新能源汽車高壓連接器（qì）技術、設計及趨（qū）勢

近（jìn）年來，由於（yú）受到全球經濟波動的影響（xiǎng），北美、歐（ōu）洲和日本連（lián）接器市場增長緩慢（màn），而（ér）以中國為代表的新興市場呈現持續增長（zhǎng）勢頭，成為推動全球連接器市（shì）場增長的主要動（dòng）力。為此（cǐ），全球知名連接器企業紛紛把生產（chǎn）基地轉移到（dào）國內，包括TE Connectivity、Molex、Delphi等持續在國內投資建廠，中國已經成為全球最大的連接器生產基地，尤（yóu）其在政（zhèng）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展。我國連接器經（jīng）過了多年的技術積累，無論在（zài）設計能力還是自動化生產（chǎn）能力上已經滿足了新能源（yuán）汽車高壓（yā）連接器（qì）所要求的技術水平。在下遊廠商國產化和技術（shù）能力足夠滿足的前提下，國內（nèi）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（qì）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的一（yī）種（zhǒng），是近幾年隨著國家（jiā）新能源（yuán）汽車的發展，逐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（yī）類連接器。相較於傳統高（gāo）壓大電流連接器，新（xīn）能源汽車（chē）用連（lián）接器的使用工（gōng）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，由於電壓等級的提高（目前主流係統的電壓均高於（yú）300V DC），增加（jiā）了人體受到電擊（jī）傷害的風險，對連接器的安全性（xìng）要求更高；所以對（duì）產品的絕（jué）緣（yuán）、防護（hù）要（yào）求（qiú）等比傳統低壓插件（jiàn）均有所提高。

新能源汽車用連接器的作用主要是保證整車高（gāo）壓互聯係統，即在內部電路（lù）被阻斷或孤立不通處架起橋梁從而使（shǐ）電流流通。新能源車用連（lián）接器的組成一（yī）般可分為：外殼、密封件（jiàn）等輔助結構，絕緣件，導（dǎo）電接（jiē）觸對三（sān）部分組成。通過插頭護套和插座護套間的對插、相互配合，即可達到接通和（hé）導電（diàn）的功能。高壓連（lián）接器主（zhǔ）要使用在新能源汽車高壓大電流回路，和導電線纜同時作用（yòng），將電池包的能量（liàng）通過不同的電氣（qì）回路（lù），輸送到整車係統中各部件，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 高壓連接器設計關鍵項分析

1.2.1溫升及降額曲線值（zhí）

溫升是連接器設（shè）計最重要的設計關鍵項（xiàng）之一（yī），異常的溫升會導致連接器因（yīn）為溫（wēn）升過高，發生燒蝕。

連（lián）接器的溫升受（shòu）如下因素影響：

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

2、物質環（huán）境加熱：當連接器長（zhǎng）期處於一個高溫環境，由於（yú）連接器所用的材料都是工程塑料、金屬、橡膠（jiāo）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，連接器由於自身接（jiē）觸內阻發熱在（zài）達到熱（rè）平衡時，加上所（suǒ）處的環境溫度高於了材料允許使用最高（gāo）工作溫度。此時（shí），若連接器長期處於一個該環境，連（lián）接器內部針孔（kǒng）件（jiàn）發熱導致內部溫度排（pái）不出（chū）來話，內部溫度會持續升高（gāo），連接器就會產生很大的熱量，導致連接器出現燒蝕（shí）引起車輛燃（rán）燒，這是非常嚴重的問題。橡膠材料（liào）和金屬材料均有最高（gāo）工作（zuò）溫度限製，設計時均需要考慮。

3、板端的（de）連接：設（shè）計的時候要用螺（luó）栓的（de）情況下（xià），或（huò）者要用（yòng）預防措施，防止供貨的（de）時（shí）候鬆脫；同時在螺栓連接時，一（yī）定要根據操作（zuò）規範進行扭力檢測。導電部（bù）件螺釘連接情況下，主要的失效模（mó）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（yì）常，燒蝕。

4、降（jiàng）額曲線（xiàn）：現（xiàn）在我們來討論（lùn）下（xià）降額曲線，在我的理解中（zhōng），降額曲線圖就好比你去選（xuǎn）擇一個商（shāng）品，這個商品要用在特定的環境中使（shǐ）用，這時選擇商（shāng）品的時候就要根據這個商品的一個屬性（xìng）值來確定你選擇哪個區間範圍（wéi）內的商品。高壓（yā）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適的菜（cài）品。

1.2.2高壓互（hù）鎖(HVIL)

針對整個的高壓（yā）互連係統來（lái）講，為了保證高壓係統上（shàng）下（xià）電時的安全，在連（lián）接設計（jì）時，引入了高壓互鎖概（gài）念。簡單描述（shù）為，連接器在插合導通時，高壓（yā）回路先接觸導通，後高壓互鎖信號回路再導通；分斷時，先高（gāo）壓互鎖信號分斷，後高壓回路斷開。大多數連接器廠家會把（bǎ）高壓互鎖設計放在連接器內部（bù），也有一部分廠家會把高（gāo）壓互鎖通過輔助結構設計放在對插腔體（tǐ）的外部。確保高壓互鎖回路的穩定性，十分重要（yào）。如（rú）果（guǒ）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，突然高壓互鎖回路信號異常，導致整車突然掉電，不能正常運（yùn）行，這樣會造成交通事（shì）故。

1.2.3 鎖緊結構（gòu）

理解真正（zhèng）的二次鎖不（bú）是有（yǒu）一個二次（cì）的保護作用，是更要有效地對其（qí）保護，這個真正的含義就是在一次鎖止後，如果一次（cì）鎖失效了或者沒有（yǒu）操作核（hé）實到位，二次鎖就是（shì）確保一（yī）次鎖鎖好以後，對第一次鎖進行保護，這是一個很（hěn）重要的作用（yòng）。二次鎖緊結構結合一次鎖裏麵最常用的就是力臂機構，因為一次鎖緊跟插拔力有關，所以按照力學設計理（lǐ）念需要一種類似於力臂機構的形式，這樣才能達到既省力（lì），也能夠很輕鬆地把連接器（qì）插到位。對於力臂的要（yào）求，USCAR裏麵講到了很多的力臂的人（rén）機工程的可操作性。USCAR裏麵也規定了相關（guān）一（yī）次鎖和二次鎖在（zài）對插和不對（duì）插（chā）情況（kuàng）下的力的要求。其實我們大

家都會認（rèn）為（wéi）USCAR是連接器的（de）標準，但我認為USCAR標準不僅（jǐn）僅是（shì）作為一個技術性標準（zhǔn），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前提下，也能夠提供客戶更好的產品體驗感。下圖2是比（bǐ）較常見的鎖緊結構產品圖（tú）。

1.2.4 防護等級

連接器的防護主要分在三個布置：

第一個是板端密（mì）封：板端就是連（lián）接器插座端采用四個螺釘采用機（jī）械連接方式安裝（zhuāng），這種是比較常用的結構，也有一些比較特殊的結（jié）構（圖3）；

第（dì）二個是頭座對插密封：頭座對插就是公端包（bāo）含母端或者是母（mǔ）端包含公端中間采用橡膠（jiāo）件進行徑向和軸向之間的防護（圖4）；

第（dì）三個是線端密封，線端連接器跟電纜之間（jiān）的防護密封（圖5）。

對於電（diàn）動汽車高壓連接器隨著市（shì）場的（de）發展，主機廠對產品防護（hù）的性能要求也在不斷地提高。行業發展初期，IPI67的（de）防護要求已（yǐ）經可（kě）以（yǐ）滿足絕大部（bù）分客戶（hù）。但是後期隨著市場上出現的連接器產（chǎn）品防護失效，導致產品出現漏水（shuǐ），絕（jué）緣故障、甚至燒蝕的案例也越來越（yuè）來越多。

防護要求逐（zhú）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，當然這也（yě）不（bú）是絕對的，還要看連接（jiē）器在車上布置的位置。根據高壓回路在整車（chē）布置來講，都會懸掛在汽車底盤下麵，高壓不得進艙（cāng）內這是一個原則，所以說大多數高（gāo）壓（yā）連接器都是會在底盤靠（kào）近地麵，或者靠近輪轂的位置（zhì），當（dāng）一些天氣惡（è）劣的時候，比如說嚴酷的天氣很大的暴（bào）雨或者（zhě）說一些嚴寒的天（tiān）氣（qì），你的輪胎帶起來的水其實會衝擊（jī）這些連接器，如果大家熟悉測試的話，國內標準沒有IP6K9K一（yī）說，你會發現如果IP67的話，高壓（yā）水槍的衝擊的壓力，其實沒有6k9k大。當汽車高速行使的時候，突然涉水時，瞬時湧向連接器的水壓會很大（dà），所以說IP67有（yǒu）的時候是很難滿足實際的使用要求。針對這一點的（de）話，現在國內標準QC/T1067,國外標準USCAR將（jiāng）連接器（qì）密封分為兩個等級S1和S2。S2等級的話，明確規定適用的場合是底盤（pán）的位置較低，推薦的（de）就是6K和9K，所以未（wèi）來（lái）連接防護的話一定是6K和9K。如果連接（jiē）器並不是布置在上述位置，IP67的設計其（qí）實還是可以滿足整車使（shǐ）用（yòng）要求。

1.2.5 電磁屏蔽

電動汽車有（yǒu）很多的電子器件，電流會產生磁場，整車零（líng）部件要有抗幹擾的（de）能力。尤（yóu）其是電動汽車現在作（zuò）為一個載體，無人駕駛會在（zài）這個（gè）基（jī）礎上更多地開發，所（suǒ）以這個技術問題（tí）非常重要。對於（yú）高壓係統而言，屏蔽連接器、電纜是（shì）非（fēi）常重要的，但是（shì）我們更多的是要優先考慮係統級的布置，這是一個前提條（tiáo）件，如果你的OBC，你（nǐ）布置的位置，包括（kuò）係統中的DCDC，是不（bú）是本身可能會有一些（xiē）先天性的問題，即使連接器做得再好，也會出現各種信號幹擾的問題，所以首先要考（kǎo）慮係統型的，其（qí）次考慮零部（bù）件級的。對於（yú）連接器屏蔽效能，一般會采用二（èr）個方式。第（dì）一種方式，我們（men）在（zài）一些塑料連接器上，裏麵（miàn）會有金屬屏蔽罩，電纜屏（píng）蔽層會跟金屬殼（ké）的屏蔽層相連，形成一個有效（xiào）的360°的屏蔽層。第二種（zhǒng）方式，大多數的高壓小電流的連接，都不會有二次的連接，會采用跟電（diàn）纜的屏蔽層相接，這種方式也是（shì）現（xiàn）有廠家常用的方式，包括國（guó）內一些比較知名的主機廠也在考慮這種方式，我（wǒ）們叫spring contact（英文），其（qí）實就是一（yī）個彈簧的連接。這種結構的好處也是很（hěn）多（duō）的，因（yīn）為尺寸（cùn）、空間會更小，它的接

觸點也（yě）會更多（duō）；此結（jié）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（děng），他們在這（zhè）塊有很多實際成熟應用案例。大多數情況下（xià），導線和屏（píng）蔽（bì）層的連接，我們會用金屬（shǔ）內、外環的形式，進行壓接，將屏蔽層置於兩個金（jīn）屬環之間，通過冷（lěng）壓（yā）變（biàn）形（xíng）使屏蔽層和金屬環進行（háng）緊密（mì）固定。另外，我們還（hái）有一種屏蔽方式，它通過一種類（lèi）似於表帶簧的結構，用（yòng）以替代彈簧（huáng）連（lián）接，該結構常在軍用產品上使用，技術成熟；我們做過相關測（cè）試，均能滿足設計（jì）要求。該結構應用（yòng）在新能（néng）源電動車的屏蔽，既能夠滿足性能要求，同（tóng）時又是衝製（zhì）件，適合批量生（shēng）產，性價比高。

1.2.6連接器材質

連接器絕（jué）緣件材質一般選用PA66、PBT、ABS、PC等。接觸件（jiàn）材質一般選（xuǎn）用黃銅、磷青銅、鈹（pí）銅等，但現在國外用（yòng）的比較多的材料是銅鎳矽（guī）材料（liào）。連接器殼體材質一般分為塑料和金屬兩種材質。

關於如何選擇塑料材質（zhì）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，尤其是乘用車廠商（shāng）會在滿足產品（pǐn）性能的前提下，盡量去選擇塑料（liào）連接器，以達到控製整車重量。

2.產品的使（shǐ）用環境

由於金屬材料（liào）的機械強度比塑料好。所以在一些使用環境比較惡劣的環境下，金屬連接器會（huì）更適合。例如像特種車輛、渣土車，以及整車（chē）在布置時，未做防護的電氣連接部位。此時，金屬材質相比塑料材質的連接器在受（shòu）環境影響及機械強度方麵略勝一籌。

3.屏蔽實現方式

針對屏蔽連接器，由於金屬連接器自身的（de）外殼就是用於導通屏（píng）蔽，形成屏（píng）蔽保護的載（zǎi）體。一般（bān）情況（kuàng）下，金屬連接器較塑料連接器更容易實現（xiàn）更為（wéi）優異的屏蔽效能，外形結構更為緊（jǐn）湊。

（3）額定電流：電氣設備的額定（dìng）電流是指在基準環境溫度下，在額定電壓工作條（tiáo）件下，發熱（rè）不超過長期發（fā）熱允許溫度時所允許（xǔ）長期通過的（de）最大電流。

對電動汽車而（ér）言，P=UI,額定電流是（shì）根據電氣設備的功率P，輸出電壓（yā）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電流值。

載流截麵積與連接器額定電（diàn）流（liú）成正比（bǐ），換（huàn）句話說，插（chā）針/孔/導線截麵越大，它所能通過（guò）的電流也越大，連接器越大。

（4） HVIL（高壓互（hù）鎖）

（4.1）設計（jì）HVIL功能目的（de）

確認（rèn）整個高壓（yā）係統（tǒng）的完整性，當高壓（yā）係統回路斷開（kāi）或（huò）者完整性受到破壞的時候，激發整車的安全措施啟動。

（4.2）HVIL功能的（de）實現

a.需要整（zhěng）個係統構成，係（xì）統開發時就要設計進去；

b.主要通過連接器來完成；

c.HVIL電路是（shì）低壓電，相（xiàng）對於（yú）功率電路，是獨（dú）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（jiē）時，功率端子先接通，信號（hào）端子（zǐ）後接通。

——斷（duàn）開時，信號端子先斷開，功（gōng）率端子後斷開。

特別說（shuō）明：功率端子的接通，表示良好的（de）接觸，虛接觸是不可接受

 （5） 屏（píng）蔽

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

    屏蔽與非屏（píng）蔽連接（jiē）器（qì）主要區別即為是否設置有（yǒu）導電（diàn）良好的金屬屏蔽體。

（6） 防護等級（jí）

IP防護等級是由兩（liǎng）個數字所組成，第（dì）一個標記數字表示電器防塵、防止（zhǐ）外（wài）物（wù）侵入（rù）的等級，第（dì）二個標記（jì）數字表示電器防濕氣、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（xiàn）方式

主要指電連接器插（chā）頭尾部電纜出線（xiàn）角度與插座安裝麵法（fǎ）向方向之間的角（jiǎo）度，依此劃（huá）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）計人員對連接器不同布（bù）置方式的需求，電連（lián）接器插座安裝方式細分為以下四（sì）種：

 1.6.2.3選項注意事項

（1）電壓選型需匹配：整車經過負（fù）載計算的額定電壓應小（xiǎo）於等於（yú）連接器額定電壓，若整車（chē）工作電壓超出連接器額定電壓長時間運行，電連（lián）接器有爬電燒蝕風險。

（2）電流選型需匹配：整車經（jīng）過負載計算的額定電（diàn）流應小於等於連接器（qì）額定電流，若（ruò）整車工作電流超出連接器額定電流長時間運行，電連接器有過載燒蝕風險。

圖片（piàn）

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

密封匹配：連接器與電纜密封依（yī）靠橡膠（jiāo）密封件彈性壓縮提供（gòng）二者間接觸壓力，從而實現可靠的防護性能，如IP67；根（gēn）據計算，實現特定的接觸壓力依靠密封件特定的壓縮量實現，依（yī）此推出，若需可靠防（fáng）護，連（lián）接器（qì）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寸，如屏蔽電纜與非屏（píng）蔽電纜（lǎn），國標電纜與LV216標準（zhǔn）電纜，具體匹配何種電纜，連接器選型規格書均有明確表（biǎo）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（róu）性布線：對於整車布線，現各主機廠均有彎曲半徑及鬆弛度要求（qiú）；根據連接器在整（zhěng）車

使用案例，建議線束裝配（pèi）完成後，連接器端子本身不受應力，隻有當線束整體因（yīn）汽車運行受到振動、衝擊與車身發生相對位移時，通過線束柔性達到應變消除目的，即使有少許（xǔ）應變傳遞到連接器端子，所產生應力也不超過端子在（zài）連接器中設計固持（chí）力 。

圖片

2 高壓連接器發展趨勢

2.1 政（zhèng）策導向作用

    國家對新（xīn）能源電動汽車產業政策的製（zhì）定要根據中國（guó）國情來決定。在發展綠色交通體係方（fāng）麵（miàn），國（guó）家（jiā）計劃提出，加快車船結構升級，推廣（guǎng）使用新能源汽車，2020年（nián）新能源汽車產銷量（liàng）達到200萬輛左右。加快推進（jìn）城市建成區新增和更新的（de）公交、環衛、郵政、出租、通勤、輕型物料（liào）配送車輛使用新能源或清（qīng）潔能源（yuán）汽車，重點區域使用比例達到80%；重點區域港口、機場、鐵（tiě）路貨場等新增（zēng）或更換作業車輛主要使用新能（néng）源（yuán）或清（qīng）潔能源汽車。2020年底前，在物流園、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（yuán）汽車。在物流園、產業園、工（gōng）業園、大型商業購物中心、農貿批發市場等物流（liú）集散地建設集中式充電（diàn）樁（zhuāng）和快速充（chōng）電樁。根據國（guó）家的（de）政策導（dǎo）向，整車廠也根據相關政策調整內部模式，這就決定了連接器的發展方向。

2.2平台化及定製化

 電動汽車這種類型也多，比如說乘用車、物流車，包括定（dìng）製連接器，要求會不所不同（tóng），或者說會提出一些特（tè）別特殊的要求，所以包括還有無人駕駛，物聯網車、新能源等等，我們（men）連（lián）接器廠家要考慮一下，這種電動（dòng）汽車細分行（háng）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，我們現在已經在邁向第一步。因為總（zǒng）體來看，這些類型的車都（dōu）會在不同的場合（hé）應用，其實（shí）都（dōu）是一個細分領域，雖然量沒有那麽大，但是（shì）那個（gè）市場就是屬於我們的，我們在這個市場就是做到頂（dǐng）尖，這（zhè）也是一個不錯的選擇。第二個就是平台化，未來電池和整車都會趨於平台化，如何跟客戶（hù）保持深入的技術溝通，形成雙方平台化的產品很重要，國內（nèi）主機廠比較多，大家（jiā）平台現在（zài）也不同，比如電池整包廠特別多，每家自己的模（mó）組方案、電池箱成組方案都不一樣，作為連接器廠家需（xū）要思考怎麽樣做適合平台化的應用。

2.3小型化及輕量化

在汽車工業日漸追求節能與環保的（de）背景下，汽車輕量化及小（xiǎo）型化已成為（wéi）技術潮流，也是汽車（chē）廠（chǎng）商技術競（jìng）爭的重點，通過控製整車重量，可以有效的降（jiàng）低油耗，減小尾氣排放，提（tí）高燃油能效。在汽車工業這樣的大環境下，也帶動新能源連接器必須（xū）走小型化及輕量化。

汽車小（xiǎo）型化及輕量（liàng）化（huà）的（de）一（yī）係列重要解決方案，包括引入更小尺寸的高性能銅合金導線做為信號傳輸（shū）線，同時（shí）引入向微（wēi）型化發展（zhǎn）的（de）端子及接觸件係統，以及該微型（xíng）化產生的壓接不穩定的優（yōu）化及（jí）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（yòng）鋁導線替代傳輸較大（dà）功率的大線徑銅導線。

 3 結論（lùn）

通過分析新能源連接（jiē）器的主要技術參數及選（xuǎn）用原則，隨著我們不斷（duàn）地去搜集（jí）各種各樣的數據反饋，在國外的話，甚至連接器的廠家設置了很多整車的數據返（fǎn）回（huí），他們會形（xíng）成（chéng）一個聯盟，他們會根據（jù）數據（jù）不斷的改良，達到一個最優的（de）產品。

同時，隨著國內連接器（qì）廠商，在實際使用過程中得到的（de）主機廠和用戶的（de）實際反饋。連機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;包括我們新材料的研發和技術壁壘（lěi）的攻克，成本（běn）是否能夠商（shāng）業化。在不久（jiǔ）的將來（lái），這些都不會是問題，都會被（bèi）克服掉（diào）。