新能源汽車高壓連接器技術、設計及（jí）趨勢

近年來，由於受到全球經濟波動的影響，北美、歐洲和（hé）日本連接器市場增（zēng）長緩慢，而以中國為代表的新興（xìng）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動力。為（wéi）此，全球知名連接器企業紛紛把生產基地轉移到國內，包括TE Connectivity、Molex、Delphi等持續在（zài）國內投資建廠，中國已經成為全球最大的連（lián）接（jiē）器生產基地，尤其在政府（fǔ）的政策推動（dòng）激勵下，我（wǒ）國新能源（yuán）汽車行（háng）業穩健（jiàn）發展帶動了汽車（chē）連接器的持續（xù）發展。我國連（lián）接器經過了多年的技術積累，無論（lùn）在設計能力還是自動化生產（chǎn）能力上已經滿足（zú）了新能源汽車高壓連接器所要求（qiú）的技術水平。在下遊廠商國（guó）產化和技術能力足夠滿足的前提下，國內廠商已經占領（lǐng）了新能源汽車高壓連接（jiē）器的至（zhì）高點（diǎn），希望在這個新的領域實現彎道超（chāo）車，有機會打破外商（shāng）在傳統汽（qì）車連接器的壟（lǒng）斷地位。

1 高壓連接器技術分析

1.1 高（gāo）壓連接器在整車係（xì）統中的（de）應用

新能源汽車（chē）用連接器是連接器大類中的一種，是近幾年隨著國家新能源汽車的（de）發展，逐漸從傳統高（gāo）壓大電流和傳統低壓汽車連（lián）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（néng）源汽車用連接器的使用工況（kuàng）更複雜多變（biàn），對連接器的可靠性要求更高；相較於傳統（tǒng）低壓（yā）汽車（chē）連（lián）接器，由於電壓（yā）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，對連接器的安全性要求更高（gāo）；所以對產品的絕緣、防（fáng）護要（yào）求等（děng）比傳統（tǒng）低壓（yā）插件均（jun1）有所提高。

新能源汽車用連接器的作用主要是（shì）保證整車高壓互聯係統，即在內部電路被（bèi）阻斷或孤立不通處架起橋梁從而（ér）使電流流通。新能（néng）源車用連接器的組成一般可分為：外殼、密封（fēng）件等輔（fǔ）助結構，絕緣件，導電（diàn）接（jiē）觸對三部分組成。通（tōng）過插頭護套和插座護套間的對插、相互配合，即可達到接（jiē）通和導電的功能。高壓連接器主要使用在新能源（yuán）汽車高壓大（dà）電流回路，和導電線纜同時作用，將（jiāng）電池包的能量通過不同的（de）電氣回路，輸送到整車係統中（zhōng）各部件，如電池包、電（diàn）機控製（zhì）器、DCDC轉換器、充電機等車身用電單元。

1.2 高壓連接器設（shè）計關鍵（jiàn）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計關鍵項之一（yī），異常的溫升會（huì）導致連接器因為溫升過高，發生燒蝕。

連接（jiē）器的（de）溫升受如下因素（sù）影響：

1、 接觸電阻：用於導電連接，兩接觸載體之間的（de）電阻，如針孔對插（chā）接觸電阻、針孔尾部與導線（xiàn）壓接（jiē）電阻、螺紋連接銅牌與（yǔ）銅牌之間的（de）接觸電阻

2、物質環境加熱：當連接器長期處於（yú）一個高溫環境，由於連接器所用的材料（liào）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（pǐn）使用的環境溫度過高（gāo），連接器由於自身接觸內阻發熱在達到熱平衡時，加上所處的環境溫度高於了材料允許使用（yòng）最高工作（zuò）溫度（dù）。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致內部（bù）溫度排不出來話，內部溫度會持續升高，連接器就會產（chǎn）生很大的熱量，導致連接器出現燒蝕（shí）引起車輛燃燒，這是非常嚴（yán）重的問題。橡膠材（cái）料和金屬材料均有（yǒu）最高工作溫度限製，設計時均需要考慮。

3、板端的連接：設計的時候（hòu）要用螺栓的情（qíng）況下，或者要用預防措施，防（fáng）止供貨的時候（hòu）鬆脫；同時在螺栓連接時，一定要根據操作規範進行扭力檢測。導電部件螺釘連接情況下，主要的失效模式之一就（jiù）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、降額曲線：現在我們來（lái）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商品，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根據這個商（shāng）品的一個屬（shǔ）性值來確定你選擇哪（nǎ）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（kè）戶根據這個菜單對應自己的口味（wèi）選擇（zé）自己合適（shì）的菜品。

1.2.2高壓互鎖（suǒ）(HVIL)

針對整個的高壓互連係統（tǒng）來講，為了（le）保證高壓（yā）係統上下電時的安全（quán），在連接設計時，引入了高壓互（hù）鎖概（gài）念。簡單（dān）描述為，連接器在插合導通（tōng）時，高壓回路先接觸導通，後高壓互鎖信號回路再導通（tōng）；分斷時，先高壓互鎖信號分斷，後（hòu）高壓回路斷（duàn）開。大多數連（lián）接器廠（chǎng）家會把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助結構設計放在對（duì）插腔體的外部。確保高壓互鎖回路的穩定性，十分重要。如果（guǒ）說高壓互鎖（suǒ）不（bú）連續，可能帶來的影響會很惡劣，比（bǐ）如車正在行駛過程中（zhōng），突然高壓互鎖回路信號異常，導致整車突然掉電，不能正常運行，這樣會造成交（jiāo）通事故。

1.2.3 鎖緊（jǐn）結構

理解（jiě）真正的二次鎖不是有一個二次的保護作用，是（shì）更要有效地對其保護，這個（gè）真正的含義就（jiù）是在一次鎖止後，如果一次鎖失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，對第一次鎖進行保護，這是一個很重要的作用。二（èr）次鎖緊（jǐn）結構結合一次鎖裏麵最常（cháng）用的就是力（lì）臂機（jī）構，因為一次（cì）鎖緊跟插拔力有關，所以（yǐ）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（qīng）鬆地把連接器插到位。對於（yú）力臂的要求，USCAR裏麵講到了很多的力臂的人機（jī）工程的可操作性。USCAR裏麵也規定（dìng）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，但我認為USCAR標準不僅僅是作為一個（gè）技術（shù）性（xìng）標準，而且還指導了設計者在設計過程中把結構做可靠，怎麽在結構及性能可靠的（de）前提下，也能夠提供客戶更好的產品體（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（jí）

連接器的防護主要分在三個布置：

第一（yī）個是板端密封：板端就是連接器插座端采用四個螺釘（dìng）采用機械連（lián）接方式安裝，這種是比較常用的結構（gòu），也有一些比較特殊的結構（圖3）；

第二個是頭（tóu）座（zuò）對插密封：頭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（jìng）向和軸向之間（jiān）的防護（圖4）；

第三個是線端密封，線端連接器（qì）跟電纜之（zhī）間的防（fáng）護密封（圖5）。

對於電動汽車高（gāo）壓連接器（qì）隨著市場的發展，主機（jī）廠對產品防護的性能要求也在不（bú）斷（duàn）地提高（gāo）。行業發展（zhǎn）初期，IPI67的防護要求已經可以滿足絕大部分客戶。但是後期隨著市場上出現的連接器產品防護失效，導致產品出現漏（lòu）水，絕緣故障、甚至燒蝕的案例也（yě）越（yuè）來越來越多（duō）。

防護要求逐步的提高成為電動車發展（zhǎn）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（lián）接器在車上布置的（de）位置。根據高（gāo）壓（yā）回路在整車布置來講，都會懸掛在（zài）汽（qì）車底盤下麵，高壓不得進艙內這是一（yī）個原則，所以說大多數高壓（yā）連（lián）接器都是會在底盤靠近地麵（miàn），或者靠近輪（lún）轂的位置，當一些天氣惡劣的時候，比如說嚴酷的天氣很大的暴雨或者說一（yī）些嚴寒的天氣，你的輪胎（tāi）帶起來的水其實會衝擊這些連接器，如果大家熟悉測（cè）試（shì）的（de）話，國內標準沒有IP6K9K一說，你會發現如果IP67的話，高壓水槍的衝擊的壓（yā）力，其實沒有6k9k大。當汽車高速行使的時候，突然涉水（shuǐ）時，瞬時湧向連接器的水壓會很大，所以說IP67有的時（shí）候是很難滿足實際（jì）的使用要求。針（zhēn）對這一點的話，現在國內（nèi）標準QC/T1067,國（guó）外標準USCAR將連接器密封（fēng）分為兩個等（děng）級S1和S2。S2等級的話，明確（què）規定適用的場合是底盤的位置較低，推（tuī）薦的（de）就是6K和9K，所以未（wèi）來連接防護的話一（yī）定是6K和9K。如果連接器並不（bú）是布（bù）置在上述位置，IP67的設計其實還是可以滿足整車使用（yòng）要求。

1.2.5 電磁屏蔽

電動汽車有很多的電子（zǐ）器件，電流會產生磁場，整車零部件（jiàn）要有抗幹擾的（de）能力。尤其是電動汽車現在作為一個載體，無（wú）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）。對於高壓係統而言，屏（píng）蔽（bì）連接器、電纜是非常重要的，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，你布置的位置，包括係統中的DCDC，是不是本身可能會有一些先（xiān）天性的問題，即（jí）使連接器做得再好，也會出現各種信號幹（gàn）擾的問題，所以首先要考慮係統型的，其次考慮零部件（jiàn）級的。對於連接器屏蔽效能（néng），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，裏麵會有金屬屏蔽罩，電纜（lǎn）屏蔽層會跟金屬殼的屏蔽層相（xiàng）連，形成一個（gè）有效（xiào）的360°的屏蔽層。第二（èr）種方式，大多數的（de）高壓小電（diàn）流的連接，都（dōu）不會有二次的連接，會采用（yòng）跟電纜的屏蔽層相接，這種（zhǒng）方式也是現有廠家常（cháng）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方式，我們（men）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（hěn）多的，因為尺寸、空間會更（gèng）小，它的接

觸點也會更（gèng）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，他們在這塊有很多實際成熟應用案例。大多數情況下，導線和屏（píng）蔽層的連接，我們會（huì）用金屬內、外環的形式，進行壓接，將屏（píng）蔽層置於兩個金屬環之間，通過冷壓變形使屏蔽層和金屬環進行緊密固定。另外，我（wǒ）們還有一種屏蔽方式，它（tā）通過（guò）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，技術成熟；我們做過（guò）相（xiàng）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（qiú），同時（shí）又是衝製（zhì）件，適合批量生產，性價比高。

1.2.6連接器材質

連接器絕緣（yuán）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（tóng）、鈹銅等（děng），但現在（zài）國外用的比較多的材料是銅鎳矽材料。連（lián）接器殼體材質一般分為塑料（liào）和金（jīn）屬兩種材（cái）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，尤其是乘用車廠商會在滿足產品性能的前提（tí）下，盡量去選擇塑料連接（jiē）器，以達到（dào）控製整（zhěng）車重量。

2.產品的使（shǐ）用環境

由於金（jīn）屬材料的機械強度比塑料好。所以在一（yī）些使用環境比較惡劣的（de）環境（jìng）下，金屬連接器會更（gèng）適合。例如像特種（zhǒng）車輛、渣土車（chē），以及整車在（zài）布（bù）置（zhì）時，未做防護的（de）電氣連接部位。此時，金屬材質相比塑料材質的連（lián）接器（qì）在受（shòu）環境影響及機械強度方麵略勝（shèng）一籌。

3.屏蔽實現方（fāng）式

針對屏蔽連接器，由於金屬（shǔ）連接器自身的外殼就是用於導通屏蔽，形成屏蔽保護的載體。一（yī）般情況下，金（jīn）屬連接器較塑料連接器更容易實現更為優異的屏蔽（bì）效能，外形結構更為緊湊（còu）。

（3）額定電流：電（diàn）氣設備（bèi）的額定電流是指在基準環境溫度下，在額（é）定電壓工作條件下，發熱不超過長期發熱允（yǔn）許溫度時（shí）所允許長期通過的最大電流。

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

峰值電流：電動汽車在急加速，爬坡，超載的瞬間產生的最大（dà）電流值。

載流（liú）截麵積與連（lián）接器額定電流成正比，換句話說，插針/孔/導線截麵越（yuè）大，它所（suǒ）能通過的（de）電流也（yě）越大，連接器越大（dà）。

（4） HVIL（高壓互鎖）

（4.1）設計HVIL功能（néng）目（mù）的

確認整（zhěng）個高壓係統的完整性，當高（gāo）壓係統（tǒng）回路（lù）斷開或者完整性受到破壞的時候，激發整車的安全（quán）措施（shī）啟動。

（4.2）HVIL功能的實現（xiàn）

a.需（xū）要整（zhěng）個係統構成，係統開發時就要設計（jì）進去；

b.主（zhǔ）要通（tōng）過連接器來（lái）完成；

c.HVIL電路是低（dī）壓電，相對於功率電路，是獨立的。

（4.3）連接器HVIL功能實現原理

功（gōng）率和信號端子應滿足：

——連接時，功率端子先接通，信號端子後接通。

——斷開時（shí），信號端子先斷開，功率端子後（hòu）斷開。

特別說明（míng）：功率端子的接通（tōng），表示良好的接觸，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（lù）的耦合（hé）幹擾電壓，可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，並將金屬屏蔽體接地。

    屏蔽與非（fēi）屏蔽連（lián）接器主要區別即為是（shì）否設（shè）置有導電良好的金屬屏蔽體。

（6） 防（fáng）護等級

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

（7）出線方式

主要指電連接器插頭尾部電纜出線角度（dù）與插座安裝麵法向方向（xiàng）之（zhī）間的角度，依此劃分，常見的有90°(彎式（shì）)及180°(直式（shì）)出線電連接器。

（8） 插座安裝方式（shì）

為滿足主機廠設計人（rén）員對連接器不同布置方式（shì）的需求，電連（lián）接（jiē）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（diàn）壓選型需匹配（pèi）：整車經過（guò）負載計算（suàn）的額定電壓應小於等於連接器額定電壓，若整車工（gōng）作電壓超出連接器額定電壓長時間運行，電連接器有爬電（diàn）燒蝕風險。

（2）電流選型需匹配：整車（chē）經過負載計算的額定電流（liú）應小於等於連接器額定電流，若（ruò）整車工作電流超出（chū）連接器額定電流長時間運行（háng），電連接器有過（guò）載燒蝕（shí）風險。

圖片

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

密（mì）封匹配：連接器與電纜（lǎn）密封依靠橡膠密（mì）封件彈性壓縮提供二者間接（jiē）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特定的壓（yā）縮量實現，依此推出（chū），若需可靠防護，連接器的密封防護在設計之初（chū）就對電纜有特定（dìng）的尺寸要求；

同等規格的載（zǎi）流截麵，電纜可有不同的外徑尺寸，如屏蔽電纜與非屏蔽電纜，國標電纜（lǎn）與LV216標準電纜，具體匹配何（hé）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（xū）特別注意適配電纜規格要求，以防造成連接器密封失效。

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

使用案例（lì），建議線束裝配完（wán）成（chéng）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，通過線束柔性（xìng）達到應變消除目的，即使有少許應變傳（chuán）遞到連接器端子，所產生應力也不（bú）超過端子在連接（jiē）器中設計固持力 。

圖（tú）片

2 高壓連接器發（fā）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）定要根據中國國情（qíng）來決（jué）定。在發展綠色交通體係方麵，國家（jiā）計劃提（tí）出，加快車船結構升級（jí），推廣使用新能源汽車，2020年新能源汽（qì）車產銷量達到200萬輛左右。加快推進城市建成（chéng）區新增和更新的公交、環衛、郵政、出租、通勤、輕型物料配送車（chē）輛使用新能源或清潔能源汽車，重點區域使用比例達（dá）到80%；重點（diǎn）區域港口、機場（chǎng）、鐵路貨場等新增或更換（huàn）作業車（chē）輛主要使用新能源或清潔能源汽車。2020年底前，在物流（liú）園、產業（yè）園、工業園、大型單列市建成（chéng）區公交車全部更換為新能源汽車。在物流園、產（chǎn）業園（yuán）、工業園、大型商業購物中心、農（nóng）貿批發市場等物流集（jí）散地（dì）建設集中式充電樁和快速充電樁。根據國家（jiā）的政策導向，整車廠也根據相關（guān）政策調整內部模式，這就決（jué）定了連接器的發（fā）展方向。

2.2平台化及定製化

 電動汽（qì）車（chē）這種類型也多，比如說乘（chéng）用車、物流車，包括定製連接器，要求會（huì）不所不（bú）同，或者說會（huì）提出一些特（tè）別特（tè）殊的要求，所以包括還有無人（rén）駕駛（shǐ），物聯網車、新能源等等，我們連接器廠家要考（kǎo）慮一下，這種電動汽（qì）車（chē）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

個選擇不錯的嚐試，我們現在（zài）已經在邁向第一步。因為總體來看，這些類型的（de）車都會（huì）在不（bú）同的場合應用，其實都是一（yī）個細分（fèn）領域，雖然量（liàng）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（shì）做到頂尖，這也（yě）是一個不錯的選擇。第二個就是平台化（huà），未來電池和整車都會趨於平（píng）台化，如何跟客戶保（bǎo）持深入的技術溝通，形成雙方平台（tái）化的產品很重要，國內主機廠比較多，大家平台（tái）現在也不同，比如電池整包廠特別多，每家自（zì）己的模組方案、電池箱成組方案都不一樣，作（zuò）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

在汽車（chē）工業日漸追求節能與環保的背景（jǐng）下，汽車輕量化及（jí）小型化已成為技術潮流，也是汽車廠商（shāng）技（jì）術（shù）競爭的重點，通過控製整（zhěng）車重量，可以有效的降低油耗，減小尾氣（qì）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（néng）源連接器必須走小（xiǎo）型化及輕量化。

汽車小型化及輕量化的（de）一係列重要（yào）解決方案，包括引入更小尺寸的高性（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（chù）件係統，以及該微型化產（chǎn）生的壓接不穩定的優（yōu）化及可靠驗證方法；采用高（gāo）性能端子來（lái）降低小功率傳輸導線尺（chǐ）寸的（de）原理，以及采用鋁導（dǎo）線替代傳輸較大功率（lǜ）的大線徑銅導線。

 3 結論

通過分（fèn）析新能源連接器的主要技（jì）術參（cān）數及選用原則，隨著我們不斷地去搜集各種各樣的數據反饋，在國外的話，甚至連接器的廠家（jiā）設置了很多整車的數據返回（huí），他們會形成一個聯盟，他們會根據數據不斷的改（gǎi）良，達到一個（gè）最優的產品。

同時，隨著國內連接（jiē）器（qì）廠商，在實際使用過程中得（dé）到的主機廠和（hé）用戶的實際反饋。連機（jī）器廠商（shāng）們也（yě）在不停地去模擬真實（shí）用戶使用環境（jìng）下，連接器是否穩定;包括我們新材料的研發和技術壁壘的攻克（kè），成（chéng）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（kè）服掉。