新能源汽車高壓連接器技術、設計及趨勢

近年來，由於受到全球經濟波動的影響（xiǎng），北美、歐洲（zhōu）和日本連接器市場增長緩慢，而以（yǐ）中國為代（dài）表的新興市場呈現持（chí）續（xù）增長勢頭，成為推動全球連接器市場增（zēng）長的主要動力（lì）。為此，全球知名連接器企業紛紛把生產基地轉移（yí）到國內，包括TE Connectivity、Molex、Delphi等持續在國內投（tóu）資建（jiàn）廠，中國已經成為全球最大的連接器生產（chǎn）基地（dì），尤其在政府的政策（cè）推動激勵下，我國新能（néng）源汽（qì）車行業穩健發展帶動了汽車連接器的（de）持續發展。我國連接器經過了多年的技術積累，無論在（zài）設計能力還是（shì）自動化生產能力（lì）上已經滿足（zú）了新能源汽車高壓連接器所（suǒ）要（yào）求的技術水平。在下遊廠商（shāng）國產化和技術能力（lì）足夠滿足的前提（tí）下，國（guó）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（wān）道超車，有機會（huì）打（dǎ）破外商在傳統（tǒng）汽車連接器的壟斷地位。

1 高壓連接器技（jì）術分析

1.1 高（gāo）壓連接器在整車係統中的應用

新能源汽車用連接（jiē）器是連接器大類中的一種，是（shì）近幾年隨（suí）著（zhe）國家新能（néng）源（yuán）汽車的發展，逐漸從傳統高壓大電流和傳（chuán）統低（dī）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，新能源汽車用連接器的使用工況更複雜多變，對（duì）連接器的可靠性要求更高；相（xiàng）較於傳統低壓汽車連接器，由於（yú）電壓等級的提高（gāo）（目前主流係統（tǒng）的電壓均高於300V DC），增加了人體受到電擊傷害的風（fēng）險，對連接器的安全性要求更高；所以對產品的絕緣、防護要求（qiú）等比傳統低壓插件均有所提高。

新能（néng）源汽（qì）車用連接器的作用主要是（shì）保證整（zhěng）車高壓互聯係統（tǒng），即在內部電路被阻斷或孤（gū）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般可分為：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（hé），即可達到接通和導電的功能。高壓連接器主要使用（yòng）在新能源汽（qì）車高壓大電流（liú）回路，和導電線纜同時作用，將電池包的能量通過不（bú）同的（de）電氣回路，輸送到整（zhěng）車係統中各部件，如（rú）電池包、電機控製（zhì）器、DCDC轉換器、充電機等車身用電單元。

1.2 高壓連接器設計（jì）關鍵項分（fèn）析

1.2.1溫升及降額曲線值

溫（wēn）升是連接器設計最重要的（de）設計關鍵項之一，異常的溫升會導致連接（jiē）器因為溫升過（guò）高，發生燒（shāo）蝕。

連接器的溫升受如下因素影響：

1、 接（jiē）觸電阻：用於導（dǎo）電連接，兩接觸載體（tǐ）之間的（de）電阻，如針孔（kǒng）對插接觸電阻、針孔尾部（bù）與導線壓接電阻、螺紋（wén）連接（jiē）銅牌與（yǔ）銅牌之間的接（jiē）觸電阻

2、物質環境加熱（rè）：當連（lián）接器長期處於一個高溫（wēn）環境，由於連接器所用的材料（liào）都是工程（chéng）塑料、金屬、橡膠（jiāo）等，尤其工程塑料要求最高工作溫（wēn）度140℃，但當產品使用的環境溫度過（guò）高，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（cái）料允許使用最高工作溫度。此時，若連接器長期處於一個（gè）該環境，連（lián）接器內部針孔件發熱導致內部溫度排不出來話（huà），內部（bù）溫度會持（chí）續升高（gāo），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（chē）輛燃燒，這是（shì）非常嚴（yán）重的（de）問題。橡膠材料（liào）和金屬（shǔ）材料均有最（zuì）高工作溫度限製，設計時均需要考慮。

3、板端的連（lián）接：設計的時候要用螺栓的情況下，或者要用預防措施，防止供貨的時候鬆脫；同時在螺栓連接時，一定要根據（jù）操作規範進行（háng）扭力檢測。導電部（bù）件螺釘連接情（qíng）況（kuàng）下，主要的失效模式之一就是（shì）未（wèi）按照力矩要求進行擰緊（jǐn）力矩管控，導致連接部位溫升異常，燒蝕。

4、降（jiàng）額曲線：現在（zài）我們來討論（lùn）下降額曲線，在我的理解中，降額曲線圖就好比你（nǐ）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（shāng）品的時候就要根（gēn）據這（zhè）個商品的（de）一個屬性值來確（què）定你選擇哪個區（qū）間範圍內的商品。高壓連接器的降額曲線圖就是給（gěi）客戶提供一（yī）份菜單，客戶（hù）根據這個菜單對應自己的口味選擇（zé）自己合適的（de）菜品。

1.2.2高（gāo）壓（yā）互鎖(HVIL)

針對整（zhěng）個的（de）高壓互（hù）連（lián）係統來講，為了（le）保證高壓係統上下電時的（de）安全，在連接設計（jì）時，引入了高壓互鎖概念。簡單描述為，連接器在插合導通時，高壓回路先接觸導通，後高壓互鎖信號回路再導通（tōng）；分斷（duàn）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，也有一部分廠家會把高壓互（hù）鎖通過輔助結構（gòu）設計放在對插腔體的外（wài）部。確保高壓互鎖回路的穩定性，十分重（chóng）要。如果說高（gāo）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（yì）常，導致整車（chē）突然掉電（diàn），不能正常運行，這樣會造成（chéng）交通事故（gù）。

1.2.3 鎖緊結構

理解真正的二次鎖不是有一個二次的保護作用，是更要有效地對其保護，這個真正的含義就是在一次鎖止後，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（suǒ）進行保護，這是一個很重要的作用。二次鎖緊結構（gòu）結合一次鎖裏麵最常用的就是力臂（bì）機構，因為一次鎖緊跟插（chā）拔力有（yǒu）關，所以按照力學設計理（lǐ）念需要一種類似於力臂機（jī）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。對於力臂的（de）要求，USCAR裏（lǐ）麵講到了很（hěn）多的力臂的人機工程的可操作性。USCAR裏麵也（yě）規定了相關一次鎖和二次鎖在對插和不（bú）對插情況下的力的要求。其實我們大

家（jiā）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技（jì）術性標（biāo）準，而且還指導了設（shè）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（pǐn）體驗感。下圖2是比較常見的鎖緊結構產品圖。

1.2.4 防護等級

連接器的防護主要分在三個布（bù）置：

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

第二個是頭座對插密封：頭座對插就是公端包（bāo）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）；

第三個是線端密封，線端連接器跟電纜之間（jiān）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（de）性能要求也在不斷地提高。行業發展初期（qī），IPI67的（de）防護要求已經可（kě）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（dǎo）致產品出現漏水，絕（jué）緣故障、甚至燒（shāo）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（dāng）然這也不是絕對的，還要看連接器（qì）在車上布置的位置。根據高壓回路在整車布置來講，都會懸掛在汽車底盤（pán）下麵，高壓不得進艙內這是一個原則（zé），所以說（shuō）大多數高壓連接器都是（shì）會在（zài）底盤靠近地麵，或者靠近輪轂（gū）的位置，當一些天氣惡劣的時候，比如說（shuō）嚴酷的（de）天氣很大的暴雨（yǔ）或者說一些嚴寒的天氣，你的輪胎帶起來的水（shuǐ）其實會（huì）衝擊這些連接器，如（rú）果大家（jiā）熟悉（xī）測試的話（huà），國內標準沒有IP6K9K一說，你會發現如（rú）果IP67的話，高壓（yā）水槍的衝擊的壓力，其實沒有6k9k大（dà）。當汽車高速行（háng）使的時候，突（tū）然涉水時（shí），瞬（shùn）時湧向連接器的水壓會很大，所以說IP67有的時候是很難滿足實際的使用（yòng）要求。針對這一點的話，現在國內標準QC/T1067,國外標準USCAR將連接器密封分為兩（liǎng）個等級S1和S2。S2等級的話，明確規定適用（yòng）的場合是底盤的位置較（jiào）低，推薦（jiàn）的就是6K和9K，所（suǒ）以未來連接（jiē）防護的話一定是6K和（hé）9K。如果連接器並不是布置在（zài）上述位置，IP67的設計其實還是可以滿足整車使用要求（qiú）。

1.2.5 電（diàn）磁屏蔽（bì）

電動（dòng）汽車有很多的電子器件，電流會產生磁（cí）場，整車零部件要有抗（kàng）幹擾的能力。尤（yóu）其（qí）是電動汽車現在作為（wéi）一個載體，無人駕（jià）駛會在這個基礎上更（gèng）多地開發，所以這（zhè）個技術問題非常重要。對於高壓係統而（ér）言，屏蔽（bì）連接器（qì）、電纜是非常重要的（de），但是我們更多的是要優先考慮係統級的（de）布置，這是（shì）一個前提條件，如果你的OBC，你布置的（de）位置，包括（kuò）係統中的DCDC，是不是（shì）本身可能會有一些先天（tiān）性的問題，即使連接器做得（dé）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（cì）考（kǎo）慮零部件級的。對於（yú）連接器屏蔽效能，一般會采用二個方式。第一（yī）種（zhǒng）方式，我們在一些塑料連接器上，裏麵會有金屬屏蔽罩，電纜屏蔽層（céng）會跟金屬殼的屏蔽層（céng）相連，形成一個有效的360°的屏蔽層（céng）。第二種方式，大多數的高壓小（xiǎo）電流的連接，都不會有二次的連接，會采用跟電纜（lǎn）的屏蔽層相接，這種方式也是現有廠家常用的方式，包括國內一些比較知名的主機廠（chǎng）也在考（kǎo）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（gòu）的好處也是很多的，因為尺寸、空間會更小，它的接

觸點也會更多；此結構的製造商很多（duō），主要代（dài）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（kuàng）下，導線和屏（píng）蔽層的連接，我們會用金屬內、外環的形式，進行（háng）壓接，將屏（píng）蔽層置於兩個金屬（shǔ）環之間，通過（guò）冷壓變形使屏蔽層和金（jīn）屬環進（jìn）行緊密固定。另外（wài），我（wǒ）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（yǐ）替代彈簧連接，該結構常在軍用產（chǎn）品上使（shǐ）用（yòng），技術成（chéng）熟；我們做過相關測試，均能滿足設計要求。該結構（gòu）應用在新能源電（diàn）動車的屏蔽，既能夠滿足性能要求，同（tóng）時又是衝製件，適合批量（liàng）生產（chǎn），性價比高。

1.2.6連（lián）接器材質

連接（jiē）器（qì）絕緣（yuán）件材質一般選用PA66、PBT、ABS、PC等。接觸件材質一（yī）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銅鎳矽材料。連接器殼體材（cái）質一般分（fèn）為塑料和金屬（shǔ）兩種材質（zhì）。

關於如何選（xuǎn）擇塑料材質或者金屬材質，一般有如（rú）下幾個參考點：

1.輕量（liàng）化（huà）

由（yóu）於對整車輕量化的需求，尤其是乘（chéng）用車廠商會在滿足產（chǎn）品性能的前（qián）提下，盡量去選擇塑料連接器，以達到控（kòng）製整車重量。

2.產品的使用環境

由於（yú）金屬材料的機械強（qiáng）度比塑料好。所以在一些使用環境（jìng）比較惡劣的環境下（xià），金屬連（lián）接器會更適合。例如像特種車（chē）輛、渣（zhā）土車，以及整（zhěng）車在布置時，未做防護的電氣連接部（bù）位。此時，金屬材質相（xiàng）比塑（sù）料材質的連接（jiē）器在受環（huán）境影響及機械強度方麵略勝一籌（chóu）。

3.屏（píng）蔽實（shí）現方式（shì）

針（zhēn）對屏蔽連接器，由於金屬連接（jiē）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，金屬連（lián）接器較塑料連接器更容易（yì）實現更（gèng）為優異的屏蔽效能，外形結構更為（wéi）緊湊。

（3）額定電（diàn）流：電氣（qì）設備的（de）額定電流是指在基準環境溫度下，在額（é）定電壓工作（zuò）條件下，發熱不超過長期發熱允許溫度時所允（yǔn）許（xǔ）長期（qī）通（tōng）過的最大電流。

對電動汽車而言，P=UI,額定電流是根據（jù）電氣設備的功率（lǜ）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電流值。

載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（yuè）大，它所能通過的電流也（yě）越大，連接器越大。

（4） HVIL（高壓互（hù）鎖）

（4.1）設計HVIL功能目的

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

（4.2）HVIL功能的實現

a.需要整個（gè）係統構成，係統開發時就要設計進（jìn）去；

b.主要通過連接器來完成（chéng）；

c.HVIL電路是低壓電，相（xiàng）對於功率電路，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，功率端子先接通，信號端子後接通。

——斷開時，信號端子（zǐ）先斷開，功（gōng）率端子後斷開。

特別說明（míng）：功率端子的接通，表示良好的接觸，虛接（jiē）觸是不可接受

 （5） 屏蔽

交變電場屏蔽:為降（jiàng）低（dī）交變電場對敏感電路的耦合幹擾電壓，可以在幹擾源和敏感電路之間（jiān）設置導電（diàn）性好的金屬屏蔽（bì）體，並將金屬屏蔽體接地。

    屏蔽與非屏蔽連接器主要區別即為是（shì）否（fǒu）設置有導電（diàn）良好的金屬屏蔽體。

（6） 防護等級（jí）

IP防護等（děng）級是由（yóu）兩個數字所組成（chéng），第一個標記數字表示電器防塵、防止外物侵入的等級，第二個標記數字表示電（diàn）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）出線方（fāng）式

主要指電連接器（qì）插（chā）頭尾（wěi）部電纜出線（xiàn）角（jiǎo）度與插座安裝麵法向（xiàng）方向之間的角度，依此劃（huá）分，常見的有（yǒu）90°(彎式)及180°(直式（shì）)出線電連接器。

（8） 插（chā）座安裝方式

為滿足主機廠設（shè）計人員對連（lián）接器不同布置方式的需求，電連接（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（pǐ）配：整車經過負載計算的額定電壓應小於等於（yú）連接器額定電壓，若整車（chē）工作電壓超出連（lián）接器額（é）定（dìng）電壓長時（shí）間（jiān）運行，電連接器有爬電燒蝕風險。

（2）電流選型需匹（pǐ）配：整車經過負載計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。

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（3）電（diàn）纜選型需匹配（pèi）：整車（chē）電纜選型匹配分為電纜載流匹配和電纜與連接器密封匹（pǐ）配，關（guān）於電纜載流，各主機（jī）廠有專門的電氣工程師進（jìn）行匹配設計，在此不作解釋。

密封匹配：連接器與電纜密封依靠橡膠密封件彈性壓縮提供二者間接觸壓力，從而實現可靠的防護性能（néng），如IP67；根（gēn）據計算，實現特定的接觸（chù）壓力依靠密封件特定的壓（yā）縮量實現，依此推（tuī）出，若（ruò）需可靠防（fáng）護，連接器的（de）密封防（fáng）護在設計之初就對電纜有特定的（de）尺寸要求；

同等規格的（de）載流截麵，電纜可有不同的外徑尺寸，如屏蔽電纜與（yǔ）非屏蔽電纜，國標電纜與LV216標（biāo）準電（diàn）纜，具體匹配何種電纜，連接器選型規格書均有（yǒu）明確（què）表述，故（gù）連接器選型時需（xū）特別注意（yì）適配電纜規格要求，以（yǐ）防造成連（lián）接（jiē）器密封失效。

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

使用案例，建議線束（shù）裝配完成後（hòu），連接器端子本身不受應力，隻（zhī）有當線（xiàn）束整體因汽車運行受到（dào）振動、衝擊與車身發生相對位移時，通（tōng）過（guò）線束柔性達到應變消除目的，即（jí）使有少許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（jì）固持力 。

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2 高壓連接器發展（zhǎn）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）定要根據中國國情來決定。在發（fā）展綠色交通體係方麵，國家計（jì）劃提出，加快車船結構升級，推廣使用新能源汽車（chē），2020年新能（néng）源汽車產銷量達到200萬輛左（zuǒ）右。加快推進城市建成（chéng）區（qū）新增和更新的公交、環衛、郵政、出租、通（tōng）勤、輕型物料配送車輛使用（yòng）新能源或清潔能源汽車，重點區域使（shǐ）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車輛主要使用新能源或（huò）清潔能源汽車。2020年底前，在物流（liú）園、產業園（yuán）、工業園、大型單列市建成區公交車全部更換為新能源汽車。在物（wù）流園、產業園、工業園、大型商業購物中心、農貿批發市場（chǎng）等物流集散地建設集（jí）中式充電樁和快速充電樁。根據（jù）國家的政策導向（xiàng），整車（chē）廠也根據相關（guān）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（dòng）汽車這種類（lèi）型也多，比如說乘用（yòng）車、物流車，包括定製連接器，要求會不（bú）所不同，或者（zhě）說會提出一些特別特殊的要求，所以包括還有無人駕駛（shǐ），物聯網車、新能源等等（děng），我（wǒ）們連接器廠家要（yào）考慮（lǜ）一下，這種電動汽車細分行業需求的定（dìng）製化（整車端和電池（chí）端），我覺得或（huò）許會是一

個選（xuǎn）擇不錯（cuò）的嚐試，我們現（xiàn）在已經（jīng）在邁向第一步。因為總（zǒng）體來看，這些類型的車都會在不同（tóng）的場（chǎng）合應用，其實都是一（yī）個細分領域，雖然量沒有那麽大，但是那個市場（chǎng）就是屬於我們的，我們在這個市場就是做到頂尖，這也是一個不錯的選（xuǎn）擇。第二個（gè）就是平台化，未來電池和（hé）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（guó）內主機廠比較多（duō），大家平台現在也不同，比如（rú）電池整包廠特別多，每家自己（jǐ）的模（mó）組方案、電池箱成組方案都不（bú）一樣，作為連接器廠家需要思（sī）考怎麽樣做適合平台化（huà）的應用。

2.3小型化及輕量化

在汽車工（gōng）業日漸追求（qiú）節能與環保的背景下，汽車輕量化及（jí）小型化（huà）已成為技術潮流，也是汽車廠商技術競爭的重點，通過控製整車重量，可以有效的降（jiàng）低油耗（hào），減小尾（wěi）氣排（pái）放（fàng），提高燃油能效。在汽車工業這樣的大環境下，也帶（dài）動新能源連接（jiē）器必須走小（xiǎo）型化及輕量化。

汽車小型化及輕量化的一係列重要（yào）解決（jué）方案，包括引（yǐn）入更小尺寸的高性能銅（tóng）合金導線做為信號傳輸線，同時引入向微型化發展的（de）端子及接觸件係統，以及該微型化產生的壓接不穩定的優化及可靠（kào）驗證方法；采用高性能（néng）端子來降低小（xiǎo）功率（lǜ）傳（chuán）輸導線尺寸的原理，以及（jí）采用鋁導線（xiàn）替（tì）代傳輸較大功率的大線徑銅（tóng）導線。

 3 結（jié）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（zhe）我們不斷地去搜集各（gè）種（zhǒng）各樣的數據反（fǎn）饋，在國外的（de）話，甚至連接（jiē）器的廠家設置了很多整車的數據返回，他們會形（xíng）成一個（gè）聯盟，他（tā）們（men）會根據數據不斷的（de）改良，達到（dào）一個最優的產（chǎn）品。

同時，隨著國內連（lián）接器（qì）廠商，在實（shí）際使用過程中得到的主機廠和用戶的實際反饋（kuì）。連機器廠商們也在不（bú）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（liào）的研發和技術壁壘（lěi）的攻克，成本是否能夠商業化。在不久的將來，這些都不（bú）會是問題，都會被克服掉（diào）。