新能（néng）源汽車高壓連接器技術、設計及趨勢

近年（nián）來，由於受到全球經濟波動的影響，北美、歐洲（zhōu）和日本連接器市場（chǎng）增長緩慢，而以中國為代表的新興市場呈現持續增長（zhǎng）勢頭，成為（wéi）推動全球連接器市場增長的主要動力。為此，全球知名連接器企業紛紛把生產（chǎn）基地轉移到國內，包括TE Connectivity、Molex、Delphi等持續（xù）在國內投資建廠，中國（guó）已經成為（wéi）全球最大的（de）連接器生產基地，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（fā）展。我國連接器經（jīng）過了多年的技術（shù）積累，無論在設計能力還是自（zì）動化生產能力上已經滿足了新能源汽（qì）車高壓連接器所要求（qiú）的技術水平。在下（xià）遊（yóu）廠商國產化和技術能力足（zú）夠滿足的前提下（xià），國內廠商已經占領了新能源汽車高壓連接器的至（zhì）高點，希望在這個新的領域實現彎道超（chāo）車，有（yǒu）機會（huì）打破（pò）外商在傳統汽車連接器的壟斷地位。

1 高壓連接器技術（shù）分（fèn）析

1.1 高壓連接器在整車係（xì）統中的應用

新（xīn）能源汽（qì）車（chē）用連接器是連接器大類中（zhōng）的一種，是近（jìn）幾年隨著國家新能源汽車的發展，逐（zhú）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。相較於傳統高壓大電流連接器，新能源汽車用連接（jiē）器的使用工況更複雜（zá）多變，對連接器的可靠（kào）性要求（qiú）更高（gāo）；相較於傳統（tǒng）低壓汽車連接器，由於電壓等級的提高（目前（qián）主流係統的電壓均高於300V DC），增加了人體受到電擊傷（shāng）害的風險，對連接器的安全（quán）性要求更高；所以對產品的絕緣、防護要求等比傳統低壓插件均有所（suǒ）提高。

新能源汽車用連（lián）接器（qì）的作用主要是保證（zhèng）整（zhěng）車（chē）高壓互聯係統，即（jí）在內部電路被阻斷或孤立不通（tōng）處架起橋梁從而使電（diàn）流流通。新能源車用連（lián）接器的組成一般可（kě）分為：外殼、密封件等輔（fǔ）助結構，絕緣件，導（dǎo）電接觸對三（sān）部分（fèn）組成。通過插頭護（hù）套（tào）和插（chā）座護套間（jiān）的對插、相互配（pèi）合，即可達（dá）到接通和導電的功能（néng）。高壓連（lián）接器主要使用在新能源（yuán）汽車高壓大電流回路，和導電線纜（lǎn）同時作（zuò）用，將電池包的能量（liàng）通（tōng）過不同的（de）電氣回路，輸送到整車係統中各部件，如電池包、電機控製器、DCDC轉換器、充電機等車身（shēn）用電單元（yuán）。

1.2 高壓（yā）連接（jiē）器設計關鍵項分析

1.2.1溫升及降額曲線值

溫升（shēng）是（shì）連接器（qì）設計最重要的設計關鍵項之一，異常的溫升會導致連接器因為溫升過高，發生燒蝕。

連接器（qì）的溫升受如下因素影響：

1、 接觸電阻：用於導（dǎo）電連接，兩接觸載體之間的電阻，如針孔對插（chā）接觸電（diàn）阻、針孔（kǒng）尾部與導（dǎo）線壓接（jiē）電阻、螺紋（wén）連接銅牌（pái）與銅牌之間的接觸電阻

2、物質（zhì）環境加熱：當連接器長期處於一個高溫環境，由於連接器所用的材料都（dōu）是工程塑料、金屬（shǔ）、橡（xiàng）膠等，尤其工程塑料要求最高工作溫度140℃，但當產品使用的環境溫度過高，連接器由於自身（shēn）接觸內阻發熱在達到熱平衡時，加（jiā）上所處的環境溫度高於了材（cái）料允許（xǔ）使用最高工作溫度。此時，若連接器長期處於一個該環境，連接器內部針孔（kǒng）件發熱導致內部溫度排不（bú）出來話，內部溫度會（huì）持續升高，連接器就會產生很大的熱量，導致連接（jiē）器出現燒蝕引起車輛燃燒，這（zhè）是非（fēi）常嚴重的問（wèn）題（tí）。橡膠材料和金屬材料均（jun1）有最高工作溫度（dù）限製，設計時均需要（yào）考慮。

3、板端（duān）的連接：設計的時候要用（yòng）螺栓的情況下，或者要用預防措施（shī），防止供貨的（de）時候鬆脫；同時在螺栓連接時，一定要根據操作規範（fàn）進行扭力檢（jiǎn）測。導電部件螺釘連接情況下，主要的失（shī）效模式（shì）之一就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。

4、降額（é）曲線：現在（zài）我們來討論下降額曲線，在我的理解中，降額曲線圖（tú）就好比你去選（xuǎn）擇一個商品（pǐn），這個商品要用在特定的環境中使用，這時選擇商品的時候就要（yào）根據這個商（shāng）品的一個（gè）屬性值來確定你選擇哪個區間範圍內的（de）商品。高壓連接（jiē）器（qì）的降額曲線（xiàn）圖（tú）就是給客戶提供一份菜單，客戶根據這個菜單（dān）對應自己的口味（wèi）選擇自己合適的菜品。

1.2.2高壓互（hù）鎖(HVIL)

針對整個的高壓互連係統來講，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（gài）念。簡單描（miáo）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（hù）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（lù）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（yī）部分廠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（bù）。確保高壓互鎖回路的（de）穩定性，十分重要。如果說高壓互鎖（suǒ）不連續，可能帶來的（de）影響會很惡劣，比如車正在行駛過程中（zhōng），突然高壓互鎖回（huí）路信號異常，導致整車（chē）突然（rán）掉電，不能正常運行，這樣會造成交通（tōng）事故。

1.2.3 鎖緊結構

理解真正的（de）二次鎖（suǒ）不是有（yǒu）一個二次的保護作（zuò）用，是更要有效地對（duì）其保（bǎo）護，這個真正的含（hán）義（yì）就是在一次鎖止後（hòu），如果一次鎖失（shī）效了或者沒有操作核實到位，二次鎖就是確保一次鎖鎖好以後，對第（dì）一次鎖進行保護，這是一個很（hěn）重（chóng）要（yào）的作用。二（èr）次鎖緊結構結合一次鎖裏麵（miàn）最常用（yòng）的就是力臂機構，因為一次鎖緊跟插拔力有關（guān），所以按照力學設計理念需要一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（sōng）地把連接器插（chā）到位。對於力臂的要求，USCAR裏麵講到了（le）很多的力臂的人機工程的可操作性。USCAR裏麵（miàn）也規定了相（xiàng）關一次鎖和二次鎖在對（duì）插和不對插情（qíng）況下的力的要求。其（qí）實我們大

家都會認為USCAR是（shì）連接器的標準，但我認為USCAR標準（zhǔn）不僅僅是作為一（yī）個技術性標準，而（ér）且還指導（dǎo）了設計者在設（shè）計（jì）過程中把結構做可（kě）靠，怎麽在結（jié）構及性（xìng）能可靠的前提下，也（yě）能夠提供客戶（hù）更好的產品體驗感。下（xià）圖2是比較常見（jiàn）的鎖緊結構產（chǎn）品圖。

1.2.4 防護等級

連接器（qì）的防護主要分在三個布置：

第一個是板端（duān）密封：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（gòu），也有一些比較（jiào）特殊的結構（圖3）；

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

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

對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（néng）要求也在不斷地提高。行業發（fā）展初期，IPI67的防護要求已經可以滿（mǎn）足絕（jué）大部分客（kè）戶。但是後期隨著市場上出現的（de）連接器產品防護失效，導致產品（pǐn）出（chū）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）求逐步的提高成為電動車發展趨勢，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，還要看連接器在車上布（bù）置的位置（zhì）。根據高壓回路在整車（chē）布置來講，都會懸掛在汽車底盤（pán）下麵，高壓不（bú）得進艙內這是一個原則，所以說大多數高（gāo）壓（yā）連接器都是（shì）會在底盤靠近地麵，或者靠近輪轂（gū）的位（wèi）置，當一些（xiē）天氣惡劣的時候，比如說嚴酷的天氣很大的暴雨或（huò）者說一些嚴寒的天（tiān）氣，你的輪胎帶起來的水其實會衝擊這些連接器，如果大家熟悉測試（shì）的話，國（guó）內標準沒有IP6K9K一說，你會（huì）發現如果（guǒ）IP67的話，高壓水槍的衝擊的壓力，其實沒有（yǒu）6k9k大。當（dāng）汽車高速行使的時候，突然涉水時，瞬時湧向連接器的水壓會很大，所以說IP67有的（de）時候是很難（nán）滿足實際的使用要求。針（zhēn）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（hé）S2。S2等級的話，明確規（guī）定（dìng）適用的場（chǎng）合是底盤的位置較低，推薦的就是6K和9K，所（suǒ）以未來連接防護的話一定（dìng）是（shì）6K和9K。如果（guǒ）連接器並不是布置在上述位置，IP67的設計其實還是可以滿（mǎn）足整車使用要求。

1.2.5 電（diàn）磁屏蔽

電動汽車有很多的電子器件（jiàn），電流會產生磁場，整車（chē）零部件要有抗幹擾的能力。尤其是電動汽車現在作（zuò）為一個載體，無人駕駛會在這個基礎上更多地開發，所以這個技術問題非常重要（yào）。對於高壓係統（tǒng）而言，屏蔽連接器、電纜是非（fēi）常重要的（de），但是我們（men）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（bù）置的位置，包（bāo）括係統中的DCDC，是不是本身可（kě）能會有一些先天性的問（wèn）題，即（jí）使連接器做得再好，也會出現各種信（xìn）號幹擾的問題，所以首先要考慮係統型（xíng）的，其次考慮零部件級的。對於連接（jiē）器屏蔽效能，一（yī）般會采（cǎi）用二個方式。第一種方式，我們在（zài）一些塑料連接器上，裏麵會（huì）有金（jīn）屬屏蔽（bì）罩，電纜屏蔽層會跟（gēn）金屬殼的（de）屏蔽層相連，形成（chéng）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，都不會有（yǒu）二次的連（lián）接，會采用跟電纜的屏（píng）蔽層相（xiàng）接，這種方式也是（shì）現（xiàn）有（yǒu）廠（chǎng）家常用的方式，包括國（guó）內（nèi）一些比較知名（míng）的主機廠也在考慮這種方式，我們叫spring contact（英文），其實就是一個彈簧的連接。這種結構的好處也是很多的（de），因為尺寸、空間會更（gèng）小，它的接

觸點也會更多；此結構的製造商很多，主（zhǔ）要代表的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（shú）應用案例。大多數情況下（xià），導線和屏蔽層的連接，我們會用金屬內、外環（huán）的形式，進行壓接（jiē），將屏蔽（bì）層置（zhì）於兩個金屬環之間，通過冷壓變形使屏（píng）蔽層和金（jīn）屬環進行緊密（mì）固（gù）定（dìng）。另外，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使用，技（jì）術成熟；我們（men）做過相關測試，均能滿足設計要求。該結構應用在新能源電動車的屏蔽，既能夠滿足性能要求，同時又是衝製件，適合批量生產，性（xìng）價比高（gāo）。

1.2.6連接器材（cái）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（tóng）等（děng），但現在國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金屬（shǔ）兩種材質。

關於如何選（xuǎn）擇塑料（liào）材質或者（zhě）金（jīn）屬（shǔ）材質，一般（bān）有如下幾個參考點：

1.輕量化

由於對（duì）整車輕量（liàng）化（huà）的需求，尤其是乘用車廠（chǎng）商會在滿足產品性能的前提下，盡量去選擇塑料（liào）連接器，以達到控製整車（chē）重量（liàng）。

2.產品的使用環境

由於金屬材料的機械強度比塑料好。所以在一些（xiē）使用環境比較惡劣的環境下，金屬連接器會更適合。例如像特種車輛、渣土（tǔ）車（chē），以（yǐ）及整車在布置時，未做防護的電氣連接部位。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.屏蔽實現方式

針對屏蔽連（lián）接（jiē）器，由（yóu）於金（jīn）屬連接器自身的外殼就是用於導通屏蔽，形（xíng）成屏蔽保護的載體。一般情況下，金屬連（lián）接器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。

（3）額定電流：電氣設備的（de）額定電流是指在基（jī）準（zhǔn）環境溫度（dù）下，在（zài）額定電壓工作條件下，發熱不超過長期發熱允許溫度時所允許長期通過的最大電流（liú）。

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

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

載（zǎi）流截麵積與連接器額定電流成正比，換句話說，插針/孔/導線截麵越大，它所（suǒ）能通過的電流也越大，連接器越大。

（4） HVIL（高壓互鎖）

（4.1）設（shè）計HVIL功能（néng）目的（de）

確認整個高壓係統的完整性，當高壓係統回（huí）路斷開或者（zhě）完整性受到破壞（huài）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（tǒng）構成，係統開發（fā）時就要設計（jì）進去；

b.主要通過連接器來完成；

c.HVIL電路是低壓（yā）電，相對（duì）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足：

——連接時，功率端子先接（jiē）通（tōng），信號端（duān）子後接通。

——斷開時，信號端（duān）子先斷開（kāi），功率端子後斷開（kāi）。

特（tè）別說明：功率端子的接通，表示（shì）良好的（de）接觸（chù），虛接觸是不可接受

 （5） 屏蔽

交變電場屏蔽:為降低交變電場對敏感電路的耦合幹擾電（diàn）壓，可以在幹擾源和敏（mǐn）感電路之間設置導（dǎo）電性（xìng）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（yào）區別即為是否設置有導電良好（hǎo）的金屬屏（píng）蔽體。

（6） 防護等級

IP防護等級是由兩個數字所組成，第一個標記（jì）數字表示電器防塵、防止外物侵（qīn）入的等級，第（dì）二個（gè）標記數字表示電器防濕氣（qì）、防水侵入（rù）的密閉程度，數字（zì）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（xiàn）角度與插座安裝麵法向方向之間的角度，依此劃分，常（cháng）見的有90°(彎式)及（jí）180°(直式)出線電連接器。

（8） 插座安裝方式

為滿足主機廠設計（jì）人員對連接器不同布置方式的需求，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（zhù）意事（shì）項

（1）電（diàn）壓選型需匹配：整車經（jīng）過負載計算的額定電壓應小於等於連接器額定電壓（yā），若整車工作電壓超出連接器額定電壓長時間（jiān）運（yùn）行，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（jì）算的額定電流應小於等於連接器額定電流，若整車工作電（diàn）流超出連接器額定電流長時間運行，電連接器有過載（zǎi）燒蝕風險。

圖片

（3）電纜（lǎn）選型需匹配：整車電纜選型匹配分為電（diàn）纜載流匹配和（hé）電纜與連接器密（mì）封匹（pǐ）配，關於電纜載流，各主（zhǔ）機廠有專門的電（diàn）氣工程師（shī）進行（háng）匹配設計，在此不作解釋。

密封匹（pǐ）配：連接器（qì）與電纜密封依靠橡膠（jiāo）密封件彈性壓縮提供二者間接（jiē）觸壓力，從而實現（xiàn）可靠的防（fáng）護性能，如（rú）IP67；根據計算，實現特定的接觸壓力依靠密封件（jiàn）特（tè）定的壓縮量實現，依（yī）此推出，若需可靠防護，連（lián）接器的密封防護在設計之初就對電纜（lǎn）有特定的尺寸要求；

同等規格的載流截麵，電（diàn）纜可有不同的外徑尺寸，如屏蔽（bì）電纜與非屏蔽電纜，國標電纜與LV216標準電纜，具體匹配何（hé）種電纜，連接器（qì）選型規（guī）格書均有明確表述（shù），故連接（jiē）器（qì）選型時需特別注意適配電纜規格要求，以防造（zào）成連接（jiē）器密（mì）封失效。

（4）整車需柔性布線：對於整車布線，現各主機廠均有彎曲半徑及鬆弛（chí）度要求；根據連接器在整車

使（shǐ）用案（àn）例，建議（yì）線束（shù）裝（zhuāng）配完成後，連（lián）接器端子本身不受應力（lì），隻有（yǒu）當線束整體因汽（qì）車運（yùn）行受（shòu）到振動、衝擊與車身發生相對位移時，通過線（xiàn）束柔性達到應變消除目（mù）的，即使有少許應變傳遞到連接器（qì）端子，所產生（shēng）應力也不超過端子在連接器中設計固持力 。

圖片（piàn）

2 高壓連接器（qì）發（fā）展趨勢

2.1 政策導向作用（yòng）

    國家對新能源電動汽車產業政策的製（zhì）定要根據中國國情來決定。在發展綠色交通體係方麵（miàn），國家計劃提出，加（jiā）快車船結構升級，推廣使用新能源汽（qì）車，2020年新（xīn）能源汽車產銷（xiāo）量達到200萬輛左右。加快（kuài）推進（jìn）城市建成區新增和更新的公交、環衛、郵（yóu）政、出租、通勤、輕型物料（liào）配送車輛使用新（xīn）能源或清潔能源汽車，重點區域使用比例達到80%；重點區域港口、機場、鐵路貨場等新增或更換（huàn）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（dà）型單列市建成區公交車全部更（gèng）換為新能源汽（qì）車。在物流園、產業園、工業園、大型商業購物中心（xīn）、農貿批發（fā）市場等物流（liú）集散地建設集中式（shì）充電樁和快速充電樁。根據國家（jiā）的政策（cè）導向，整（zhěng）車廠也根據相關政策調整內部模式，這就決定了連（lián）接器的發展方向。

2.2平台化（huà）及定製化

 電動汽車（chē）這種類型（xíng）也多，比如說乘用車、物流（liú）車，包括定製（zhì）連接器，要求會不所不同，或者說會提出一（yī）些特別（bié）特殊（shū）的要求，所以包括還（hái）有無人駕駛，物聯網車、新能源等等（děng），我們連（lián）接器（qì）廠家要考慮一下，這種電（diàn）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

個選（xuǎn）擇不錯的嚐試，我們現在已經在邁向第一步。因為總體來看（kàn），這些（xiē）類型的車都（dōu）會在（zài）不同的場合應用，其實（shí）都是一個細分領域，雖（suī）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，這也是一個不錯（cuò）的選擇。第二個就是平（píng）台化，未來電池和整車都會趨於平台化，如何跟客戶保持（chí）深入（rù）的技術（shù）溝通，形成雙（shuāng）方平台化的產品很重要，國內主機廠比較多，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（lián）接器廠家需（xū）要思考怎麽樣做適合平（píng）台化的應用。

2.3小型化及（jí）輕量化

在汽車工業日漸追（zhuī）求節能與環保的（de）背景下（xià），汽（qì）車輕量化及小型化已成為技術潮流，也是汽車廠商技術競爭的重（chóng）點，通過控製整車（chē）重量，可以有效的降低（dī）油耗，減小（xiǎo）尾氣排放，提高燃油能效。在汽（qì）車工業這樣的大環（huán）境下，也帶動新能源連接器必須走小型化及（jí）輕量化。

汽車小（xiǎo）型化及輕量化的一（yī）係列重要解（jiě）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（shū）線，同時引入向微型化發展的端子及接觸件係統，以及該（gāi）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，以及采用鋁導線替代傳輸較大功率的（de）大線徑銅導（dǎo）線。

 3 結論

通過（guò）分析（xī）新能源連接器的主要技術參（cān）數及選用原則，隨著我們不斷地去搜集各種各樣（yàng）的數據（jù）反饋，在國外的（de）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（yī）個（gè）聯盟，他們會根（gēn）據數據不斷的改良，達（dá）到一個最優的產品（pǐn）。

同時，隨著國內連接器（qì）廠商，在實際使用過程中得（dé）到的主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（mó）擬（nǐ）真實用戶使用（yòng）環境下，連接（jiē）器是否（fǒu）穩定;包括我們（men）新材料的研發和技術壁壘的攻克，成本（běn）是否能夠商業化。在不久的（de）將來，這些都不會是問題，都會被（bèi）克服掉（diào）。