新能源汽車高壓連接器技術、設（shè）計及趨勢

近年來，由於受到全球經濟波動的影（yǐng）響，北美、歐洲和日本（běn）連接器市場增長緩慢，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（quán）球連（lián）接器市場（chǎng）增長的主要動力。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等持續在國內投資建廠，中國已經成為（wéi）全球最大的連接器生產基地，尤其在政府的政策推（tuī）動激勵（lì）下，我國新（xīn）能源汽車行業穩（wěn）健發展帶（dài）動了汽車連接器的持續發展。我國連接器經過了多年的技術積累，無論在設計能力還是自動化（huà）生（shēng）產能力上已經（jīng）滿（mǎn）足（zú）了新能源（yuán）汽車高壓連接器所要求的技（jì）術水平。在下遊廠商國產（chǎn）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（gè）新（xīn）的領域實現彎道超車，有機會打破外商在傳（chuán）統汽車連接器（qì）的壟斷地位。

1 高壓連接器技術分析

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種，是（shì）近幾年隨著國家新能源汽（qì）車的發展，逐漸從傳統高壓大電流和傳統低壓（yā）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（jiē）器，新能源汽車用連接器的使用工況更複雜多變（biàn），對連接器的可靠性要求更（gèng）高；相（xiàng）較於傳統低（dī）壓汽車連接器，由於電壓等級的提高（目前主流係統（tǒng）的電壓均高於300V DC），增加了人體（tǐ）受到電擊傷害的風險，對連接器的安全性要求更（gèng）高；所（suǒ）以對產（chǎn）品的絕緣、防護（hù）要（yào）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（tǒng），即在內部電路被（bèi）阻斷或孤立不通（tōng）處架起橋梁（liáng）從（cóng）而使電流流通。新（xīn）能源車用連接器的組成一（yī）般可分為：外（wài）殼、密（mì）封件等輔助結構，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（chā）、相互配（pèi）合，即可達（dá）到接通和導電的功能。高壓連接器主（zhǔ）要使用在新能源汽車高壓大電流回路，和導電線（xiàn）纜同時作用，將電池包的能量通（tōng）過不同的電氣回路，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（děng）車身用電單（dān）元。

1.2 高壓連接器設計關鍵項分析

1.2.1溫升及降額（é）曲線（xiàn）值

溫升是連接器設計（jì）最重要的設計關鍵項之一，異常的溫升會導致（zhì）連接器因為溫升過高，發生燒蝕。

連接器的（de）溫升受（shòu）如下（xià）因素影響：

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

2、物質環境加熱：當連接器長期處於一個高溫環境，由於（yú）連（lián）接器所用的材料（liào）都是工程塑料、金屬、橡膠等，尤其（qí）工程塑料要求最（zuì）高（gāo）工作（zuò）溫度140℃，但（dàn）當產品使用的（de）環境溫度過高，連接器由（yóu）於自（zì）身接觸內阻發熱在達到熱平衡時，加上所處的環境溫度高（gāo）於了材料允許使用最高（gāo）工作（zuò）溫度。此時，若連（lián）接器長期處於一個該環境，連接器內部針孔（kǒng）件發熱導致內部（bù）溫度排不出來話，內（nèi）部溫度（dù）會持續升高，連接器就會（huì）產生很大的熱量，導致連接器出現燒（shāo）蝕引起車輛燃（rán）燒，這是非常嚴重的問題。橡膠材料和金屬材料均有最高工（gōng）作溫（wēn）度（dù）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（xià），或者要用預防措施，防止供貨的時候鬆脫；同時（shí）在螺栓連接時，一定要根據操作（zuò）規範進行扭力檢測。導電部件螺釘（dìng）連（lián）接情況（kuàng）下，主要（yào）的失（shī）效模式之一就是未按照力矩要求（qiú）進行擰緊力矩管控，導致（zhì）連接部位溫升異常，燒蝕。

4、降額曲線：現在我們來討論下降額曲線，在我的理（lǐ）解中（zhōng），降額曲線圖就（jiù）好比你去選擇（zé）一個商品，這個商品要用在特定（dìng）的環（huán）境中使用，這時選擇（zé）商（shāng）品的時候就要根據這個商品的（de）一個屬（shǔ）性值（zhí）來確定你選擇哪個區間範圍內（nèi）的商品。高壓連（lián）接器的（de）降額曲線圖就是給（gěi）客戶提供一份菜單，客戶根（gēn）據這個菜單對（duì）應（yīng）自己的口味選擇自己合適的菜品（pǐn）。

1.2.2高壓互鎖(HVIL)

針對整個的高壓互連係統來講，為了保證高壓係統上下電時（shí）的（de）安全，在連接設計（jì）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，高壓回路（lù）先接（jiē）觸導通，後高壓互鎖信號（hào）回路再導通；分斷時，先高壓互鎖信號分斷（duàn），後高壓回路斷開（kāi）。大多數連接器廠家會把高壓互鎖（suǒ）設計放在連接器內部，也有一（yī）部分廠家會把高壓互鎖通過輔助結構（gòu）設計放在對插腔體的（de）外部（bù）。確保高壓互鎖回路的穩定性，十分重（chóng）要。如果說高壓互鎖不連續，可能帶來的影響會很惡劣，比如車正在行駛過程（chéng）中，突然高壓互鎖回路信號異常，導（dǎo）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 鎖緊結構

理解真正的二次鎖不是（shì）有一個二次的保護作用，是（shì）更要（yào）有效地對其保（bǎo）護，這個真正的（de）含義就是在一次鎖止後，如果一次鎖失效了或者沒（méi）有操作核實到位，二次鎖就是確保一次（cì）鎖鎖好以後，對第一次（cì）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麵最常用的就是力臂機構，因為一次鎖緊跟插拔力有關（guān），所以按（àn）照力學設計（jì）理念需要（yào）一種類似於力臂機（jī）構的形式（shì），這樣才（cái）能（néng）達到既省力，也能（néng）夠很輕（qīng）鬆地把連接器插到位。對於（yú）力臂的要（yào）求，USCAR裏麵講到了很多的力臂的人機工程的可操作性。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（yào）求。其實我們大

家都會認為USCAR是連（lián）接（jiē）器的標準，但我認（rèn）為USCAR標準不僅僅是作（zuò）為一個（gè）技術性標準，而且還指導了（le）設計者在設計過程中把結構做可靠，怎麽（me）在結（jié）構及（jí）性（xìng）能可靠的前提下，也能夠提供客戶更好的產品體（tǐ）驗感。下圖2是比較（jiào）常見的鎖緊結構產品圖。

1.2.4 防護等級

連（lián）接器的防護（hù）主要分在（zài）三個布置：

第（dì）一個是板端密封：板端就是連接器插座端采用四個螺釘采用機械連（lián）接方式安裝（zhuāng），這種是比較常用（yòng）的結構，也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向和軸向之間的防護（圖4）；

第（dì）三個是線端密封（fēng），線端連接器跟電纜之間的防（fáng）護（hù）密封（圖5）。

對於電動汽車高壓連接器隨著市場的發展，主機（jī）廠對產品（pǐn）防護的性能要求也在不斷（duàn）地提高。行業發展初期，IPI67的防護（hù）要求已經可以滿足絕大部分（fèn）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（chū）現漏水，絕（jué）緣故障、甚（shèn）至燒蝕的案例也越來越來越多。

防護要求逐步（bù）的提高成為電動車（chē）發展趨（qū）勢，目前IP67的要求不能（néng）滿足正常（cháng）的使（shǐ）用（yòng）要求，當然這也不是絕對的（de），還要看（kàn）連（lián）接器（qì）在車上布置的位置。根據（jù）高壓（yā）回路在整車布置來講，都會懸掛在汽車底盤下麵，高壓不得進艙內這是一個原則，所以說大（dà）多數高（gāo）壓連接器都是會在底盤靠近地麵，或者靠近輪轂的位置，當一些天氣（qì）惡劣的時候，比如（rú）說嚴酷的天氣很大的（de）暴雨或者說一些嚴寒的天氣，你的輪（lún）胎帶起來的水其（qí）實會衝擊這些連接器（qì），如果大家熟悉測試的話，國內標（biāo）準沒有IP6K9K一（yī）說，你會發現如果IP67的話，高壓水槍的衝擊的壓力，其實沒（méi）有（yǒu）6k9k大。當汽（qì）車高速行使的時候（hòu），突然涉水時（shí），瞬時湧向連接器的水壓會很大（dà），所以說IP67有的時候是很難滿足實際的使（shǐ）用要求。針對這一點的話，現在國內標準QC/T1067,國外標（biāo）準USCAR將連接器密封分為兩（liǎng）個等級S1和S2。S2等級的話，明確規定適用的場合是底（dǐ）盤（pán）的位置較低，推薦的就是6K和9K，所以未來連接防護的話一定是6K和9K。如果連接器並（bìng）不是布置在上述位置，IP67的設計（jì）其實還（hái）是可以滿足整車使用要求。

1.2.5 電磁屏蔽

電（diàn）動汽車有很多的（de）電子器件，電流會（huì）產生磁場，整車零部件要有抗幹擾（rǎo）的能力。尤其是（shì）電動汽車現在作為一個載體，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（duì）於高壓係統而言，屏蔽連接器、電纜是非（fēi）常重要的，但是我們更多的是要優先考慮係統級的布（bù）置，這是一個前提條件，如果你的OBC，你布置（zhì）的位置，包括係統中的DCDC，是不是本身可能（néng）會有一些先天性的問題，即使連接器做得再好，也會出現各種信號幹擾的問（wèn）題，所以首先要考（kǎo）慮係（xì）統（tǒng）型的，其次（cì）考慮零部件級的。對（duì）於連接器屏蔽效能，一般會采用二個方式。第一種方式，我們在一些塑料連接器上（shàng），裏麵會有金屬屏蔽罩，電纜屏蔽層會跟金屬殼的（de）屏蔽層相連，形成一個有效的360°的屏蔽層。第二（èr）種方式（shì），大多數的高壓小電流的連接，都不（bú）會有二次的連接，會采用跟電纜的屏蔽層相接，這種方式也是現有廠家常用的方式，包（bāo）括（kuò）國內一些比較知名的主機（jī）廠也在考慮這種方（fāng）式，我們叫（jiào）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多的，因為尺寸、空間會更小，它的接

觸點也會更多；此結（jié）構的製造商很多，主要代表的公司（sī）像瑞士的寶馬（mǎ）彈簧、美國的巴塞爾等，他們在這塊有很多實際成熟應用（yòng）案例（lì）。大多數情況（kuàng）下，導線（xiàn）和屏蔽層的（de）連接，我們會用金屬內、外環（huán）的形式，進行壓接，將（jiāng）屏（píng）蔽層置於兩個金屬（shǔ）環之間，通過冷壓變形使（shǐ）屏蔽層和金屬環進行緊（jǐn）密固定。另外，我們還有（yǒu）一種屏（píng）蔽方式，它（tā）通過一種類似於表帶簧的結構，用（yòng）以替代彈簧連接，該結構常在軍（jun1）用產品（pǐn）上使（shǐ）用，技術成熟；我們做過相關（guān）測試，均能（néng）滿足設計（jì）要求。該結構應用在（zài）新能源電動車的屏蔽，既能夠滿足性能要求，同時（shí）又是衝製件，適合批量生產，性價比高。

1.2.6連（lián）接器材質

連接器絕（jué）緣件材質一般選用PA66、PBT、ABS、PC等（děng）。接觸件材（cái）質一般選用黃銅（tóng）、磷青銅、鈹銅等，但現在國外用的比較多的材（cái）料（liào）是銅鎳矽材料。連接器殼體（tǐ）材質一般分為塑料和金屬兩（liǎng）種材質。

關（guān）於如（rú）何選擇塑（sù）料材質或者（zhě）金屬材質（zhì），一般有如下幾個參（cān）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（mǎn）足產品性能的前提下，盡量去選擇塑料連接（jiē）器，以達到控製整車重量。

2.產品的使用（yòng）環境

由（yóu）於金屬材料的機械強度比塑料好。所以在一些使用環境比較惡劣的環（huán）境下，金屬連（lián）接器（qì）會更適合。例如像特種（zhǒng）車輛、渣土車，以及（jí）整車在布置時，未做防護（hù）的電（diàn）氣連接部位。此時，金屬材質相比塑料材質（zhì）的連接器在受環境影響及機械強（qiáng）度（dù）方麵略勝一籌。

3.屏蔽（bì）實現方式

針對屏蔽連接器，由（yóu）於金屬連接器自身的外殼就是用於導通屏（píng）蔽，形成屏蔽保（bǎo）護的載體。一般情（qíng）況下，金屬連接器較塑料連接（jiē）器更容易實現更為優異的屏蔽效能，外形結（jié）構更為緊湊。

（3）額定電流：電（diàn）氣（qì）設備的額定電流是指在基準環境溫度下，在（zài）額定電壓工作條件下，發熱（rè）不超過長期發熱允許溫度時所允許長期通過的（de）最大電流。

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

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（diàn）流值（zhí）。

載流（liú）截麵積與（yǔ）連（lián）接器額定電流成（chéng）正比，換句話說，插針/孔/導線（xiàn）截麵越大，它所能通過的電流也越大，連接（jiē）器越大。

（4） HVIL（高壓互鎖）

（4.1）設（shè）計（jì）HVIL功能目的

確認整個高壓係統的完整（zhěng）性，當（dāng）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（dòng）。

（4.2）HVIL功能（néng）的實現

a.需要整個係統構（gòu）成，係統開發時就要設計進去；

b.主要通過連接器（qì）來完成（chéng）；

c.HVIL電（diàn）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

功率和信號端子應滿（mǎn）足：

——連接時（shí），功（gōng）率（lǜ）端子先接通，信號端子後接通。

——斷開時，信號端子（zǐ）先斷開，功率端子後斷開。

特別（bié）說明：功率端子的接通，表示良好的接觸，虛（xū）接觸是不可接（jiē）受

 （5） 屏蔽（bì）

交變電（diàn）場屏蔽:為（wéi）降低交變電場對敏（mǐn）感電（diàn）路的耦合幹擾電壓，可以（yǐ）在幹擾源和敏感電路之間設置導電（diàn）性好的金（jīn）屬屏蔽體，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否設置有導電（diàn）良好的（de）金屬屏蔽體。

（6） 防護等級

IP防護等級是由兩個數字所組成，第一個標（biāo）記數字表（biǎo）示電器防塵、防止外物侵（qīn）入的等級，第二個標記數字表示電器防濕氣、防水侵入的密閉程度，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（jiē）器（qì）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，依此劃分，常見的有90°(彎式)及180°(直式（shì）)出線電（diàn）連接器。

（8） 插（chā）座（zuò）安裝方式（shì）

為滿足主機廠設計人員對連接器不同布置（zhì）方式（shì）的需求，電連接器插座（zuò）安裝方式細分為以下四種：

 1.6.2.3選項注意事項

（1）電壓選型需匹配：整車經過負載計算的額定電壓應小於等於連接器額定電壓，若整車工作電壓超出（chū）連接器額定電（diàn）壓（yā）長時間運行，電連接器有爬電燒蝕（shí）風險。

（2）電流選（xuǎn）型需匹（pǐ）配：整車經過負載（zǎi）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（fēng）險。

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（3）電纜選（xuǎn）型需匹配：整（zhěng）車（chē）電纜選型匹配分為電（diàn）纜載流匹配和電纜與連接器密封匹配，關於電纜（lǎn）載流，各主機廠有專門（mén）的電氣工程師（shī）進行匹配設計，在此不作解釋。

密封匹配（pèi）：連接器與電纜（lǎn）密（mì）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，如IP67；根據計算，實現特定的接觸壓力依靠密封（fēng）件特定的壓縮量實現，依此推出，若（ruò）需可靠防護，連（lián）接器的密封防護在設計之初就對電（diàn）纜有（yǒu）特定的尺寸要求；

同等規格的（de）載（zǎi）流截麵，電（diàn）纜（lǎn）可有不同的外徑尺寸，如（rú）屏蔽（bì）電纜（lǎn）與非屏蔽電纜，國標（biāo）電纜與LV216標準電纜，具體匹（pǐ）配何種電纜，連接（jiē）器選型規格書均有明（míng）確表述，故（gù）連（lián）接器選型（xíng）時需特別注意適配電纜規格要（yào）求，以防造成連接器密封失效。

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

使（shǐ）用案（àn）例，建議線束裝配完成後，連接器端（duān）子本身不受應力，隻（zhī）有當（dāng）線束整體因（yīn）汽車運（yùn）行受到振動（dòng）、衝擊與車身（shēn）發生相對位移時，通過線束柔性達到應變消除目的，即使有少許應變傳（chuán）遞到連接器端（duān）子，所產生應力也不超過端子在連接器中設計固（gù）持力 。

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2 高壓連接器發展趨勢

2.1 政策導向作用

    國家對新能源電動（dòng）汽車產業政策的製定要根據中國國情（qíng）來決定。在發展綠色交通體係方麵，國家計劃提出，加快車船結構升級，推廣使用新能源汽（qì）車，2020年新能源汽車產銷（xiāo）量達到200萬輛左右。加（jiā）快推進城市建成區新增和更新的公交、環衛（wèi）、郵政、出租、通勤、輕型物料（liào）配送車（chē）輛使用新能源或清潔能源汽車，重（chóng）點區域使（shǐ）用比例達到80%；重點區域港口、機場、鐵路貨場等（děng）新增或更換作業車輛主要使用新能源或清潔能源汽車。2020年底前，在（zài）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汽車。在物流園（yuán）、產業園（yuán）、工業園、大（dà）型商業購物中心（xīn）、農（nóng）貿批發（fā）市場等物流集散地（dì）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（yě）根據（jù）相關政（zhèng）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（chéng）用車、物流車，包括定製連接器，要求會不所不同，或者說會提出一些特別特殊的要求，所（suǒ）以包括還（hái）有無人駕駛，物聯網車、新能源等等（děng），我們連接器廠家（jiā）要考慮一下，這種電動汽車細分（fèn）行業需求的定製化（整車端和電池端（duān）），我覺得或許會是一

個選擇不錯的嚐試，我們現在已（yǐ）經在邁向第一步。因為（wéi）總體來看，這些類型的車都（dōu）會在不同（tóng）的場合應用，其實都是一個細分領域（yù），雖然（rán）量沒有那麽大，但是那（nà）個市場就是屬於我們的，我們在這個市場就是做到頂尖，這也是一個不（bú）錯的選擇。第二個就是平台化，未來（lái）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（shuāng）方平台化的產品很重要，國內主機廠（chǎng）比較多，大家平台現在也（yě）不同，比如電池整包廠特別（bié）多，每家自己的模組方案（àn）、電池箱成組方案都不一（yī）樣，作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（huà）及輕量化

在汽車工業日漸追（zhuī）求節能（néng）與環保的（de）背景下，汽車輕量化及小（xiǎo）型（xíng）化已成為技術潮流，也是汽車廠商技術競爭的重點，通過控製整車重量，可以有效的降低油耗，減小尾氣排放，提高燃油能效。在汽車工業這樣的大環境下，也（yě）帶動新能源連接器必須走小（xiǎo）型化及輕量（liàng）化。

汽車小型化（huà）及（jí）輕量化的一係列重要解決方案，包括引入（rù）更小尺（chǐ）寸（cùn）的（de）高性能銅合金導線做為信號傳輸（shū）線，同時引（yǐn）入向（xiàng）微型化發（fā）展的（de）端子及接觸件係統，以及該微型化產（chǎn）生的壓接不（bú）穩定的優化及可靠驗證方法；采用（yòng）高性能端子來降低小功率傳輸導線尺寸的原理，以及采用鋁導線（xiàn）替代傳輸較大功率的大（dà）線徑銅導線。

 3 結論

通（tōng）過分析新能源連接器的主要技術參（cān）數（shù）及選用原（yuán）則，隨著我們不斷地去（qù）搜集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（duō）整車的（de）數據返回，他們會形成一個聯盟，他們會（huì）根據數據不斷（duàn）的改良，達到一個最優的產品。

同時，隨著國內連接（jiē）器廠商，在實際使用過程中得到的主機廠和用戶的實際反饋。連機器廠商們也在不停地去（qù）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的攻克，成本是否（fǒu）能夠商業化。在不久（jiǔ）的將來，這些都不會是問題，都會被克服掉。