新能源汽車高（gāo）壓連接器技術、設計及趨勢

近年來，由於受（shòu）到全球經濟波動的影響，北美、歐（ōu）洲（zhōu）和日本連接器市場增長緩慢，而以中（zhōng）國為（wéi）代表的新興市場呈（chéng）現持續增長勢頭，成為推動全（quán）球連（lián）接器（qì）市場增長的（de）主要動力。為此，全球知名連接器企業紛紛（fēn）把生產（chǎn）基地轉移到（dào）國內，包括TE Connectivity、Molex、Delphi等持續（xù）在國內投資建廠，中國已經成為全球最大的連接器生（shēng）產基地，尤其在政府的政策推動激勵下，我國新能源汽車（chē）行業穩健發展帶動了（le）汽車（chē）連接器的（de）持續發展。我國連接器經過了多年的技術積（jī）累，無論在設計能力（lì）還（hái）是自動化生產能力上已經滿足了新能源（yuán）汽車高（gāo）壓（yā）連接器所要求的技（jì）術水平。在下遊廠商國產化和技術能力（lì）足夠滿足的（de）前提下，國內廠（chǎng）商（shāng）已（yǐ）經占領了新能源（yuán）汽車（chē）高（gāo）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（jì）術（shù）分析

1.1 高（gāo）壓連接（jiē）器在整車係統中的應用（yòng）

新能源汽車用連接器是連接器大類中（zhōng）的一種，是近幾年隨著國家新能（néng）源汽車的發展，逐漸從（cóng）傳（chuán）統高壓（yā）大（dà）電流和傳統低壓汽車連接器中分離出來的（de）一類連接器。相較於傳統（tǒng）高壓大（dà）電流連接（jiē）器，新能源汽車用（yòng）連接器的使用工況（kuàng）更複（fù）雜多變，對連接器的（de）可靠性要（yào）求更高；相（xiàng）較於傳統低壓汽車連接器，由於電壓等級的提高（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，對連接器的安（ān）全性要求更高；所以對產品的（de）絕（jué）緣、防護要求等比傳統低壓插件均有所提高。

新能（néng）源汽車用連接器（qì）的作（zuò）用主要是保證（zhèng）整車高壓互（hù）聯（lián）係統，即在內部電路被阻斷或孤立（lì）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（fèn）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（chéng）。通過插頭護套和插座護套（tào）間的對插、相（xiàng）互配合，即可（kě）達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（hé）導電線纜同時（shí）作用，將電池包的能量通（tōng）過不同的電氣回路，輸（shū）送到整（zhěng）車係統中各部件，如電池（chí）包、電機控製器、DCDC轉換器、充電機等車身用電單元。

1.2 高壓連接器（qì）設計關鍵項（xiàng）分析（xī）

1.2.1溫升及降額（é）曲線值

溫升是連接器設（shè）計最重要的設計（jì）關鍵項之一，異常的溫升（shēng）會導致連接器因（yīn）為溫升過高（gāo），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，兩接觸載（zǎi）體之間的（de）電阻，如針孔對插接觸電阻、針孔尾部與（yǔ）導線壓接電阻、螺紋連（lián）接銅牌與（yǔ）銅（tóng）牌之間的接觸電阻

2、物質環（huán）境加熱：當連（lián）接器長期處於一個高溫環境，由於連接器所用（yòng）的材料都是工程塑料、金屬、橡膠等，尤其工（gōng）程塑料（liào）要求最高工作溫度140℃，但當產品使用的環境溫度過高，連接（jiē）器由於自身接觸內阻發（fā）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（xǔ）使（shǐ）用最高工作溫度。此時，若連接器長期處於一個該環境，連接器內部針孔件發熱導（dǎo）致內部溫度排不出（chū）來（lái）話，內部（bù）溫度會持續（xù）升高，連接器就會產生很大的熱量（liàng），導致連接器（qì）出現燒蝕引起車輛燃燒，這是非常嚴重（chóng）的問題。橡膠材料和金（jīn）屬材料均（jun1）有最高（gāo）工作溫（wēn）度限製，設計時均需要考慮。

3、板端的連接：設計的時候（hòu）要用螺栓的情況下，或者要用預防措施，防止供貨的時（shí）候鬆脫；同（tóng）時在螺栓連接時，一定要根據操作（zuò）規範（fàn）進行扭力檢測。導電（diàn）部件螺釘連（lián）接情況下，主要的失效模式之一就（jiù）是未（wèi）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（jiàng）額曲線：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（gè）商品，這個商品要用在特定的環境中使（shǐ）用，這（zhè）時選擇商品的時候就要（yào）根據這個商品（pǐn）的一（yī）個屬性（xìng）值來確定你選擇哪（nǎ）個區間範圍（wéi）內的商品。高壓連（lián）接（jiē）器的降額曲線圖就是給客戶提供一份（fèn）菜單，客（kè）戶根據（jù）這個菜單（dān）對應自己的口味選擇自己合（hé）適的菜品。

1.2.2高（gāo）壓互鎖（suǒ）(HVIL)

針對整個的（de）高壓互連係統來講，為了保證高壓係統上下電時（shí）的安全（quán），在連（lián）接設計時，引入了（le）高壓互鎖概念。簡單描述為，連接器在插（chā）合導通時，高壓回路先接觸導通，後高壓（yā）互鎖信（xìn）號回路再導通；分斷時，先高壓互鎖信號分斷，後高壓回路斷開（kāi）。大多數連接器廠（chǎng）家會把高壓互（hù）鎖設計（jì）放在連接器內部，也有一部分廠家會把高壓互鎖通過輔助結構設計（jì）放在對（duì）插腔體的外部。確保高壓互鎖（suǒ）回（huí）路的穩定性，十分重要。如果說高壓互鎖不連續，可能帶來的影響會很惡劣，比如車正在行駛過（guò）程中，突然高壓互鎖回路信號異常，導致整車突然掉電（diàn），不能正常運行，這樣會造成交通事故。

1.2.3 鎖緊結構

理（lǐ）解真（zhēn）正的二次鎖不（bú）是有一個二次的保護作用，是更要（yào）有效地對其（qí）保護，這個真（zhēn）正的含義就是在一次（cì）鎖止後，如果一次（cì）鎖失效了或者沒有操（cāo）作核實到位，二次鎖就是（shì）確保一次鎖鎖好以（yǐ）後，對第一次鎖進（jìn）行保護，這是一個很重（chóng）要的作用。二次鎖緊結構結合一（yī）次鎖裏麵最常用的就是力臂機構，因為一次鎖緊跟插拔（bá）力（lì）有關，所以按照力學設計理念需要一種類似於力臂機構的形（xíng）式，這樣才能達到既省力，也能夠很輕鬆地（dì）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機工程的可操作（zuò）性。USCAR裏麵也規定了相關一次鎖和二次鎖在對插和不對插情況下的力的要求。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（biāo）準不（bú）僅（jǐn）僅是作為一個（gè）技術性標準，而且還（hái）指導了設計者在設計過程中把結（jié）構做可靠，怎麽在結構及性能可靠的前（qián）提下，也能夠提供客戶更好（hǎo）的產品體驗感。下圖2是比較常見的鎖緊結構產品圖。

1.2.4 防護（hù）等級

連（lián）接（jiē）器的防護主要（yào）分在三個布置：

第一個是板端密封：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（zhuāng），這種是比較常（cháng）用（yòng）的結構，也有一些比較特殊的（de）結構（圖（tú）3）；

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

第三個（gè）是線（xiàn）端密封，線端連接器跟電纜之間的（de）防護（hù）密封（圖（tú）5）。

對於電動汽車高壓連接器隨著市場的發展，主機廠對（duì）產品（pǐn）防護（hù）的性能要（yào）求也在不斷地提高。行（háng）業發展（zhǎn）初期，IPI67的防護要求已經可以滿足絕大部分客戶。但是後（hòu）期隨（suí）著市場上出現（xiàn）的連接器產品防護失效，導致產品出現（xiàn）漏水，絕緣故障、甚至燒蝕的（de）案（àn）例也越來越來越多。

防護要求（qiú）逐步的提（tí）高成為電動車發展趨勢，目（mù）前IP67的要求不能滿足正常的（de）使（shǐ）用要求，當然這也不（bú）是絕對的（de），還要看（kàn）連接器在車上布置的位置。根據高壓回路在整車（chē）布置來（lái）講，都會懸掛（guà）在（zài）汽車底盤（pán）下麵，高壓不得進（jìn）艙內這是一個原則，所以（yǐ）說大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，當一些天氣（qì）惡劣的時候，比（bǐ）如說嚴酷的天氣很大的暴雨或者說一些嚴寒的天氣，你的輪胎帶起來的水（shuǐ）其實會衝擊這些連接器，如果大家熟悉測試的話，國內標準沒有IP6K9K一說，你會（huì）發現如果IP67的（de）話，高壓水（shuǐ）槍的衝擊的壓力，其（qí）實沒有6k9k大。當汽車（chē）高速行使的時候，突然涉水時，瞬時湧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。針對這一點的話，現在國內標準QC/T1067,國外標準USCAR將連接器密封分（fèn）為兩個等級S1和S2。S2等級的話，明確規定（dìng）適用的場合是底盤的位置較低，推薦的（de）就是6K和9K，所以未來連接防護的話一定是6K和9K。如果連（lián）接器並不是布（bù）置在上述位置，IP67的（de）設計其實還（hái）是可以滿足整車使用要求。

1.2.5 電磁屏蔽

電動汽車有很多的電子器件，電流會產生（shēng）磁場，整車零部件要有抗幹擾的能（néng）力。尤其是電動汽車現在作（zuò）為一個載體，無人駕駛（shǐ）會在這個基礎（chǔ）上更（gèng）多地（dì）開（kāi）發，所以這個技術問題非（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（men）更多的是要優先（xiān）考慮係統級的布置，這是一（yī）個前提條件，如果你的OBC，你布置的位置，包（bāo）括係統中的DCDC，是不是本身可能會有一些先天（tiān）性的問題，即（jí）使連接器做（zuò）得再好，也會出現各種信號幹擾的問題，所（suǒ）以首先要考（kǎo）慮係統型的（de），其次考（kǎo）慮零部件級的。對於連接器屏蔽效能，一般會采用二個方式。第一種方式（shì），我們（men）在一些塑料連接器上，裏麵會（huì）有金（jīn）屬屏蔽罩（zhào），電纜屏蔽層會跟金屬殼的屏蔽層相連（lián），形成一個有（yǒu）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（dōu）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（bāo）括國內一些比較知名的主機廠也在考慮這種方式，我們叫（jiào）spring contact（英文），其實就是一個彈（dàn）簧的連接。這種結構的好處也是很多的，因為尺寸（cùn）、空間會更小，它的接

觸點也會更多；此結構的製（zhì）造（zào）商（shāng）很（hěn）多，主（zhǔ）要代（dài）表的公司像瑞（ruì）士的寶馬彈簧、美國的巴塞爾等，他們在這塊有很多實（shí）際成熟應用（yòng）案例。大（dà）多數情況下，導線和（hé）屏蔽層的連（lián）接（jiē），我們會用金屬內、外環的（de）形式（shì），進（jìn）行壓（yā）接，將屏蔽層置於兩個金屬環（huán）之間，通過（guò）冷壓變形使屏蔽（bì）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，它（tā）通過一種類似於表帶簧的結構，用以替代彈簧連接，該（gāi）結構常在（zài）軍用產品上使用，技術成熟；我們做過相關測試，均（jun1）能滿足設計要求（qiú）。該結構應用在新能源電（diàn）動車的（de）屏蔽，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（bǐ）高。

1.2.6連接器材質

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

關於如何選擇塑料材質或者金（jīn）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需求（qiú），尤其（qí）是（shì）乘用車廠商會在滿足產品性能的前提下，盡量去（qù）選擇塑料連接器，以達到控製整車重量。

2.產品的使用環境

由於（yú）金（jīn）屬材料的機械強度比塑料好。所以在一些使用環境比較（jiào）惡劣的環境下，金屬連（lián）接器會更（gèng）適合。例如像特（tè）種（zhǒng）車輛、渣土車，以及整車在布置時，未做防護（hù）的電氣（qì）連接部位。此時，金屬（shǔ）材質相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（píng）蔽實現方式

針對屏蔽連接器，由於金屬連接（jiē）器自身（shēn）的外殼就（jiù）是用於（yú）導通屏蔽，形成屏蔽保（bǎo）護的載體。一般情況下，金屬連（lián）接器較（jiào）塑料連（lián）接器更容易實現更為優異的（de）屏蔽效能，外形結構更為緊（jǐn）湊。

（3）額定（dìng）電流（liú）：電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（rè）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（yán），P=UI,額（é）定電流是根據電（diàn）氣設備（bèi）的功率P，輸出電壓U決定。

峰值（zhí）電流（liú）：電（diàn）動汽車在急加速，爬坡，超載的瞬（shùn）間產生的（de）最大電流值。

載流截麵積與連接器額定電流成正比，換句（jù）話說，插針/孔/導線截麵越大，它所能通（tōng）過的電流也越大，連接器越大。

（4） HVIL（高壓互鎖）

（4.1）設計HVIL功能目的（de）

確認整個高壓係（xì）統（tǒng）的完整性，當（dāng）高壓係（xì）統回路斷開或者完整性受到破壞的時候，激發整（zhěng）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（chéng），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（diàn）路是低壓電，相對於功率電路（lù），是獨立的。

（4.3）連接器（qì）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（zǐ）先接通，信號端子後接通。

——斷開時，信號端子先斷開（kāi），功率（lǜ）端子後斷開。

特（tè）別說（shuō）明：功率端子的接通，表示（shì）良好（hǎo）的接觸，虛接觸是不可接受

 （5） 屏蔽

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

    屏蔽（bì）與非屏蔽連接器主要區別即為是否設置有導電良（liáng）好（hǎo）的金屬（shǔ）屏（píng）蔽體。

（6） 防護等級

IP防（fáng）護等級是由兩個數字所組成，第（dì）一個標記數字表（biǎo）示（shì）電器防塵、防止外物（wù）侵入的等級，第二個標記數字（zì）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（chā）頭尾部電纜出線角度與插座安裝麵法向方向之間的角度，依此劃分，常見（jiàn）的有90°(彎式)及180°(直式)出（chū）線電連接器。

（8） 插（chā）座安裝方式（shì）

為滿足主機廠（chǎng）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選項注意事項

（1）電壓選型（xíng）需（xū）匹配：整車經過負載計算的（de）額定電壓應小於等於連接器額定電壓，若整（zhěng）車工作電壓超（chāo）出連接器額定（dìng）電壓長時間運行，電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（suàn）的額定電流應小於等於連接器額（é）定電流，若整車工作（zuò）電流超出（chū）連接器額定電流長（zhǎng）時（shí）間運行（háng），電連接器有過載（zǎi）燒蝕風險。

圖片（piàn）

（3）電纜選型需匹配：整車電纜選型匹配分為電纜載流匹配（pèi）和電纜與連接器密（mì）封匹配，關於電纜（lǎn）載流，各主機廠有專門（mén）的電氣工程師進行匹配設計（jì），在此不作解釋。

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（zhě）間接觸壓力（lì），從（cóng）而實現可靠的防護性能，如IP67；根據（jù）計算，實現特定的接觸壓力依靠密封件特定的（de）壓（yā）縮量實現，依（yī）此推出，若需可靠防護（hù），連接器的密封防護在設計之初就對電纜有特定的（de）尺寸要求；

同等規格的載流（liú）截（jié）麵，電纜可有不同的外徑尺（chǐ）寸，如屏蔽電纜與非屏蔽電纜，國（guó）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，以防造成連接器密封失效。

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

使用案例（lì），建（jiàn）議線束（shù）裝配完成後，連接器（qì）端子本身不受應力，隻有當線束整體因（yīn）汽車運行受到振（zhèn）動、衝（chōng）擊與車身發生相對（duì）位（wèi）移時，通過線（xiàn）束柔性達到（dào）應變消除目的，即（jí）使有少許應變傳遞到連接器端子，所產（chǎn）生應力也不超過端（duān）子在連接器中設計固持力 。

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（zhì）定（dìng）要根據中（zhōng）國國情來決定。在發展綠色交通體係方麵，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（xīn）能源汽車產銷量達到200萬（wàn）輛左右（yòu）。加（jiā）快推進城（chéng）市建成區新增和更新的公交、環衛（wèi）、郵政、出租（zū）、通勤、輕型物料配送車輛使用新能源或清潔（jié）能源汽車，重點區域使用比例（lì）達到80%；重點區域港口、機場、鐵路貨場等新增或更換作業車（chē）輛（liàng）主要使用新能源或清潔能源汽（qì）車。2020年（nián）底前，在物流園、產業園、工業園、大型單列市建成（chéng）區公交車全部更換為新能源（yuán）汽車。在物流園、產業園、工（gōng）業園、大型商業購物中心、農貿批發市場等（děng）物流（liú）集散（sàn）地（dì）建設集中式充電樁和快速充電樁。根據國家的政策導向，整車（chē）廠也（yě）根據相關政策調整內部模（mó）式，這就決定了連接器（qì）的發展方向。

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，包括定製連接器，要求會不（bú）所不同，或者說會提出一些（xiē）特別特（tè）殊的要求，所以包括還有無人駕駛，物聯網車（chē）、新能源等等，我們連接器廠家要考慮（lǜ）一下，這（zhè）種電（diàn）動汽車細分行業需求的（de）定製（zhì）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）總體來看，這些類型的車都會在不（bú）同的場合應（yīng）用，其實都是一個細分領（lǐng）域（yù），雖然量沒有那麽大，但是那個市場就（jiù）是屬於我們（men）的，我們在這個市場就是做到頂尖，這也是一個不錯的選擇。第二個就是平台化，未來電池和整車（chē）都（dōu）會趨於平台化，如何跟客戶保持深入的技術（shù）溝（gōu）通，形成雙方平台化的產品很重要，國內主機廠比（bǐ）較多，大家平台現在也不同，比如電池整包廠特別多，每家自己的模組方案、電池箱成組方案都不一樣，作為連接器廠（chǎng）家需要思考怎麽樣做適合平台化的應用。

2.3小型化（huà）及輕量化

在汽車（chē）工業日漸追求節（jiē）能（néng）與環保的背景下，汽車輕量化及小（xiǎo）型化已成為技術潮流，也是汽車廠商技術競爭的（de）重點，通過控製整車重量，可（kě）以（yǐ）有效的（de）降低油耗，減小尾氣（qì）排放，提高（gāo）燃油能效。在汽車（chē）工業這樣的大環境下，也帶動（dòng）新能源連接器必須走小型化及輕量化（huà）。

汽車小（xiǎo）型化及輕量化的一係列（liè）重要解決方案，包括引入更小尺寸的高性能銅合金導線做為信號傳輸線，同時引入向微型化發展的端子及接觸（chù）件係統，以（yǐ）及該微型化產生的壓接不穩定的優（yōu）化及可靠驗證方法；采用高性能端子來降低（dī）小功率傳輸導線尺（chǐ）寸的原理，以及采用鋁（lǚ）導線替代傳輸較大功率的大線徑銅導線。

 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，在國外的話（huà），甚至連接器的廠家設置了（le）很多整車的數據返回，他們會形（xíng）成一個聯盟，他們會根據數據不斷的改良，達到（dào）一個最（zuì）優的產（chǎn）品。

同時（shí），隨著國內連接器廠商，在實際使用過程中得到的主機廠和用戶（hù）的實際（jì）反饋。連機器廠商們也在（zài）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（wǒ）們新材料的研（yán）發（fā）和技術壁壘的攻克，成本是否能（néng）夠（gòu）商業化。在（zài）不久的將（jiāng）來，這些都不（bú）會是問題，都會被克服掉（diào）。