新能源汽車高壓連接（jiē）器技術（shù）、設計及趨勢

近年來，由於受到全球經濟波動的影響，北美、歐洲和日（rì）本連接器市（shì）場（chǎng）增（zēng）長緩慢，而以中（zhōng）國為代表的新興市場呈現持續增長勢頭，成為推動全球連接器市場增長的主要（yào）動（dòng）力。為此（cǐ），全球知名連接器企業紛紛把（bǎ）生產基地轉移到國內，包括TE Connectivity、Molex、Delphi等持（chí）續在國內投資建廠，中國（guó）已經成為全球最大的連接（jiē）器生產（chǎn）基地，尤其（qí）在政府的政策推動激勵下，我（wǒ）國新能源汽車行業穩健發展（zhǎn）帶動了汽車連接器的持續發展。我國連接器經過了多年的技術（shù）積累，無論在設計能力還是自動化生產（chǎn）能力上已（yǐ）經滿足（zú）了新能源汽車高壓連接器所要求的技術水平（píng）。在下遊廠商國產化和技術能力足夠滿足的前提下，國內廠商（shāng）已經占領了新能（néng）源汽車高壓連接器的至高點，希望在這個新的領（lǐng）域（yù）實現彎道超車，有機會打破外商在傳統（tǒng）汽車（chē）連接器的壟斷地位。

1 高壓連接（jiē）器技術分析

1.1 高壓連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（zhōng）的一種，是近幾年隨著（zhe）國家新能源汽（qì）車的（de）發展，逐漸從傳（chuán）統（tǒng）高（gāo）壓大電流和傳統低壓（yā）汽（qì）車連接器中分離出來的一（yī）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（jiē）器的使用工況更複（fù）雜多變，對（duì）連接器的可靠性要求更高；相較於傳統低壓汽（qì）車（chē）連（lián）接器，由（yóu）於電壓等級的提高（目前主流係統的電壓均高於300V DC），增加了（le）人體受到電擊傷害的風險（xiǎn），對連接器的安全性要求更高；所以對（duì）產品的絕緣、防（fáng）護要求等比（bǐ）傳統低壓插件（jiàn）均有所提（tí）高。

新能源汽車用連接器的作用（yòng）主要是保證整車高壓互聯係統，即在內部電路被阻斷或孤立不通處架起橋（qiáo）梁從而使電流流通。新能源車用連接器的組成一（yī）般（bān）可（kě）分為：外殼、密封件（jiàn）等輔助結構，絕緣件，導電接觸對三部分組成（chéng）。通過插頭護套和插座護套間的對插、相互配合，即可達到（dào）接通和導電的功能。高壓連接（jiē）器主要使（shǐ）用在新能源汽車高壓大（dà）電流回路，和導電線纜同時作（zuò）用，將電池包的能量通（tōng）過不同的電氣回路，輸送到整車係統（tǒng）中（zhōng）各部件，如電池包（bāo）、電機控（kòng）製（zhì）器、DCDC轉換器、充電機等車身（shēn）用電單元。

1.2 高壓連接器（qì）設計關鍵項分析

1.2.1溫升及降額曲線值

溫升是連接（jiē）器設計最（zuì）重要的設計關鍵項之一，異（yì）常的溫升（shēng）會（huì）導致（zhì）連接（jiē）器因為溫（wēn）升過高，發生燒蝕（shí）。

連接器的溫升受如下因素影響：

1、 接觸電阻：用於導電連接，兩接觸載體之間的電阻，如針孔對插接觸電（diàn）阻（zǔ）、針孔尾部（bù）與導線壓接電阻（zǔ）、螺紋連接銅牌與銅牌之間的接觸電阻

2、物質環境加熱：當連接（jiē）器長期處於一個高溫（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（chǎn）品使用的環境溫度過高，連接（jiē）器由於自身接觸內阻發熱在達到熱平（píng）衡時（shí），加上所處的環境溫度高於了材料允許使用最高工作溫（wēn）度。此時，若連接器長期處於（yú）一個該環境，連（lián）接器內部針孔件發（fā）熱導致內部溫度排不（bú）出（chū）來話，內部溫度會持續升高，連接器（qì）就會產生很大的（de）熱量，導致連接器出現燒蝕引起車輛燃燒（shāo），這是非常嚴重的問題。橡膠（jiāo）材料和金（jīn）屬材料均有最高工作溫度限製，設計時均需要考慮。

3、板端的連接：設計的時（shí）候要用螺栓的情況（kuàng）下，或者要用預（yù）防措施，防（fáng）止供貨（huò）的時候（hòu）鬆脫；同時在螺栓連接時（shí），一定要根據操作規範進行扭力檢測。導電部件螺（luó）釘連接情況下，主（zhǔ）要的失效模式之一就是未按（àn）照力矩要求進行擰緊力矩管控，導致連（lián）接部位（wèi）溫升異常，燒蝕。

4、降額曲線：現在（zài）我們來討論（lùn）下降額曲線（xiàn），在我的理解中（zhōng），降額曲線圖就好比你去選擇一個商品，這個商品（pǐn）要（yào）用在特（tè）定的環境中使用，這時選（xuǎn）擇商品的時候就要根據這個商品的一個屬性值來確（què）定你選擇（zé）哪個區間範圍內的商品。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（hé）適的菜品。

1.2.2高壓互鎖（suǒ）(HVIL)

針對整個的高壓互連係統來講，為了保證（zhèng）高壓係統（tǒng）上下電時的安（ān）全，在連接設（shè）計時，引（yǐn）入了高壓互鎖概念。簡單描（miáo）述為，連接器（qì）在插合導通時，高壓回路先接觸導通，後（hòu）高壓互鎖信號回路再導通；分斷時，先高壓互鎖信號分斷，後高壓回路斷開。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（jiā）會把高壓互鎖通（tōng）過輔助（zhù）結構設計放在對插腔體的外部（bù）。確（què）保高壓互鎖回路的穩定性，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，比如車正在行駛過程中，突然高壓互鎖（suǒ）回路信號異常，導（dǎo）致整車突然掉電，不能正常運（yùn）行（háng），這樣會造（zào）成交通事故。

1.2.3 鎖緊結構

理解真正的二次鎖不是有一個二次（cì）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在（zài）一次鎖止後，如果一次鎖失（shī）效了或者沒有操作核實到位（wèi），二（èr）次鎖就（jiù）是確保一次鎖鎖好以後，對第一次鎖進行保（bǎo）護，這是一（yī）個很重要的作用（yòng）。二次鎖緊結構結合一次鎖裏麵最（zuì）常（cháng）用的就是力臂機構，因為一次鎖緊跟插（chā）拔力有關，所以按照力學設計理念需要一（yī）種類似（sì）於力臂機構的形式，這樣才能達到既省力，也能夠很輕鬆地把連接器插到位（wèi）。對於力（lì）臂的要求，USCAR裏（lǐ）麵講到了很多的（de）力臂的人機工程的可操作性（xìng）。USCAR裏麵也規定了相關（guān）一次（cì）鎖和二次鎖在（zài）對插和不對插情況下的力的要求。其實我（wǒ）們大

家都會認（rèn）為USCAR是連接器的標準，但我認為USCAR標準不僅僅是作為一（yī）個技術性標準，而且還指導（dǎo）了設計者在（zài）設計過（guò）程中把結構做可靠，怎麽在結構及性能可靠的前提下，也能夠提供客戶更好的產（chǎn）品體（tǐ）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

連接器的防護主要（yào）分（fèn）在三個布置：

第一個是（shì）板端密封：板端（duān）就是連接器插座端（duān）采用四個螺釘采（cǎi）用（yòng）機械連接方（fāng）式安裝，這（zhè）種是比（bǐ）較常用的結構，也有一些（xiē）比較特殊的（de）結構（圖3）；

第二個是頭座對插密封：頭（tóu）座對插就是公端包含母端或者是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（shì）線端密封，線端連接器跟電纜之間的（de）防護密封（圖5）。

對於電動汽車高壓連接器隨著（zhe）市場的發展，主機廠對產品防護的性能要求也在不斷地提高。行（háng）業發展初期，IPI67的（de）防護要求已經可（kě）以滿足絕大（dà）部分客戶。但是後期隨著市場上出（chū）現的連接器產品防護失（shī）效，導致產品出現漏水，絕緣故障、甚至燒蝕的案（àn）例（lì）也越來（lái）越來越多。

防護要求逐步（bù）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（qiú），當然這也不是絕對的，還要（yào）看連接器在車上布置（zhì）的位置。根據高壓回路在整車布置來講，都會懸掛在汽車底盤下麵，高壓不得進艙內這（zhè）是一個原則，所以說大多數高壓連接器都是會（huì）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（de）時候，比如說嚴酷的天氣很大的暴雨或者說一些（xiē）嚴寒的天氣，你（nǐ）的輪胎帶（dài）起來的水（shuǐ）其實會衝擊這（zhè）些連接器（qì），如果（guǒ）大（dà）家熟悉（xī）測試的話，國內標（biāo）準沒有IP6K9K一說，你會發現如果IP67的（de）話，高壓水槍的衝擊（jī）的壓力，其實沒有6k9k大。當汽車（chē）高速行使的（de）時（shí）候，突（tū）然涉水時，瞬時湧向連接器的水壓（yā）會很大，所以說IP67有的時候是很（hěn）難滿足實際的使用要求（qiú）。針（zhēn）對這一點的話，現在（zài）國（guó）內標準QC/T1067,國（guó）外標準USCAR將連接器密封分（fèn）為兩個等（děng）級S1和S2。S2等級的話，明確規定適用的場合是底盤的位置較低（dī），推薦的就是6K和9K，所以未來連接防護的話一定是6K和9K。如果連接器並不是布置在上述位置，IP67的設計其實還是（shì）可以滿（mǎn）足（zú）整車使用（yòng）要求。

1.2.5 電磁屏蔽

電動汽車有很多的電子器件（jiàn），電流會（huì）產生磁場（chǎng），整車零部件要有抗幹（gàn）擾的能力。尤其是電動汽車現在作為一個載（zǎi）體，無人駕（jià）駛會在（zài）這個基礎上更多地（dì）開發，所以這個技術問題非常重（chóng）要。對於高壓係統而言，屏蔽連（lián）接器、電纜是非（fēi）常重要的，但是我們更多的是要優先考慮係統級的布置，這是（shì）一個前提條件，如果你的OBC，你布置的位置，包括係統中的DCDC，是（shì）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（zài）好，也（yě）會出現各種（zhǒng）信號幹擾的問（wèn）題，所以首先要考慮係統型（xíng）的，其次考慮零部件級的。對於（yú）連接器屏（píng）蔽效能，一般會采用二個方式。第一（yī）種方式，我們在一些塑料連接器上，裏麵會有金屬屏（píng）蔽罩，電纜屏蔽層會（huì）跟（gēn）金屬殼的屏蔽層相連（lián），形成一個有效的360°的屏蔽層。第二種方式，大多（duō）數的高壓小（xiǎo）電流的連接，都不會有二次的連接，會采用跟電纜的屏（píng）蔽層相接，這種方式也是現有廠家常用的方式，包括國內（nèi）一些比較知名的主機（jī）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，因為尺寸、空（kōng）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馬彈簧、美國的巴塞爾等，他們（men）在這塊有很多實際成（chéng）熟應用案例。大（dà）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，進行壓接，將屏蔽層（céng）置於兩個金屬環之間，通（tōng）過冷壓變形使屏蔽（bì）層和金屬環進行緊密固定（dìng）。另外，我們還有（yǒu）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（huáng）連接（jiē），該結（jié）構常在軍用產品上使用，技術成熟；我們做過（guò）相關（guān）測試，均能滿足設計要求（qiú）。該結構應用在新能源電動車的屏（píng）蔽，既能夠滿足性能要（yào）求，同（tóng）時又是衝製件，適合批量生產，性價比高。

1.2.6連接（jiē）器材質

連接器絕緣（yuán）件（jiàn）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，但現在國外用的比較多的材料是（shì）銅鎳矽材料。連接器殼體材質一般（bān）分為（wéi）塑料和（hé）金屬（shǔ）兩種（zhǒng）材質。

關於如何選擇塑料材質或者金屬材質，一（yī）般有如下幾個參考點：

1.輕量化

由於對整車輕量化的需求，尤（yóu）其是乘用車廠商會在（zài）滿足產品性能的前提下，盡量去選擇塑料連接器，以（yǐ）達（dá）到控製整車重量（liàng）。

2.產品（pǐn）的使用環境

由於金屬材料（liào）的機械強度（dù）比（bǐ）塑料（liào）好。所以在一些使用環境比較（jiào）惡劣的環境下，金屬連接（jiē）器會更適合。例如像特種車輛、渣土車，以及整車在（zài）布置時，未做防護的電氣連接部位。此時，金屬材質相比塑料材質（zhì）的連接器在受環境影（yǐng）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）接器，由於金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（qíng）況（kuàng）下（xià），金屬連接器較塑料連接器更容易實（shí）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（liú）是（shì）指在基準環境溫（wēn）度下，在額定電（diàn）壓（yā）工作條（tiáo）件下（xià），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。

對電動（dòng）汽車而言（yán），P=UI,額定電流是根據電氣設備的功率P，輸出電壓（yā）U決定。

峰（fēng）值電流：電動汽車在急加速，爬坡（pō），超載的瞬間（jiān）產生的最大（dà）電流值。

載流截麵積與連接器（qì）額定電流成正比，換句話（huà）說，插針/孔/導線截麵（miàn）越（yuè）大，它所能通過的（de）電流也越（yuè）大（dà），連接器（qì）越大。

（4） HVIL（高壓互鎖）

（4.1）設計HVIL功能目的

確認整個高壓（yā）係統的完整性，當高壓係統回路斷開或者完整性受到破壞的時候，激發（fā）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，係統開（kāi）發時就要設計進去；

b.主要通（tōng）過連接器來完成；

c.HVIL電路是低壓（yā）電，相對於功率（lǜ）電路，是獨立的。

（4.3）連接器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，信號端子後接通。

——斷開時，信號端子（zǐ）先斷開，功率端子（zǐ）後（hòu）斷開。

特別說明：功率端子的接通，表示良好（hǎo）的（de）接觸，虛接觸是不可接（jiē）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壓，可以在（zài）幹擾（rǎo）源和敏感電路之間設置導電性好的金屬（shǔ）屏（píng）蔽體，並（bìng）將金屬屏蔽體接地（dì）。

    屏蔽與（yǔ）非屏蔽連（lián）接器主要區別即為是否設置有導電良好的（de）金屬屏蔽體。

（6） 防護等級

IP防護等級是（shì）由兩個數字所組成，第一個標記數字表示電器防塵、防止（zhǐ）外物侵入的等級，第二個標記數字表示電器防濕氣、防水侵入（rù）的密閉程度，數字越大表示其（qí）防護等級越高。

（7）出線方式

主要指（zhǐ）電連接器插頭尾部電纜出線角度與插座（zuò）安裝麵（miàn）法向方向之間的角（jiǎo）度，依此劃分，常見的有90°(彎式)及180°(直式)出線電連接器。

（8） 插座安（ān）裝方式（shì）

為滿足主機廠設（shè）計人員對連接器（qì）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）電壓選型需匹配：整（zhěng）車經過負載計算的額定電壓應小於（yú）等於連接器額定電壓，若整車工作電壓超出連（lián）接器額定電壓長時間運行，電連（lián）接器有爬電燒蝕風險（xiǎn）。

（2）電（diàn）流選型需匹配：整車經過負載計算的額定電流（liú）應小於等（děng）於（yú）連（lián）接器額定電（diàn）流，若整車工作電（diàn）流超出連接器額定電流長時間（jiān）運行，電連接器有過載燒蝕風險。

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（3）電（diàn）纜選型（xíng）需匹配：整車電（diàn）纜選型匹配分（fèn）為電纜載流匹配和電纜與連接器密封匹配，關於電纜載流，各主（zhǔ）機廠有專門的電氣工程師進行（háng）匹配設計，在此不作解釋（shì）。

密封（fēng）匹配：連接器與電纜（lǎn）密封（fēng）依靠橡膠密（mì）封件彈性壓縮提供二者（zhě）間接觸壓力，從（cóng）而實現可靠的防護性能，如IP67；根據計算，實現特定的接觸壓（yā）力依靠密（mì）封件特定的壓縮量（liàng）實現，依此推出，若需（xū）可靠防護，連（lián）接（jiē）器的（de）密封防護在設計之初就對電纜有特定的尺寸要求；

同等規格的載流截麵，電纜可（kě）有不同的（de）外徑尺寸，如（rú）屏蔽電纜（lǎn）與非屏蔽電纜，國標電纜與LV216標準電纜，具體匹（pǐ）配（pèi）何種電（diàn）纜，連接器選型規格書均有明確表述（shù），故連接器選型時需特別注意適配電纜規格（gé）要求（qiú），以防（fáng）造成連接器密封失效。

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

使用（yòng）案例（lì），建議線束裝配完成後，連接器端子本身不受應力，隻有當線束整體因汽車運行受到振動、衝擊與車身發生相對位移時，通（tōng）過線（xiàn）束柔（róu）性達到應變消除目的，即使（shǐ）有少許應變傳遞到連接器端子，所產（chǎn）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（qì）發展趨勢

2.1 政策（cè）導向作用

    國家對新能源電動汽車產業政策的製定要根據（jù）中國國（guó）情來決定。在發展綠色交通（tōng）體係方麵，國家計劃提出，加快車船結構升（shēng）級，推廣（guǎng）使（shǐ）用新能源汽（qì）車（chē），2020年新能源汽車產銷量達（dá）到200萬輛左右。加快推進城（chéng）市建成區（qū）新增和更新（xīn）的公交（jiāo）、環衛、郵政、出租、通勤、輕（qīng）型物料配送車輛使用新能源（yuán）或清潔能源汽車，重點區域（yù）使用比例（lì）達到80%；重點區域港（gǎng）口、機場、鐵路貨場等新增或更換作業車輛主要使用新能源（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（dān）列市建成區公交車（chē）全部更換為新能源汽車。在（zài）物流（liú）園、產業園（yuán）、工業園、大型商業購物中心、農貿批（pī）發市場等物流集散地建設集中式充電樁（zhuāng）和快速充電樁。根據國家的政策導向，整（zhěng）車廠（chǎng）也根據相關（guān）政策調整內（nèi）部（bù）模（mó）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（qì）車這種類型也多（duō），比如說乘用（yòng）車、物流（liú）車，包括定（dìng）製（zhì）連接器，要求會不所不同，或者說會提出一些特別（bié）特殊的（de）要求，所以包括還（hái）有無人駕駛，物聯網車、新能源等等，我們連接器廠家要考慮一下，這種電（diàn）動汽車細分行業（yè）需（xū）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（de）嚐試，我們現在已經在邁（mài）向第一步。因為總體來看，這些類型的車都會在不同的場合應用，其實都（dōu）是一個細分領域，雖然量沒有那麽大，但是那（nà）個市場就是屬於（yú）我們的，我們在這個市場就是做（zuò）到頂尖，這（zhè）也是一個不錯的選擇（zé）。第二個就是平台化，未來電池和（hé）整車（chē）都會趨於（yú）平台化（huà），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，大家平台現在也不同，比如電池整包廠特別（bié）多，每家自己的模組方案、電（diàn）池箱成組方案都（dōu）不一樣，作為連接器廠家需要思考怎麽樣做適合平台化的應用。

2.3小型化及輕量化（huà）

在汽車工業日漸追求（qiú）節（jiē）能與環保的背景下，汽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（zhēng）的重點，通過控製（zhì）整車重量（liàng），可以有效（xiào）的降（jiàng）低油耗，減（jiǎn）小尾氣排放，提高燃油能效。在（zài）汽車（chē）工業這樣的大環境下，也帶動（dòng）新能源連接器（qì）必須走小型化及輕量化。

汽車小型化及輕量化的（de）一係列（liè）重要解決方案（àn），包括引入更小尺寸的高（gāo）性（xìng）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件係統，以及該微（wēi）型化產生的壓接不穩定的優（yōu）化及可靠驗（yàn）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及選用原則，隨著我們不斷（duàn）地去搜集各種各（gè）樣（yàng）的數據反饋，在國外的話，甚至連接器的廠家設置了很多整車（chē）的數據返回，他們會形（xíng）成一個聯盟，他們會根據數（shù）據不（bú）斷的改良，達到一個最優的產品。

同時，隨著國內連接器廠商（shāng），在實際使（shǐ）用過程中得（dé）到的主機廠和用戶的實際反饋。連機器廠商們也在不停地去模擬真實（shí）用戶（hù）使用（yòng）環境下，連接器是否（fǒu）穩（wěn）定;包括我們新材料的研發（fā）和技術壁壘的攻克，成本（běn）是否能夠商業化。在（zài）不久的將來，這（zhè）些都不（bú）會是問題，都會（huì）被克服掉。