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（de）影響，北美、歐洲和日本連接器（qì）市場增長緩慢，而以中國為代表的新興（xìng）市場呈現持續（xù）增長（zhǎng）勢（shì）頭，成為推動（dòng）全球連（lián）接器市場增長的（de）主要動力。為此，全球知（zhī）名（míng）連接器（qì）企業紛紛把（bǎ）生產基地轉移到國內，包括（kuò）TE Connectivity、Molex、Delphi等持續（xù）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，尤其在政（zhèng）府的政（zhèng）策推動激勵下，我國新能源汽車行業穩（wěn）健發展帶動了汽車連接（jiē）器的持續發展。我國連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能力上（shàng）已經滿足（zú）了（le）新能源汽車高（gāo）壓（yā）連接器所要求的技術水（shuǐ）平。在下（xià）遊廠商國（guó）產化和技術能力足夠滿（mǎn）足的前提下，國內廠商已經（jīng）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（shí）現彎道超車，有機會打破外商在傳統汽（qì）車連接器的壟斷地位。

1 高壓連接器技術分析

1.1 高壓連接器（qì）在整車（chē）係統中的應用

新能源汽車用（yòng）連接（jiē）器是（shì）連接器大類中的一種，是近幾年隨（suí）著國家新能源汽車的發（fā）展，逐漸從傳統高壓大電流和傳統低壓汽（qì）車連接器中分離出來（lái）的（de）一類連（lián）接器。相較（jiào）於傳統高壓大電流連接器，新能源（yuán）汽車（chē）用連（lián）接器的使用（yòng）工況（kuàng）更（gèng）複雜多變，對連接（jiē）器的可靠性（xìng）要求（qiú）更高；相較於傳統低壓汽車連接器，由於電壓等級的提高（gāo）（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，對連接器的安全性（xìng）要求更高；所以對產品的絕緣、防護要求等比傳統（tǒng）低壓插件均有所提高。

新能源（yuán）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孤立不通處架起橋梁從而使電流流通。新能源車用連接器的（de）組成（chéng）一般可分為：外殼（ké）、密封件等輔助結構，絕緣件，導電接觸對三部分組成。通過插頭護套和（hé）插座護套間的對插、相互配合，即可達到接（jiē）通（tōng）和導電的功能。高壓（yā）連接器主要使用在新能源汽車（chē）高壓大（dà）電流回路，和導電線纜同時作用，將電池包的能量通過不同的電氣回路，輸送到整車係統中各部件，如電池包、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（shè）計關鍵項分析

1.2.1溫（wēn）升及降額曲線值

溫升（shēng）是連接器設計最重要的設計關（guān）鍵項之一，異常的溫升會導致連接器因為溫升過高，發生燒（shāo）蝕。

連接器（qì）的（de）溫升受如下因（yīn）素影響：

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

2、物（wù）質環境加熱：當連接器長期處（chù）於一（yī）個高溫環境，由於連（lián）接器所用的材料（liào）都是工程塑料、金屬、橡膠等（děng），尤其工程塑（sù）料要求最高工作溫度140℃，但當產品使用的環境溫度過（guò）高，連接器由於自（zì）身接觸內阻發熱在達到熱平衡時，加上所處的環境溫（wēn）度高於了材料允許使用最高工作溫度。此時，若連（lián）接器長期處於一個該環境，連接（jiē）器內（nèi）部針孔件發熱導致內（nèi）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（rè）量，導致連接（jiē）器出現燒蝕引起車輛燃（rán）燒，這是非常嚴重的問題。橡膠（jiāo）材料和金屬材料均有最高工作溫度限製，設計時均需要考（kǎo）慮。

3、板端的連（lián）接（jiē）：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（luó）栓（shuān）連接時，一定要根（gēn）據操作規範進行扭力檢測。導（dǎo）電部件螺釘連接情況下，主要的失效模式之一就是未按照（zhào）力矩要求進行擰（nǐng）緊力矩管控，導致連接部位溫升異常，燒蝕。

4、降（jiàng）額曲線（xiàn）：現在我們來討論下降額曲線，在（zài）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（zhōng）使用（yòng），這時選（xuǎn）擇商（shāng）品的時（shí）候就要（yào）根據這個商品的一個（gè）屬（shǔ）性值來確定你選（xuǎn）擇（zé）哪個（gè）區間範圍內的商品。高壓連（lián）接（jiē）器的降額曲線圖就是（shì）給客戶提供一份菜（cài）單，客（kè）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(HVIL)

針對整個的高壓互連係統（tǒng）來講，為了保證高（gāo）壓係統上下（xià）電時（shí）的安全（quán），在（zài）連接設計時（shí），引入了高壓互鎖概念。簡單描述為，連接器在插合導通時（shí），高壓回路（lù）先接觸導（dǎo）通，後高（gāo）壓互鎖信號回路再導（dǎo）通；分斷（duàn）時，先高（gāo）壓互鎖（suǒ）信號分斷，後高壓（yā）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，也有一部分廠家會把高壓互鎖通過輔助結構設計放在（zài）對插腔（qiāng）體的外部。確保高壓互鎖回（huí）路（lù）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（è）劣，比如車正（zhèng）在行駛過程中，突然高壓（yā）互鎖回路（lù）信號異常（cháng），導致整車突然掉電，不能正常運行，這樣會造成交通事故。

1.2.3 鎖緊（jǐn）結構

理解真正的二次鎖不是有（yǒu）一個二次（cì）的保護作用，是更要有效地對其保護，這（zhè）個真正的含（hán）義就是在一次鎖止後，如果一（yī）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（yǐ）後，對第一次鎖進行保護，這是一個很重要的作用。二次鎖緊結構結合一次鎖裏（lǐ）麵最常用（yòng）的就是力臂機構（gòu），因為一次鎖緊跟插拔力有關，所以按（àn）照力學設計理念需要一種類似於（yú）力臂機構的（de）形式（shì），這樣才能達到既（jì）省力，也能夠很輕鬆地把連接器插到位。對於力（lì）臂的要求，USCAR裏麵講（jiǎng）到了很多的力（lì）臂的人機工程的（de）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（dōu）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術（shù）性標準，而且還（hái）指導了設計者在設計過程中把結構做可靠，怎麽在結（jié）構及性能（néng）可靠的前（qián）提下，也能夠提供客戶更好（hǎo）的產品體（tǐ）驗感。下圖2是比較常見的鎖緊結構產品（pǐn）圖。

1.2.4 防護等（děng）級

連接器的防護主要分在三個布置：

第一個（gè）是板端密封：板端就是連接器插（chā）座端采用四（sì）個螺釘采用機械連接方式（shì）安裝，這種是比（bǐ）較（jiào）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（zuò）對插就（jiù）是公端包（bāo）含母（mǔ）端或者（zhě）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（fáng）護（圖4）；

第（dì）三個是（shì）線端密（mì）封，線端連接器跟電纜之間的防護密封（fēng）（圖5）。

對於電動汽車高壓連接器隨著市場（chǎng）的發展，主機廠對產品防護的性能要求也（yě）在不斷地提高。行業發展（zhǎn）初（chū）期（qī），IPI67的防護要求已經可以滿足（zú）絕大部分客（kè）戶。但是後期隨著市場上（shàng）出現的連接器產（chǎn）品防護失效（xiào），導致產品出現漏水，絕緣故障、甚至燒蝕的案例也越來越來越（yuè）多（duō）。

防護要求逐步的提高成（chéng）為電動車發展趨勢，目前IP67的要求（qiú）不能滿足正常的使（shǐ）用要求，當然這也不是絕對的，還要看連接器在車上布置的位（wèi）置。根據高壓回路在整車布置來講（jiǎng），都會懸掛在汽車（chē）底盤下麵，高壓不得進艙內這是一個原則，所以說大多數高（gāo）壓連接器都是會在底盤（pán）靠近地麵，或者靠近輪轂的（de）位置，當一些天氣惡劣的時候，比如說（shuō）嚴酷的天氣很大的暴雨或者說（shuō）一些嚴寒的天氣，你的輪（lún）胎帶起來的水其實會衝擊這些連接器，如果大家熟悉測試的話，國內標準沒有IP6K9K一說，你會（huì）發現如（rú）果IP67的話，高壓水槍的衝擊的壓力，其實沒（méi）有6k9k大。當（dāng）汽（qì）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，所以說IP67有的時候是很（hěn）難滿足實際的使用要求。針對（duì）這一（yī）點的話，現在國內標準QC/T1067,國外標準USCAR將連（lián）接（jiē）器密（mì）封分為兩個等級S1和S2。S2等級的話，明確規定適（shì）用（yòng）的場合是底盤的位置較低，推薦（jiàn）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（lián）接（jiē）器並不是（shì）布置在上述位（wèi）置，IP67的設計其實（shí）還是可以滿足整車使（shǐ）用要求。

1.2.5 電磁屏蔽

電動（dòng）汽車（chē）有很（hěn）多的電子（zǐ）器件（jiàn），電流會產生磁場，整車零部件要有抗幹擾（rǎo）的能力。尤其是電動汽車現在作為一個載體，無人駕駛（shǐ）會在這個基礎上更多地開發，所以這個技術問（wèn）題非常（cháng）重要。對於高壓係統而言，屏（píng）蔽連接器、電纜是非（fēi）常重要的，但（dàn）是我們更多的是要優先考慮係（xì）統級的布置，這（zhè）是一個前提條件（jiàn），如果你的OBC，你（nǐ）布置的（de）位置（zhì），包括（kuò）係統中的DCDC，是（shì）不是本身（shēn）可能會有一些先（xiān）天性的問題，即使（shǐ）連接（jiē）器做得再好，也會出現各種信號（hào）幹擾（rǎo）的問（wèn）題，所以（yǐ）首先要考慮係統型的，其次考慮零部件級的。對於連接器屏蔽效（xiào）能，一般會采用二個方式。第一種方式，我們在（zài）一些塑料連接器上，裏（lǐ）麵會有金屬屏蔽罩，電纜屏蔽層會跟金屬殼的屏蔽層相連，形成一（yī）個有效的360°的屏蔽層（céng）。第二種（zhǒng）方（fāng）式，大多數（shù）的高壓小（xiǎo）電流的連接，都不會有二次的連接，會采用跟電纜的屏蔽層相接，這種方式也（yě）是現有廠家常用的方式，包括國內（nèi）一些比較知名的主機廠也在（zài）考慮這種方（fāng）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（hěn）多的，因為尺寸、空間會更小，它的接

觸點也會（huì）更多；此結構的（de）製造（zào）商很多，主要代表的公司像（xiàng）瑞士的寶馬彈簧、美國的巴塞爾等，他（tā）們在這塊有很多實際成熟應用案例。大（dà）多數情況下，導線和屏蔽層的連接，我們會用金（jīn）屬內、外（wài）環的形式，進行壓接，將屏蔽層置於兩個金（jīn）屬環之間，通（tōng）過冷壓變形（xíng）使（shǐ）屏蔽層和金（jīn）屬環進行緊密固定。另外，我（wǒ）們還有一種屏蔽方式，它通過一種類（lèi）似於表帶簧（huáng）的結構，用（yòng）以（yǐ）替代彈簧連（lián）接，該結構常在軍用（yòng）產品上使用，技（jì）術（shù）成熟；我們做過相關測試，均能滿足設計要求。該結構應用在新能源電動車的（de）屏蔽，既能夠滿足（zú）性能要求，同時又是衝製件，適合批量生產，性價比高。

1.2.6連接器材質

連接器絕緣件材質一般（bān）選（xuǎn）用PA66、PBT、ABS、PC等。接觸件材質一般選用黃銅、磷青銅、鈹銅等（děng），但現在國外用的比較多（duō）的材料是銅鎳矽材料。連接器殼體材質一般分（fèn）為（wéi）塑料和金屬兩種材質。

關於如（rú）何選擇塑料材（cái）質或者金屬材質，一般有如下幾個參考點：

1.輕量化（huà）

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

2.產品的使用環境

由於金（jīn）屬材料的機械強（qiáng）度比塑料好。所以（yǐ）在一些使（shǐ）用環境比較惡劣的環境下（xià），金屬連接器會更適合。例如像特種車輛、渣土車，以及整車在布置時，未做防護的電氣連（lián）接部位。此時，金屬材質相比塑料材質的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（píng）蔽保護的載體（tǐ）。一般情況下，金屬連接器較塑料連接器更容（róng）易實（shí）現更為優異的屏蔽效能，外形結構更（gèng）為緊湊。

（3）額定電流：電氣設備的額（é）定電流是指在基準環境溫度下，在額定（dìng）電壓工作（zuò）條件下（xià），發熱不（bú）超過長期發熱允許溫度時所（suǒ）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（jù）電氣設備的功率P，輸出電壓U決定（dìng）。

峰值電（diàn）流（liú）：電動汽車在急加速，爬坡，超載的瞬間產生的最大電（diàn）流值。

載流（liú）截（jié）麵積與連接器額定電（diàn）流成正比，換句話說，插針/孔/導線截麵越大，它所能通過的（de）電流也越大，連接器越大。

（4） HVIL（高壓互鎖）

（4.1）設計HVIL功能目的

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

（4.2）HVIL功能的實現

a.需要整個係統構成，係統開發時就要設計進去；

b.主要通過（guò）連接器來完（wán）成；

c.HVIL電路是低壓電，相對（duì）於功率電路，是獨立的。

（4.3）連接器HVIL功能實現原理

功率和（hé）信號端子應滿（mǎn）足：

——連接時（shí），功（gōng）率（lǜ）端子（zǐ）先接通，信號端子後（hòu）接通。

——斷開時，信號端子先斷開（kāi），功率端子後斷開（kāi）。

特（tè）別（bié）說明：功率端子的接通，表（biǎo）示良好的接觸，虛接觸是（shì）不（bú）可接受（shòu）

 （5） 屏（píng）蔽

交變電場屏蔽:為降低交變電場（chǎng）對敏感電（diàn）路的耦合幹擾電壓，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（jīn）屬屏蔽（bì）體接地。

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

（6） 防護等級

IP防護等級是由兩個數字所組成，第一個（gè）標記（jì）數字表（biǎo）示電器防塵、防止外物（wù）侵入的等級，第二個（gè）標記數（shù）字表示電器防濕（shī）氣、防水侵入的密（mì）閉程度，數字越大表示其防護等級越高。

（7）出線（xiàn）方式

主要指電連接器插頭尾部電纜出線角度與插座安裝（zhuāng）麵法向方向之間的角度，依此劃分，常見的有90°(彎（wān）式)及（jí）180°(直式)出線電（diàn）連接器。

（8） 插座安裝方式

為（wéi）滿足主機廠設計人員對（duì）連（lián）接器不同布置方式的需求，電連接器插座（zuò）安裝方式細分為以（yǐ）下四（sì）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（de）額定電壓應小於等（děng）於連接（jiē）器額定電壓，若整車工作電（diàn）壓超出連接器額定電壓長時間運行，電連接器有爬電燒蝕風險。

（2）電流選型需匹配：整車經過負載計算的額定電流應小於等於連（lián）接器額定電流，若整車工作電流超出（chū）連接（jiē）器額定電流長時間運行，電連接器有過載燒蝕風（fēng）險（xiǎn）。

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（3）電纜選型需匹配：整車電（diàn）纜選型匹（pǐ）配（pèi）分為（wéi）電纜載流匹配和電纜與連接器（qì）密封（fēng）匹配，關於電纜載流，各主機廠有（yǒu）專門的電氣工程（chéng）師（shī）進行匹配設計，在此不作解釋。

密（mì）封匹配：連接（jiē）器（qì）與電纜密封依靠橡（xiàng）膠密封件彈性壓縮提（tí）供二者間接觸壓力，從而實現（xiàn）可靠的防護性能，如IP67；根據計算，實現（xiàn）特定的接觸壓力依靠密封（fēng）件特（tè）定的壓縮量實（shí）現，依此推出，若需（xū）可靠防（fáng）護，連接器的密封防護在設計之初就對電纜有特定的（de）尺寸要求；

同等規格的載流截麵，電纜可有不同的外徑尺（chǐ）寸，如屏（píng）蔽電纜與非屏蔽電纜，國（guó）標電纜與LV216標準電纜，具（jù）體匹配何種電（diàn）纜，連接器選型規格書均有明（míng）確表述，故連接器選型時（shí）需特別注意適配電纜規格要求，以防造成（chéng）連接（jiē）器密封失效。

（4）整車需柔性布（bù）線：對於整車布線，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，連接器端子本身（shēn）不受（shòu）應力，隻有當線束（shù）整體因汽車運行受（shòu）到（dào）振（zhèn）動、衝擊（jī）與車身發（fā）生相對位移時，通（tōng）過線（xiàn）束柔性（xìng）達到應變（biàn）消除目的，即使有少許應變傳遞到連接器端（duān）子，所產生應力也不超過端子在（zài）連接器中（zhōng）設計固持力 。

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2 高壓連接器發展趨勢

2.1 政策導向作用

    國家（jiā）對新能源電動汽車產業政策（cè）的製定要根據中國國情來決定。在發展綠色交通體係方麵，國家計劃提出，加快（kuài）車船結構升級，推廣使用新能源汽車，2020年新能源汽車產銷（xiāo）量達到200萬輛左右。加快推進城市建成區（qū）新增和更新的公交、環衛、郵政、出租、通（tōng）勤、輕型（xíng）物料配送車輛使用新能源或清潔能源汽（qì）車，重點區（qū）域使（shǐ）用比例（lì）達到80%；重點區域港口、機場（chǎng）、鐵路貨場等新增或更換作業車（chē）輛主（zhǔ）要使用新能（néng）源或清潔能源汽車。2020年底前，在物流園、產業園、工業園、大（dà）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、大型商業購物中心、農（nóng）貿（mào）批發市場等物流集散地建設集中式充電樁和快速充電樁。根（gēn）據國家的政策導向，整車廠也根據相關政策調整內部模式，這（zhè）就決定了連接器的發展方向。

2.2平台（tái）化及（jí）定製化

 電動汽車這種類（lèi）型（xíng）也多，比如說乘用車、物流車，包括定製連接（jiē）器，要求會不所不同，或者（zhě）說會（huì）提出一些特別特殊的要求，所（suǒ）以包括還有無人駕駛，物聯網車、新能源等等，我們連接器廠家（jiā）要考慮一下，這種電動汽車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（cuò）的嚐試，我們現在已經在邁向第（dì）一步。因為總體來看，這些類型的車都（dōu）會在不同（tóng）的場（chǎng）合（hé）應用，其實都是一個細分領域，雖然量沒有那（nà）麽大，但是那個市場就是屬於我們的，我們在（zài）這個市（shì）場就是做到頂尖，這也是一個不錯的選擇。第二個就是平（píng）台化，未來電池和整車都會趨於平台（tái）化，如何跟（gēn）客戶保持深入的技術（shù）溝通，形（xíng）成雙方平台化的產品很重要，國內主機廠比較多，大家平台現在也不同，比如（rú）電池（chí）整包廠特別多，每（měi）家自己的模組方案、電池箱成組方案都不一（yī）樣，作為連接器廠家需（xū）要思考怎麽樣做適合平（píng）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（chē）輕量化及小型化已成為技術潮流，也是汽車廠商技術競爭的重點，通過控製整（zhěng）車重量，可以有效的降低油耗，減小尾氣排（pái）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（néng）源連接器必須走小型化及輕量化。

汽車小（xiǎo）型化及輕量化的一係（xì）列重要解決方（fāng）案，包（bāo）括引入更小尺寸的高性能銅合金導線做為信號傳輸線，同時引（yǐn）入向微型化發展的端子（zǐ）及接觸件係統，以及該微型化產生的壓接不穩定的優（yōu）化及可靠驗（yàn）證方（fāng）法；采用高性能端子來降低小功率傳輸導線尺寸的原（yuán）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（jié）論

通過分析新（xīn）能源連接器的主（zhǔ）要技術（shù）參（cān）數及選用原則，隨著我們不斷地去搜集各種各樣的數（shù）據反饋，在國外的話（huà），甚至連（lián）接器的廠家設置了很多（duō）整車的數據返回，他們會形成一個聯盟，他（tā）們會根據數據（jù）不斷的（de）改良，達到一（yī）個最優的產品。

同時（shí），隨著國內連接器廠商，在（zài）實際使用過程中得到的主機廠和（hé）用戶的（de）實際反饋。連機器廠商們也在不（bú）停地去模擬（nǐ）真實用（yòng）戶使用環境下，連接器是否穩定;包括我們新材（cái）料的研發和技術壁壘的攻克（kè），成本是否能夠商業化。在不久的將來，這些都（dōu）不（bú）會是問題，都（dōu）會（huì）被克服掉。