新能源汽車高壓連接器技術、設（shè）計及趨勢

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慢，而以中（zhōng）國為代表的新（xīn）興市（shì）場呈現（xiàn）持續增長勢頭，成為推動全球（qiú）連接器市場增長的主要動力。為此，全球知（zhī）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（nèi）投資建（jiàn）廠，中國已（yǐ）經（jīng）成為全球最大的連接器生產基地，尤（yóu）其在政府的政策推（tuī）動（dòng）激勵下（xià），我國新能（néng）源（yuán）汽（qì）車行業穩健發展帶動了（le）汽車連接器的持續發展（zhǎn）。我（wǒ）國（guó）連接器經過了多年的技術積累，無論在設計能（néng）力還（hái）是自動化生產能力上已經滿足了（le）新能源（yuán）汽車高壓連（lián）接（jiē）器所要求的技術水平。在下遊廠商國產化和技術能力足夠滿足（zú）的前提下，國內（nèi）廠商已經占領了新能源汽（qì）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（jī）會打破外商在（zài）傳統汽車連接器的壟斷地（dì）位。

1 高壓連接器技術分析

1.1 高壓連（lián）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一種，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（yā）大電流和傳統低壓（yā）汽車連接器（qì）中分離出來的（de）一類連接（jiē）器。相較於傳統高壓大電（diàn）流連接器（qì），新能源汽車用連接器的使用工（gōng）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（yú）電壓等級（jí）的提高（目前主流係統的電壓均高於300V DC），增加了人體受到電擊傷害的風險，對連接器的安全性要求更高；所以對產品的絕緣、防護要求（qiú）等比傳統（tǒng）低壓插件均有（yǒu）所提高。

新能源汽車用連接器的作用主（zhǔ）要是保證（zhèng）整（zhěng）車高壓互（hù）聯係統，即（jí）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，導電接觸對三部分組成。通過插頭護套和插座護套（tào）間的（de）對插、相互配合（hé），即可達到接通和導電的功能。高（gāo）壓連接器主要使用在新能源汽車高壓大（dà）電流回路，和導電（diàn）線纜同時作用，將電（diàn）池包的能量通過不同的電（diàn）氣回路，輸送（sòng）到整車係統中各部件，如電池包、電機控製器、DCDC轉換器、充電（diàn）機等車身用電單元（yuán）。

1.2 高（gāo）壓連接（jiē）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設（shè）計關鍵項之一，異常的溫升會導致連接器（qì）因為溫升過（guò）高，發生燒蝕。

連接器的溫升受如下（xià）因素影響：

1、 接觸電阻：用（yòng）於導電連接（jiē），兩接觸載（zǎi）體之間的電阻，如針孔對插（chā）接觸電阻、針孔（kǒng）尾部與（yǔ）導線壓接電阻（zǔ）、螺紋（wén）連接銅牌與銅牌之間的接觸（chù）電阻

2、物質（zhì）環境加熱：當連接器（qì）長期處於（yú）一個高溫環境，由於（yú）連接器所用的材料都是工程塑料、金屬、橡膠等，尤其工（gōng）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（dá）到熱平衡時，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，若連接器長期處於一個該環境，連（lián）接器內（nèi）部（bù）針孔件發熱導（dǎo）致內部溫度排不出來話，內部溫度會持續升高，連接器就會產生很大的熱量，導致連接（jiē）器出現燒蝕引（yǐn）起車輛燃燒，這是（shì）非常嚴重的問題。橡膠（jiāo）材料和金屬材料均有（yǒu）最高工作（zuò）溫度限製，設計時均需要考（kǎo）慮。

3、板端（duān）的連（lián）接（jiē）：設計（jì）的時候（hòu）要用螺栓的情況（kuàng）下，或（huò）者要用預防（fáng）措施，防止供貨（huò）的時候鬆脫；同時在螺栓連接時，一定（dìng）要根據操作規範進行扭力檢測。導電部（bù）件螺釘連接（jiē）情（qíng）況下，主要（yào）的失效模式之一就是未按照力矩要求進行擰緊力矩管（guǎn）控，導致連接部位溫升異常，燒蝕。

4、降額曲線：現在（zài）我們來討論下降額曲（qǔ）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（shāng）品要用在特定的環（huán）境中使用，這時選擇商（shāng）品的時候就要根據這個商品的一個（gè）屬性值來確（què）定你選擇哪個區間範圍（wéi）內（nèi）的商品。高壓連接器的降額（é）曲線圖就是給客戶提供（gòng）一份菜單，客戶（hù）根據這個（gè）菜單對應自己（jǐ）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係統來講（jiǎng），為了保證高壓係統上下電時的安（ān）全，在連接設計時，引入了高（gāo）壓互（hù）鎖概念。簡單描述為，連接器在插合導通時，高（gāo）壓回（huí）路先接觸（chù）導通，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，後高壓（yā）回路斷開。大多數連接（jiē）器廠家會把高壓互鎖設計放在連接（jiē）器內部，也有一部（bù）分廠家會把高壓互鎖通過輔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，可能帶來（lái）的影響會很惡劣，比如車正在行駛過程中，突然（rán）高壓互鎖回路信號異常，導致整車突然掉電，不能（néng）正常運行，這樣會造成交通事故。

1.2.3 鎖緊（jǐn）結構

理解真正的二次鎖不是有一（yī）個二次的保護作用，是更要（yào）有效地對其保護，這個真正的含義就是（shì）在一次鎖止後，如（rú）果一次鎖失效了或者沒有操作核實到位，二次鎖就是（shì）確保一次鎖鎖好以後，對第一次鎖進行保護，這是一個很（hěn）重要的作用。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（wéi）一次鎖緊跟插拔力有關，所以按照力學（xué）設計理念（niàn）需要一種類（lèi）似於力臂機構的形式，這樣才能（néng）達到既省力，也能夠很輕鬆地把連接器插到位。對（duì）於力臂（bì）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（yě）規定了相關一次鎖和二次鎖在對插和不（bú）對插情況下的力的要求。其實（shí）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（shì）作為一個技術性標準，而且還指導了設計者在設計過程中把結構做可靠（kào），怎麽在結構及性能可靠的前提下，也（yě）能夠提供客戶更好的產品體驗（yàn）感。下圖2是比較常見的鎖（suǒ）緊結構產品圖。

1.2.4 防護等級（jí）

連接器的防護主要分在三個布置：

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

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

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

對於電動汽車高壓連（lián）接器隨著市場的發展，主機廠對產品防護的性能要（yào）求也在不斷地提（tí）高。行業發展初期，IPI67的防護（hù）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連接器產品防護（hù）失效，導致產品出現漏水，絕緣故障、甚至燒蝕（shí）的案（àn）例也越來越來（lái）越多。

防護要（yào）求逐步的提高成為電動車發（fā）展趨（qū）勢，目前（qián）IP67的要求不能滿足正常的使用要求，當然這也不是絕對的，還要看連接器在車（chē）上布置的位置。根據高壓回路在整車布置來講，都會懸掛在（zài）汽車底盤下麵，高壓不（bú）得進艙內這是一個原則，所以說大多（duō）數高壓（yā）連接器都是會在底盤靠近地麵，或者靠近（jìn）輪轂的位置，當一（yī）些天氣惡劣的時候，比如說嚴酷的天氣（qì）很大的暴雨或者說一些嚴寒的天氣，你的輪胎（tāi）帶起來的（de）水其實（shí）會衝擊（jī）這些連接器，如果大家熟悉測試（shì）的話，國內標準沒有IP6K9K一說，你會（huì）發現如果IP67的話，高壓水槍（qiāng）的衝擊的壓力，其實沒有6k9k大。當汽車高速行使的時候，突然涉水時，瞬（shùn）時湧向連接器的水壓會（huì）很大，所以說IP67有的時候是很難（nán）滿足（zú）實際的使（shǐ）用要求。針對這一點的話，現（xiàn）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等級的話，明確規定適用（yòng）的場合是底盤的位置（zhì）較低，推薦的就是6K和9K，所以未來連接（jiē）防（fáng）護的話一定是6K和9K。如果連接器並不是布置在上述（shù）位置，IP67的設計其實還是可以滿（mǎn）足整車使用要求。

1.2.5 電磁屏蔽

電動汽車有很多的電（diàn）子（zǐ）器（qì）件，電流會產生磁場，整（zhěng）車零部件要有抗幹擾（rǎo）的能力。尤其（qí）是電動汽車現在作為一個載體，無人駕駛會在這個（gè）基礎上更多地開發，所以這個技術問題非常重要。對於高（gāo）壓係統而（ér）言，屏蔽連接器、電纜是非常重要的，但是我們更多（duō）的（de）是要優先考慮係（xì）統級的布置，這是一個前提條件，如果你的（de）OBC，你布置的位置，包括係（xì）統中的DCDC，是不是本（běn）身可能會有一些先天性的問題，即使連接器做得再好，也（yě）會出（chū）現各種信號幹擾的問題，所以首先要（yào）考慮係統型的，其次（cì）考慮零部件級（jí）的。對於連接器（qì）屏蔽效能，一般會（huì）采用二個方式。第一種（zhǒng）方式，我們在一（yī）些塑料連接器上（shàng），裏麵會有金（jīn）屬屏蔽罩，電纜屏蔽層會跟金屬殼的屏（píng）蔽層相連，形（xíng）成一個有效的360°的屏蔽層。第二種方式，大（dà）多數的高壓小電流的連接（jiē），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）常用的方式，包括國內（nèi）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（chù）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（jié）構的製造商很（hěn）多，主要（yào）代表的公司像瑞士的（de）寶馬彈簧（huáng）、美國的巴塞（sāi）爾等，他們在這塊有很多實際成熟應用案例。大多數情況（kuàng）下，導線和（hé）屏蔽層的連（lián）接，我們會用金屬內、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（yā）變形使屏蔽層和金屬環進行緊密固定。另外（wài），我們還有一種屏蔽方式，它通過一種類似於表帶簧的結構，用以替代彈簧連接，該結構常在軍用產品上（shàng）使用，技術成熟；我們做過相關測試（shì），均能滿足設計要求。該結構應用在新能源電動車（chē）的屏蔽，既能（néng）夠滿足性能要（yào）求，同時又（yòu）是衝製件，適合批量生產，性價比高。

1.2.6連（lián）接器材質

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

關於如何（hé）選擇塑料材質或者金屬材質，一般有如下幾個參（cān）考（kǎo）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（zài）滿足產品性能的前提下（xià），盡量去選擇（zé）塑料連接器，以（yǐ）達到控製整車重量（liàng）。

2.產品的使用環境

由於金屬材料的（de）機械強度比塑料好。所以在一些使用環境比較惡劣的環境下，金屬連接器會（huì）更適合。例如像特種車輛、渣土車，以及（jí）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）比塑料材質的連接器在受環境影（yǐng）響（xiǎng）及（jí）機械（xiè）強度方麵略勝一籌。

3.屏蔽實現方式

針對屏蔽連接器，由於（yú）金（jīn）屬連接（jiē）器自身的外（wài）殼就是用於導通屏蔽，形成（chéng）屏蔽保護的載體。一般情況（kuàng）下，金屬連接器較塑料連接器更容易實現更（gèng）為優異的屏蔽效能，外形結構（gòu）更為緊（jǐn）湊。

（3）額定電（diàn）流：電（diàn）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，發熱不超過長期發熱允（yǔn）許溫度（dù）時所允許長期通過的最大電流。

對電動汽車而言，P=UI,額（é）定電流是根據（jù）電氣設備的（de）功率P，輸出電壓U決定（dìng）。

峰值電流（liú）：電動汽車在急加速，爬坡，超載的瞬間產生的最大電流值。

載流截（jié）麵積與（yǔ）連（lián）接器額定電流成（chéng）正比，換句話說（shuō），插針（zhēn）/孔（kǒng）/導線截麵越大，它所（suǒ）能通過的電（diàn）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性，當高壓係（xì）統（tǒng）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（xiàn）

a.需要整個係統構（gòu）成，係統（tǒng）開發時就要設計（jì）進去；

b.主要（yào）通過連接器來完成；

c.HVIL電路是低壓電，相對（duì）於功（gōng）率電路，是（shì）獨立的。

（4.3）連接器HVIL功（gōng）能實現原理

功率和信號端子應滿足：

——連接時，功率端子（zǐ）先接通，信號端子後接通。

——斷開時，信號端子（zǐ）先斷（duàn）開（kāi），功率端子後斷開。

特別說明：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

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

    屏蔽與非屏蔽連接器主要區別（bié）即為是否設（shè）置有（yǒu）導（dǎo）電良好（hǎo）的金屬（shǔ）屏（píng）蔽體。

（6） 防護等（děng）級

IP防護等（děng）級是由兩個數字（zì）所組成，第一（yī）個標記數字表示電器防塵、防止外物侵（qīn）入的等級（jí），第二個標（biāo）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（fáng）護等級越高。

（7）出線方式

主要指電連接（jiē）器插頭尾部電纜（lǎn）出線角度與插座安（ān）裝麵法（fǎ）向方（fāng）向之間的角度（dù），依此劃分，常見的有90°(彎式)及180°(直式)出線電連接器。

（8） 插座（zuò）安裝方式

為滿足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（yǐ）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（jì）算的額定電壓應小（xiǎo）於等於連接器額定電壓，若整車工作電（diàn）壓超出連接器額定電（diàn）壓長時間運行（háng），電連接器有爬電燒蝕風險。

（2）電流選（xuǎn）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（é）定電流，若整車工作電流超出（chū）連（lián）接器額定電流長時間運行，電連接器有過載燒蝕風險。

圖片

（3）電纜選型需匹配：整車電纜選型匹配分為電纜載流匹配和電纜與（yǔ）連接器密封匹配，關於電纜（lǎn）載流，各主機（jī）廠有（yǒu）專門的電氣工程師進行匹配設（shè）計，在此不作解釋。

密封匹配（pèi）：連接（jiē）器（qì）與電纜密封依靠橡膠密封件彈性壓縮（suō）提（tí）供二（èr）者間接觸（chù）壓力，從而實現可靠的防護性能，如IP67；根（gēn）據計算，實現特定的接觸壓力依靠密封（fēng）件特定的壓縮量實現，依此推出，若需可靠防護，連接器的密封防護在設計（jì）之初就對（duì）電纜有特（tè）定的尺寸要求；

同等規格的載流截麵，電纜可有不同的外（wài）徑尺寸，如屏蔽電纜（lǎn）與非屏蔽電纜，國標電纜與（yǔ）LV216標準電纜，具體匹配（pèi）何種電纜，連接器選型規格書均有明確表述，故連接器選型時需特別注意適配電纜規（guī）格要求，以防造成連接器密（mì）封失效。

（4）整車需柔性（xìng）布線：對於整車布線，現各主機（jī）廠均有彎曲半徑及鬆（sōng）弛度要（yào）求；根據連接器在整車

使用案例，建議線束裝配完（wán）成後，連接器端子本（běn）身不受應力，隻有當線束（shù）整體因（yīn）汽車運行受到振動、衝擊與車身發生（shēng）相對位移時，通過（guò）線束柔性達到應變消（xiāo）除目的，即使有少許應變傳遞到連接器端子，所產生應力（lì）也不超過端子（zǐ）在連接（jiē）器中設計（jì）固持（chí）力 。

圖片

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國國情來決定。在發展綠色（sè）交通體係方麵，國家計劃（huá）提出，加快車船結構升級，推廣使用新（xīn）能（néng）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（de）公交、環衛、郵政、出租、通勤、輕型物料（liào）配送（sòng）車（chē）輛使用新能源或清潔能源汽車，重點區域（yù）使用（yòng）比例達到（dào）80%；重點區域港口、機場、鐵路貨場等新（xīn）增或更換作業車輛主要使用（yòng）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。在物流園（yuán）、產（chǎn）業園、工業園、大型商業購物中心、農貿（mào）批發市場等物流集散地建設集中式充電樁和（hé）快速充電（diàn）樁（zhuāng）。根據國家的政策導向，整車廠也根據相關政（zhèng）策調整內部模（mó）式，這就決定了連接器的發（fā）展方向。

2.2平台（tái）化及定製化

 電動汽（qì）車這種類型也多，比如說乘用車、物流車，包括定製連接器，要求會不所不同（tóng），或者說會提（tí）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（yuán）等等，我們連（lián）接器廠家要考慮一下，這種電動汽車（chē）細分行業需求的定製化（整車（chē）端和電池端（duān）），我覺得或許會是一

個選擇不（bú）錯的嚐試，我們現在已經在邁向第一步。因（yīn）為總體來看，這些類型的車都會在不同的場（chǎng）合應用，其實（shí）都是（shì）一個細（xì）分領（lǐng）域，雖然量沒有那麽大，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，這也是一（yī）個不錯的選擇。第二（èr）個就是平台化，未來電池（chí）和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，國內主機（jī）廠比較多，大家平台現在也不（bú）同（tóng），比（bǐ）如電池整包（bāo）廠（chǎng）特別（bié）多，每家（jiā）自己的模組方案、電池（chí）箱成組方案都不一樣，作為連（lián）接器廠家需（xū）要思考（kǎo）怎麽（me）樣做適合平台化的應用。

2.3小型化及輕量化

在汽車工業（yè）日（rì）漸（jiàn）追求節能與（yǔ）環保的背景（jǐng）下，汽車輕（qīng）量化及小型化已成為技術（shù）潮流，也（yě）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（yóu）耗（hào），減小尾氣排放，提高（gāo）燃油能效。在汽車工業這樣的大環境下，也帶動新能源連接器必須走小型化及輕量化。

汽車小型化及（jí）輕量化的（de）一係列重要解決方案，包括引入（rù）更小尺寸的高性能銅合金導線做為信號傳輸線，同（tóng）時引入向微型化發展的端子（zǐ）及（jí）接觸件係統，以及該微型化產生（shēng）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（lǐ），以及采用鋁導（dǎo）線替代傳輸較大功率的大線徑銅導（dǎo）線。

 3 結論

通（tōng）過分析新能源連接器的主要技術參（cān）數及選（xuǎn）用原則，隨著我們不斷地去搜集各種各樣的數據反饋，在國外的話，甚至連接器的（de）廠（chǎng）家設置了很多整車的數（shù）據返回（huí），他（tā）們會形成一個聯盟，他（tā）們會（huì）根據數據不斷的改良，達到（dào）一個最優的產品。

同時，隨著國（guó）內（nèi）連接（jiē）器廠商，在（zài）實際使用過程（chéng）中得到的主機廠和用戶的實（shí）際反（fǎn）饋（kuì）。連機器廠商們也在不停地去（qù）模擬真實用戶使用環境下（xià），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，成本是否能夠商業化。在不久的將來，這些都不會是問題，都會被克服掉。