新能源汽車高壓連接器技術、設計及（jí）趨勢（shì）

近年來，由於受到全球（qiú）經濟波（bō）動的影響，北美、歐洲和日本（běn）連接器市場增長緩慢，而以中國為代（dài）表（biǎo）的（de）新興市場呈現持續增長勢（shì）頭，成為推動全球連接器市場增長的主要動力。為此（cǐ），全球知名連接器（qì）企業紛紛（fēn）把生產基地轉移到國內，包括TE Connectivity、Molex、Delphi等持續在國內投資建廠，中國已經（jīng）成為全（quán）球最大的連接器生產（chǎn）基地，尤其在政府的政（zhèng）策推動激勵（lì）下，我國新能源汽車行業穩健發展帶動了汽（qì）車連接器的持續發展。我國連接器經過了多（duō）年的（de）技術積累，無論在設計能力還是自動化生產能力上已經滿足了新能源汽車高壓連接器所要求的技（jì）術水平。在下遊（yóu）廠商國產化和技術能力足夠滿足的前提下，國內廠商已經占領了新能源汽車高壓連接器的至高點，希望在這個新的領（lǐng）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（lián）接器技術分析（xī）

1.1 高壓連（lián）接器在整車係統（tǒng）中的應用

新能源汽車用連接器是連接器（qì）大類中的一種，是近幾年隨著國家新能源汽車的發展，逐漸從（cóng）傳統高壓大電流和傳統低壓汽（qì）車連接器中分離出來的一類連接器（qì）。相較於傳統高壓大電流連接器，新能源汽車用連接器的使用工況更複雜多變，對連接器的可靠性要求更高；相較於傳統低壓汽車連接器，由於（yú）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（le）人體受到電擊傷害（hài）的風險，對連接器的安全性要求更高；所以對產品的絕緣（yuán）、防護要求等比傳統低壓插件均（jun1）有所提高。

新能源汽車用連接器的作用主要是保證整車高壓互聯係統，即在內部電路被阻斷或（huò）孤立不（bú）通處架起橋梁從而使電流流（liú）通。新能源車用（yòng）連接器的組成一般可分為：外殼、密封件等（děng）輔（fǔ）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間的對插、相互配合，即可達（dá）到接通和導電的功能。高壓連接器主要使用在（zài）新能源（yuán）汽車高壓大電流回路，和導電線纜同時（shí）作用，將電池（chí）包的能（néng）量通過不（bú）同的電氣回路，輸送到整車係統中各部件，如電池包、電（diàn）機控製器、DCDC轉換器、充電機等車身用電單元。

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計關鍵項之一，異常的溫升（shēng）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（yīn）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）、針孔尾部與導線壓（yā）接電阻、螺紋連接銅牌與銅牌（pái）之間的接觸電阻

2、物質環境加熱：當連接器長期處（chù）於一個高溫環境，由於連（lián）接器所用的材料都是工程塑（sù）料、金（jīn）屬（shǔ）、橡膠等，尤其工程（chéng）塑料要求最高工作溫度140℃，但（dàn）當產品使用的環（huán）境溫度過高（gāo），連接器由於自身接觸內阻發熱（rè）在達到熱平衡時（shí），加上所處的環（huán）境溫度（dù）高於了材料允許使用（yòng）最高工作溫度（dù）。此時，若連接器長期處於一個該環境，連接器內部針（zhēn）孔件發熱導致內部溫度排（pái）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（lián）接器（qì）出現燒蝕引起車輛燃燒，這是非常嚴重的問題。橡膠材料和金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（shè）計的（de）時候要用螺栓的（de）情況下，或者（zhě）要用預防措施，防止供貨的時候鬆脫；同時在螺栓（shuān）連接時，一定要根（gēn）據操作規範進行扭力檢測。導電部件螺釘連（lián）接情況下（xià），主（zhǔ）要的失效（xiào）模式之一就是未按照力矩要求（qiú）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（lái）討論下降（jiàng）額曲線，在我的（de）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（shí）候就要根據這個商品的一（yī）個屬性值來（lái）確定你（nǐ）選擇（zé）哪個區間範圍內的商品。高壓（yā）連接器（qì）的降額曲線圖就是給客戶提供一份菜（cài）單（dān），客戶根據（jù）這個菜單對應自己（jǐ）的口味選擇（zé）自己合適的菜品。

1.2.2高壓（yā）互鎖(HVIL)

針對整個的高壓互連係統來講，為（wéi）了保證高壓係統上（shàng）下電時的安全，在連接設計時，引入了高壓互鎖概念（niàn）。簡單描述（shù）為，連接器在插合導通時，高壓回路先（xiān）接觸（chù）導通，後高壓互鎖信號回路再導通；分斷時，先高壓互鎖信號分（fèn）斷，後高（gāo）壓回路（lù）斷開。大多數連接器廠家（jiā）會把高壓互鎖設計放在（zài）連接器內部，也有一部（bù）分廠家會把高（gāo）壓互鎖通過輔助結（jié）構設計（jì）放在對插腔體的外部。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，可能帶來的影響會很惡劣，比如車正在行駛（shǐ）過程中，突然高壓互鎖回路信號（hào）異常，導致整車（chē）突然掉電，不能正常運行，這樣（yàng）會造成交通事故。

1.2.3 鎖緊結（jié）構

理（lǐ）解真正的二次鎖不（bú）是有一個二次的保護作用，是更要有效地對其（qí）保護，這個真正的含（hán）義就（jiù）是在一次（cì）鎖止後，如果一次鎖失效了或者沒有操（cāo）作核實到位，二（èr）次鎖就（jiù）是（shì）確保一次鎖鎖好以後，對（duì）第（dì）一次鎖（suǒ）進行保護，這是一個（gè）很重要的（de）作（zuò）用。二（èr）次鎖緊結構結合一次鎖裏麵最常用的就是（shì）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種類似於（yú）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（jiē）器插到位。對於力臂的要（yào）求，USCAR裏麵講（jiǎng）到了很多的力臂的人機（jī）工程的可操作性。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（lián）接器的標準，但我認（rèn）為USCAR標準不（bú）僅僅是作為一個（gè）技術性標準，而（ér）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前提下，也能夠提供客戶（hù）更好的（de）產品（pǐn）體（tǐ）驗感。下圖2是比（bǐ）較常見的鎖緊結（jié）構產品圖。

1.2.4 防護等級

連接器的防護主要分在三個布置（zhì）：

第一個是板端密封：板端就是連接器插座端采用四個螺（luó）釘采（cǎi）用機械連接方式安裝，這種是比較（jiào）常用（yòng）的結構，也（yě）有一些比較特殊的結構（圖（tú）3）；

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

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

對（duì）於電（diàn）動汽車高壓連（lián）接器隨（suí）著市場的發展，主機廠對產品防護的性能要求也在（zài）不斷地提高。行業發展初期，IPI67的防護要求已經（jīng）可以（yǐ）滿足絕大部分客戶。但是後（hòu）期隨著市場上出（chū）現（xiàn）的連接器產品防護失效，導致產品出現漏水，絕緣故障、甚至燒蝕的案例（lì）也越來越來越多。

防護要求（qiú）逐步的提高成為電動車發展趨勢，目前IP67的（de）要求不能滿足正常的使用要求，當然這也（yě）不是絕（jué）對的（de），還要看連接器在車上布（bù）置的位置。根據高壓回路在整車布置來講，都（dōu）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在底盤靠近（jìn）地麵，或者靠近輪轂的位置，當一（yī）些天（tiān）氣惡劣的時（shí）候，比如說嚴酷的天氣很大的暴雨或者（zhě）說一（yī）些嚴寒的天氣，你的輪胎帶起來的水其實會衝擊這些連接器（qì），如果大家熟悉測試的（de）話，國內標準沒有IP6K9K一說，你會發現如果IP67的話，高壓水槍（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（jiē）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（zhǔn）QC/T1067,國外標準USCAR將連（lián）接器密（mì）封分為兩個等級S1和S2。S2等級的話（huà），明確規定適用（yòng）的場合是底盤的位置較低，推（tuī）薦的就是6K和9K，所以未來連接（jiē）防（fáng）護的（de）話一定是6K和9K。如（rú）果連接器並不是布置在上（shàng）述位置，IP67的設計其實還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，電流會產生磁場，整車零部件要有（yǒu）抗幹（gàn）擾的能力。尤其是電動汽車現在作為（wéi）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。對於高（gāo）壓係統而言，屏蔽（bì）連接器、電纜是非常重要的，但是我們更多的是要優先考慮係統級的布置，這是一個前提條件，如（rú）果你的OBC，你布置的位置，包括係統中的DCDC，是不是本身可（kě）能會有一些先（xiān）天性的問題，即使連接器做得再好，也會（huì）出現各種信號幹擾的問題，所以首先要考慮係統型的，其次考慮零部件級的。對於（yú）連接器屏蔽效能，一般會采（cǎi）用（yòng）二個方式。第一（yī）種方式，我們（men）在一些塑料連接器上，裏麵（miàn）會有金屬屏蔽罩（zhào），電纜屏蔽層會跟金屬殼的屏（píng）蔽層相連，形成一個有效的360°的屏蔽層。第二種方式，大多數的高（gāo）壓小電流的連接，都不會有二（èr）次的連接，會采用跟電（diàn）纜的（de）屏蔽層相接（jiē），這種（zhǒng）方式也是現有（yǒu）廠家常用的方式，包括國內（nèi）一些比（bǐ）較知名的（de）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（huáng）的連接。這種（zhǒng）結構的好處（chù）也（yě）是很多的，因為尺寸、空間會更小，它（tā）的接（jiē）

觸點也會更多；此結構的製造商很多，主要（yào）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（shù）情況下，導線和（hé）屏蔽（bì）層的連接，我們會用金屬內、外環的形式，進行壓接，將屏蔽層置（zhì）於兩個金屬環之間，通（tōng）過冷壓變形（xíng）使屏蔽層和金屬環進行緊（jǐn）密固定。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（gòu），用以替代彈簧連接，該結構常在軍用產品上使用，技術成熟；我們做過相關測試，均能滿足設計（jì）要求。該結構應用在新能源電動車的屏蔽（bì），既能夠滿足性能要求，同時又是衝製件，適合批量生產，性價（jià）比高。

1.2.6連接（jiē）器材質（zhì）

連接器絕緣件（jiàn）材（cái）質（zhì）一（yī）般選用PA66、PBT、ABS、PC等。接觸件材質一般選用（yòng）黃（huáng）銅、磷青銅（tóng）、鈹銅等，但（dàn）現在國外用的比較多的材料是銅鎳（niè）矽材料。連接器（qì）殼體材質一般（bān）分為塑料（liào）和（hé）金屬兩種材質。

關於如何選擇（zé）塑料材質或者金屬材質，一般有如下幾個參考點（diǎn）：

1.輕量化（huà）

由於對整（zhěng）車輕量化的需求，尤（yóu）其是乘用車廠商會在滿足產品性能的前提（tí）下，盡（jìn）量去選擇（zé）塑料連接器，以達（dá）到（dào）控製整車重量。

2.產品的使用（yòng）環境

由於金屬材料的機械強度比塑料好。所以在一些使用環（huán）境（jìng）比較惡劣的環境下，金屬連接器會更適合。例如像（xiàng）特種車輛（liàng）、渣（zhā）土車，以及（jí）整車在布置時，未做防（fáng）護的電氣連接部位。此時，金屬材質相比塑（sù）料材質（zhì）的（de）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（duì）屏蔽連接器，由於金屬連接器自身的外殼就是用於導通屏蔽，形成屏蔽保護的（de）載體。一般情況下，金屬連接器較塑（sù）料連接器更（gèng）容易實現更為優異的屏蔽效能，外形結構更為（wéi）緊湊。

（3）額定電流（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（chāo）過長期發熱允許溫度時所允許長期（qī）通過的最大電流。

對電動汽車而言，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（jiā）速，爬坡，超載（zǎi）的瞬間產生的最大（dà）電流（liú）值。

載流截（jié）麵（miàn）積與連接器（qì）額定（dìng）電流成正比，換句話說，插針/孔/導線截（jié）麵越大，它所能通過的（de）電流也（yě）越大，連接器越大。

（4） HVIL（高壓互鎖）

（4.1）設計（jì）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（jī）發整車的安全（quán）措（cuò）施啟動（dòng）。

（4.2）HVIL功能的實現

a.需要整（zhěng）個係統構成，係（xì）統（tǒng）開發時就要設計進去；

b.主要（yào）通過連接器來完（wán）成（chéng）；

c.HVIL電路（lù）是低壓（yā）電，相對於功率電路，是獨立的。

（4.3）連接器HVIL功（gōng）能實（shí）現原理

功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，信（xìn）號（hào）端子先斷開，功率（lǜ）端子（zǐ）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（shòu）

 （5） 屏蔽

交變電場屏蔽:為降低交變電場（chǎng）對敏（mǐn）感（gǎn）電路的耦合幹擾電壓（yā），可（kě）以在幹擾源和（hé）敏感電路之間（jiān）設置導電性好（hǎo）的金屬屏蔽體，並將金屬屏蔽體接地。

    屏蔽與非屏（píng）蔽連接器主要區別即為是否設置（zhì）有導電良好的金屬屏蔽體。

（6） 防護等級

IP防護等級是由兩個（gè）數字（zì）所組成，第一個標記數字表示電器防塵、防止外物（wù）侵（qīn）入的等級，第二個標記數字表示（shì）電器防濕（shī）氣、防水侵入（rù）的密閉程度，數字越大（dà）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與插座安裝麵法向方向之間的角度，依（yī）此劃（huá）分，常見的有90°(彎式)及（jí）180°(直式)出（chū）線電連接器。

（8） 插座安裝方式

為滿足主機廠（chǎng）設計人員對連接（jiē）器不同布置方式的需求，電連接器插座安裝方式（shì）細分為以下四（sì）種：

 1.6.2.3選項注（zhù）意事項（xiàng）

（1）電壓選型需匹配：整（zhěng）車經過負載計（jì）算的額定（dìng）電壓應小於等於連接器額定電壓，若整車工作電壓超出連接器額定電壓長時間運行，電連接器有爬電燒（shāo）蝕（shí）風險。

（2）電流（liú）選型需匹配：整車經過負載計（jì）算的額定電流應（yīng）小於等於連接器額定電流，若整車工作電流超出連接器額定電流長時間運行，電連接器（qì）有過載燒蝕風（fēng）險。

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（3）電纜選型（xíng）需匹配：整車電纜選型匹配分為電纜載流匹（pǐ）配和電纜與連（lián）接器（qì）密封匹配（pèi），關於電（diàn）纜載流，各主機廠有（yǒu）專門（mén）的電氣工程師進行匹配設（shè）計，在此不作（zuò）解釋。

密封匹配：連接器與電纜密封（fēng）依靠橡膠密封件彈性壓縮提供二者間接觸（chù）壓（yā）力，從（cóng）而實現可（kě）靠的防（fáng）護（hù）性能，如IP67；根據計算，實現特（tè）定的接觸壓力（lì）依靠密封件特定的（de）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之初就對電纜有特定的尺寸要求；

同等規格的載流（liú）截麵，電纜可有不同的外徑尺（chǐ）寸，如屏蔽電纜與非屏蔽電纜，國標電纜與（yǔ）LV216標準電纜，具（jù）體匹配何種（zhǒng）電纜，連接器（qì）選（xuǎn）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（fēng）失（shī）效（xiào）。

（4）整車需柔性布（bù）線（xiàn）：對於整（zhěng）車布線，現各主機廠均有彎曲半徑及鬆弛度要求；根據（jù）連接器（qì）在整車

使用（yòng）案例（lì），建議線（xiàn）束裝配完成後，連接器端子（zǐ）本身不受應力，隻有當線束整體因（yīn）汽車運（yùn）行受到振動、衝擊與車（chē）身發（fā）生相對位移（yí）時，通過線束柔性達到應變消除目的，即使有少許應變傳遞到連接器端子，所產生應（yīng）力也不超過（guò）端子在連接器中設計固持力（lì） 。

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2 高壓連接器發展趨勢

2.1 政策導向作用

    國（guó）家對新能源電動汽車產業政策的製定要根據中（zhōng）國國情來決定。在發展綠色交通體係方麵，國（guó）家計劃提出，加快車船結構升級（jí），推廣使用（yòng）新能源汽車，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公交、環衛、郵政、出租、通勤、輕型物料配（pèi）送車輛使用（yòng）新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作業（yè）車輛主要使（shǐ）用新能源或清潔能（néng）源汽車。2020年底前，在物流（liú）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（zài）物流園、產業園、工業園、大型商業（yè）購物中心、農貿批發市場等（děng）物流（liú）集散地建設集中式充電樁和快速充電樁。根據國家的政策導（dǎo）向，整車廠也根據相關（guān）政策調（diào）整內部模式，這就決定了連接器的發展方向。

2.2平台化及定製化

 電（diàn）動汽車這種類型也多，比如說乘用車、物流車，包括定製（zhì）連接器，要求會不所不同，或（huò）者說會提出一些特別特殊（shū）的要求，所（suǒ）以包括還有無人駕駛，物聯網（wǎng）車、新能源等（děng）等，我（wǒ）們連接器廠（chǎng）家要考慮一下，這種電動汽車細分行業需（xū）求的定製化（整車端和電池端），我覺得或許會是一

個（gè）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，這些類型的車都會在不同的場合應用，其實都是一個細分領域，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（jiù）是做到頂尖，這也是一個不錯的選（xuǎn）擇。第二個就是平台（tái）化，未來電池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（pǐn）很重要，國內主機廠比較（jiào）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（jiē）器廠家需要（yào）思考怎麽樣做適合平台化的應用。

2.3小型化及輕量化

在汽車工業日漸追求節能與環保的背（bèi）景下，汽車輕量（liàng）化及小型化已成為技術（shù）潮流，也是汽車廠商技術競爭的重點，通過控製（zhì）整車重量（liàng），可以有效的降低油耗，減小尾氣排放，提高燃油能效。在汽車工業（yè）這樣的大環境下，也帶動新能源連接器必（bì）須（xū）走小型化及輕量化。

汽車小型化及輕量（liàng）化的一係列重要解決方案，包括引入更小尺寸的（de）高性能銅（tóng）合金導線做為信號傳輸線，同時引入（rù）向（xiàng）微型化發展的端（duān）子（zǐ）及接觸件（jiàn）係統，以及該微型化（huà）產生的壓接不穩定的優化（huà）及可靠驗證方法；采用高性能端子來降低小功率傳輸導線（xiàn）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（wǒ）們不斷地去搜集各種各樣的數據反饋，在國外（wài）的話，甚至連接器的廠家設置了很多整車的數據返回，他們會形成一個聯盟，他們（men）會根據（jù）數（shù）據不斷的改（gǎi）良，達到一個最（zuì）優的產品。

同時，隨著國內連接器廠商（shāng），在實（shí）際（jì）使用過程中得到的主機廠和用戶（hù）的實際反饋。連（lián）機（jī）器廠商們也在不停地去模擬真實用戶使用環境下，連接器是否穩定;包括我們新（xīn）材料的（de）研發和（hé）技術壁壘的攻克，成本是否能夠商業化。在不久（jiǔ）的將來，這（zhè）些都不會（huì）是問題，都會被克（kè）服掉。