常用的方（fāng）式，包括國內一些比較知名的主機廠也在考慮（lǜ）這種方式，我們（men）叫spring contact（英文），其實（shí）就是一個彈簧的連接。這種結構（gòu）的好處也是很多的（de），因為尺寸、空間會更小，它的接

觸點也會更多；此結構的製造商（shāng）很多，主要代（dài）表的（de）公司像瑞士的寶馬彈簧、美國的巴塞爾等，他們在（zài）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，我們會（huì）用金屬內、外環的形式，進（jìn）行壓接，將屏蔽層置於兩個金屬（shǔ）環（huán）之間，通過冷壓變形使屏蔽層和金屬（shǔ）環進行緊密固定。另外，我（wǒ）們還有一種屏蔽方式（shì），它通（tōng）過一（yī）種（zhǒng）類似於表（biǎo）帶簧的結構，用以替代彈簧連（lián）接，該（gāi）結構常在軍用產品上使用（yòng），技術成熟；我們做過相關測試，均能滿足設計要求。該結構應用在新（xīn）能源電動車的屏蔽，既能夠滿足性能要求，同時（shí）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、鈹銅等，但現在國（guó）外用的比較多的材料是銅鎳矽材料。連接器殼體材質一般分為塑料和（hé）金屬（shǔ）兩（liǎng）種（zhǒng）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（diǎn）：

1.輕量化

由於對整車輕量化（huà）的需（xū）求，尤其是（shì）乘用車廠商（shāng）會在滿足產品（pǐn）性能的前提下，盡量去選擇塑料連接（jiē）器，以達到控製整車重（chóng）量。

2.產品的（de）使用環境

由於金屬材（cái）料的（de）機械強度比（bǐ）塑料好。所以（yǐ）在一些使用環境比較惡劣的環境下，金屬連接器會更適合。例如像特（tè）種車輛（liàng）、渣（zhā）土車，以及整車在布置時，未做防護的電氣連接部位。此時，金屬材質相比塑料（liào）材質（zhì）的連接器在（zài）受環境影響及（jí）機（jī）械強度方麵略（luè）勝一籌。

3.屏蔽實現方式

針對屏蔽連接器，由於金屬連接器（qì）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（sù）料（liào）連接器更容易實現更為（wéi）優（yōu）異的屏蔽效（xiào）能，外形結構更為緊湊。

（3）額定電流：電氣設備的額定電流（liú）是指（zhǐ）在基準環境溫度（dù）下，在額（é）定電壓（yā）工作條件下，發熱不超過長期（qī）發熱允許溫度時所允（yǔn）許長期通過的最大電流。

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

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

載流截麵積與連（lián）接器額定電流成正比，換句話說，插針（zhēn）/孔/導線截麵越大，它所能通過（guò）的電流也（yě）越大，連（lián）接（jiē）器越大。

（4） HVIL（高壓互鎖（suǒ））

（4.1）設計HVIL功能目的

確認整個高壓係統的完整性，當（dāng）高壓係統回路斷開或者完整性受（shòu）到破壞的（de）時候，激發整車的安全措施啟動（dòng）。

（4.2）HVIL功能的實現

a.需要整個係（xì）統構成，係統開（kāi）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）連接器HVIL功能實現原理

功率和信號端子應滿（mǎn）足：

——連接時，功率端子先接通，信號端子後接通（tōng）。

——斷開時，信號端子先斷開（kāi），功率端子（zǐ）後斷開（kāi）。

特別說（shuō）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（diàn）場屏蔽:為降低（dī）交變電場對（duì）敏感電路的（de）耦合幹擾電壓，可（kě）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，並將金屬（shǔ）屏蔽體（tǐ）接地。

    屏蔽與非屏蔽連接器主要區別即為（wéi）是否設（shè）置（zhì）有導電良好（hǎo）的金屬（shǔ）屏蔽體。

（6） 防護等級

IP防護等級是由兩個數字（zì）所組（zǔ）成，第一個標記數字表（biǎo）示電器防塵、防止外物侵（qīn）入的等級，第二個標記數字表（biǎo）示電器防濕氣、防水侵入的密閉程度（dù），數字越大表（biǎo）示（shì）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（yǔ）插座安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)出線電連（lián）接器（qì）。

（8） 插座安裝方式（shì）

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

 1.6.2.3選項注（zhù）意事項（xiàng）

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

（2）電（diàn）流選型需匹配：整車經過負載（zǎi）計算的額定電流（liú）應小於等（děng）於連接（jiē）器額定電流，若整車工作電流超出連接器額定電流長時間運行，電連（lián）接器有過載燒蝕風（fēng）險。

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（3）電（diàn）纜選型需匹配：整車電纜（lǎn）選型匹配分為電纜載（zǎi）流匹配和電纜（lǎn）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（gōng）程師進行匹配設計，在此（cǐ）不（bú）作（zuò）解釋。

密（mì）封匹配：連接器與電纜密封依靠橡膠密封（fēng）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（jiàn）特定的壓縮量實現，依此推出，若（ruò）需可（kě）靠防護，連接器的密封防護在（zài）設計（jì）之初就對（duì）電（diàn）纜（lǎn）有特定的尺寸要求；

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

（4）整車需柔性（xìng）布線：對（duì）於整車布線，現（xiàn）各主機廠均有彎曲半（bàn）徑及鬆弛度要（yào）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應力，隻有當線束（shù）整體因汽車運（yùn）行受到振動、衝擊與（yǔ）車身發生相對位移時，通（tōng）過線束柔（róu）性達到（dào）應變消除目的，即使有少許應變傳（chuán）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 高壓連接器發展趨勢

2.1 政策導向作用

    國（guó）家對新能（néng）源電動汽車產業政策的（de）製定要根據（jù）中國國情來決定。在（zài）發展綠色交通體係方麵，國家計劃提出，加快車船結（jié）構升級，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。加快推進城市建成區新增和更新的公交、環衛、郵政、出（chū）租、通（tōng）勤、輕型（xíng）物料配送車輛使用（yòng）新能源或清潔能源汽車，重點區域使用比例（lì）達到80%；重（chóng）點區域港口、機（jī）場、鐵路貨場等新增或更換作業車輛主要使用新能源或清潔能源汽車（chē）。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。在物流園、產業園、工業（yè）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（jí）中式充電樁和快速充電樁。根據國家的（de）政策導向，整（zhěng）車廠也根據相（xiàng）關政策調整內部模式，這就決定了連接器的發展方向。

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、物流車，包括定製連接器，要求會不所不同，或者（zhě）說會提（tí）出一些特別特殊（shū）的要求，所以（yǐ）包括還有無（wú）人駕駛，物聯網車、新能（néng）源等等，我們連接器（qì）廠家要考慮一（yī）下，這種電動汽車細分行業需求的定製化（huà）（整（zhěng）車端和電（diàn）池端），我覺（jiào）得（dé）或許會是一

個選擇不錯的嚐試，我們現在已經在邁向第一（yī）步。因為總體來看，這些類型的車都（dōu）會在不同的（de）場合應用，其實都（dōu）是一個細分領（lǐng）域，雖然量沒有那麽大，但（dàn）是（shì）那（nà）個市場（chǎng）就是屬於我們的，我們在這個市場就是做到（dào）頂尖，這也是一（yī）個不錯的選擇。第二個就是平台化，未來電池（chí）和整車（chē）都（dōu）會趨於平台化，如何跟客戶保（bǎo）持（chí）深入的技術溝通，形成雙方平台化的（de）產品很（hěn）重要，國內主機廠比較多（duō），大家平台現在也不同，比如（rú）電（diàn）池整包廠特別多（duō），每家自己的模組方（fāng）案、電池（chí）箱成組方（fāng）案都不一樣，作為連接器廠家需要思考怎麽樣做適合平台（tái）化的應（yīng）用（yòng）。

2.3小型化及輕量化

在汽車工業日漸追求節能（néng）與環保的背景（jǐng）下，汽車輕量化及小型化已（yǐ）成為技（jì）術潮流，也是汽車廠商技術競爭的重點，通過控製整車重量，可以有效的降低油耗，減小尾氣排放，提高燃油能效。在汽車工（gōng）業這樣的（de）大（dà）環境下，也帶動新能源連接（jiē）器必（bì）須走小型化及輕量化。

汽車小型化及輕量化的一係列重要解決方案，包括引入更小尺寸的高（gāo）性能銅（tóng）合金導（dǎo）線做為信號傳輸線，同時引入向（xiàng）微型化發展的端子及接觸件係（xì）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傳輸導線尺寸的原理，以及采用鋁導線替代傳輸較大功率的大（dà）線徑銅導線。

 3 結論

通過分析新能源連接器的主要技術參數（shù）及選用原則，隨著我們不斷地去搜集各種各樣的數據反饋，在國外的（de）話，甚至連接器的（de）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（men）會根據數據不斷的改良（liáng），達到一個最優的產品。

同時（shí），隨著國內連接器廠商（shāng），在實際（jì）使用過（guò）程中得到的主機廠和用（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（shǐ）用環境下，連接器是否穩（wěn）定;包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（xiē）都不會是問題，都會被克服（fú）掉。