新能（néng）源汽車高壓連接器技（jì）術、設計及趨勢（shì）

近年來，由於受到（dào）全球經（jīng）濟波動的影響，北美、歐洲和日本連接器市場增長緩慢，而（ér）以中國為代表的新興市場呈現持續增長勢頭，成為推動全球連接器市場增（zēng）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到國內，包括TE Connectivity、Molex、Delphi等持續在國內投（tóu）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。我國連接器經過了多年的技（jì）術積（jī）累，無論（lùn）在設計能力還是自動化生產（chǎn）能力上已經滿足了新能源汽車（chē）高（gāo）壓連接器（qì）所要求的技術水平。在下遊廠商國產化和技術能（néng）力足夠滿足的前提（tí）下，國內廠商已經占（zhàn）領了新能源汽車高壓（yā）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（shāng）在傳統汽車連接器的壟斷地位。

1 高壓連接器技術分析

1.1 高壓（yā）連接器在整車係統中的應用（yòng）

新能源汽車用連接（jiē）器是連接器大類（lèi）中的一種，是（shì）近幾年隨著國家新能源汽車（chē）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（fèn）離出來的一類連（lián）接器。相較於（yú）傳統高壓（yā）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，由於電壓等（děng）級的提高（目前主流係統的電壓均高於300V DC），增加了人體受到電擊傷害的風險，對連接器的安全性要求更高；所以（yǐ）對產品的絕緣、防護要求等比傳統低壓插件均有所提高。

新能源汽車（chē）用連接器的作用主要是（shì）保證整車高壓互聯係統，即（jí）在內部電路（lù）被阻斷或孤立不通處架（jià）起橋梁從而使（shǐ）電流流通。新能（néng）源車用（yòng）連接器的組（zǔ）成一般可分為：外殼（ké）、密封件等輔助結構，絕緣件，導電接觸對三部分組成。通過插頭護套和插（chā）座護套間的對插、相互配合，即可達到接通和導電的功能。高壓連接器主要使用在新能源汽車（chē）高壓大電流回路，和導電線纜同時作用，將電池包的能量（liàng）通過不同的電氣回路，輸送到整車係統中各部件，如電池（chí）包、電（diàn）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（qì）設計關鍵項分析

1.2.1溫升及降額（é）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（de）溫升（shēng）會導致連接器因為溫升過高，發生燒蝕。

連接器的溫升受如下（xià）因素影響：

1、 接觸電阻：用（yòng）於（yú）導電（diàn）連接，兩接觸載體之間的電阻，如針孔對插接觸電阻、針孔尾部與導線壓接電阻、螺紋（wén）連接銅牌與銅牌（pái）之間的接觸電阻

2、物（wù）質環境加熱：當連接器長期處於一個高溫環境，由於連接器所用的材料都是工程塑料（liào）、金屬、橡膠等，尤其工程塑料要求最高工（gōng）作溫度140℃，但當產品使用的環境溫（wēn）度過高，連接器由於（yú）自（zì）身接觸內阻發（fā）熱在達到熱平衡時，加上所處的環境溫度高於了材料允許使用最高工作溫度。此時，若連接器（qì）長期處於一個該環境，連接器內部針孔件發熱導致（zhì）內部溫度排不出來話，內部溫度會持續（xù）升（shēng）高，連（lián）接器就（jiù）會（huì）產生很大的熱量（liàng），導致連接器出現燒蝕引起車輛燃燒，這（zhè）是非常嚴重的問題。橡膠材料和金屬材料均有最（zuì）高工作溫度限製，設計時均需要（yào）考慮（lǜ）。

3、板端（duān）的連接：設計的時候要用螺栓的情況下，或者要用預防（fáng）措施，防止（zhǐ）供貨的時（shí）候鬆脫；同時（shí）在螺栓連接時，一（yī）定要根據（jù）操作規範進行扭（niǔ）力（lì）檢測。導電（diàn）部件螺釘連接情況下，主要的失（shī）效模式之一就是未按照力矩要求進行擰緊力矩管控，導致（zhì）連接部位溫升（shēng）異常，燒（shāo）蝕。

4、降額曲線：現（xiàn）在（zài）我們來（lái）討論下降額曲線，在我的理解（jiě）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，這時選擇商品的時候就要根據這個商品的一個屬性（xìng）值來確定你（nǐ）選擇哪個區間範圍內的商品。高壓連接器的降額曲線圖就是（shì）給客戶提供一份菜單，客戶根據這個菜單（dān）對應自己的口味選擇自己合適的菜品。

1.2.2高壓（yā）互鎖(HVIL)

針對整個的高壓互連係統來講，為了保證高壓係統上下電時的安全，在連接設（shè）計時，引入了高壓（yā）互鎖概念。簡單描述為（wéi），連接器在插（chā）合導通（tōng）時，高壓回（huí）路先接觸導通，後高壓互（hù）鎖信號回路再導通；分斷時，先高壓互（hù）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鎖通過輔助結構設計放在對插腔體的外部。確保高壓互（hù）鎖回路的穩（wěn）定性，十分（fèn）重要。如果說高壓互鎖不（bú）連續，可能帶來的（de）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（zhěng）車突然掉電，不能正常（cháng）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（bú）是有一個二次的保護作用，是更要有效地對其保護，這個真（zhēn）正的含義就是（shì）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（èr）次鎖（suǒ）就是確保一（yī）次鎖鎖好以（yǐ）後，對第一（yī）次（cì）鎖進行保護，這是一個很重要的作（zuò）用。二次鎖緊結構結（jié）合一次鎖裏麵最常用的就是力臂機構（gòu），因為一次鎖緊跟插拔力有關（guān），所以（yǐ）按照力學設計理念需（xū）要一種類似於力臂（bì）機構的形式，這樣才能達到既（jì）省力，也能夠很輕鬆地把連接器插到位。對於力臂的要求，USCAR裏麵講到了（le）很多的力（lì）臂的（de）人機工程的可操作性。USCAR裏麵也規定了相關一次鎖（suǒ）和二次鎖在對插和（hé）不對插情（qíng）況下的力的要（yào）求。其實我們大

家都會認為USCAR是連接器的標準（zhǔn），但我認為USCAR標準（zhǔn）不僅僅是（shì）作為一個技術（shù）性（xìng）標準，而（ér）且還指導了設計者在設計過程中把結（jié）構做可靠，怎麽在（zài）結構（gòu）及性能可靠的前提（tí）下，也（yě）能夠提供客戶更好的產品體驗感。下圖2是比較常見的（de）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（shì）板端密封：板端就是連接器插座端（duān）采用四個螺釘采用機械連接方式安裝，這（zhè）種是比較常用的結構（gòu），也有一些（xiē）比（bǐ）較特殊的（de）結構（圖3）；

第二個是頭（tóu）座對插（chā）密（mì）封：頭座對插就（jiù）是公端包含母端或者是母端包含公（gōng）端中（zhōng）間采用橡膠件進（jìn）行徑（jìng）向和軸（zhóu）向之間的防（fáng）護（圖4）；

第三個是線端密封（fēng），線（xiàn）端連接器跟電纜之間的防護密封（圖5）。

對於電（diàn）動汽車高壓連接器隨著市（shì）場（chǎng）的發展，主機廠（chǎng）對產品防護的性能要求也在不斷地提高。行業發（fā）展初期，IPI67的防護要求已經（jīng）可以滿（mǎn）足絕大部分客戶。但是後期隨著市場（chǎng）上出現的連接器產品防（fáng）護失效，導致產品出（chū）現漏水，絕緣故障、甚至燒蝕的案例（lì）也越來越來越多。

防護要求逐步的提（tí）高成為電動車發展趨勢，目（mù）前IP67的要求不（bú）能滿足（zú）正常的使用（yòng）要求（qiú），當然這也不是（shì）絕對的，還要看連接器在車（chē）上布置的位置。根據高壓（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（nèi）這是一個原則（zé），所以說大多數高壓連接器都是會在底盤靠（kào）近地麵，或者靠近輪轂的位置，當（dāng）一些天氣惡（è）劣的時候，比如說嚴酷的天氣很大的暴雨（yǔ）或者說一些嚴寒的天氣，你的輪胎帶起來（lái）的水（shuǐ）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，你會發（fā）現如果IP67的話，高壓水（shuǐ）槍的衝擊的壓力，其實沒有6k9k大。當汽車高速行（háng）使（shǐ）的時候，突（tū）然（rán）涉（shè）水時，瞬時湧向連接器的水（shuǐ）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將連接器密封分為兩個等（děng）級S1和（hé）S2。S2等級的話，明確規定適（shì）用的場合是底盤的位置較低，推薦的就是6K和9K，所以未來連接防護的話一定（dìng）是6K和（hé）9K。如果連接器並不是布置在上述位置，IP67的設計其實還（hái）是可以（yǐ）滿足整（zhěng）車（chē）使用要求。

1.2.5 電磁屏（píng）蔽

電動汽車有很多的（de）電（diàn）子器件，電流會（huì）產生磁場，整車零部件要有抗幹擾的能力。尤其是電動汽車現（xiàn）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。對於高壓係統而言（yán），屏蔽連接器、電纜是非常重要的，但是我們更多的是（shì）要優先考慮係統級的布置，這是一個前提條件（jiàn），如果你的（de）OBC，你布（bù）置的位置，包括係統（tǒng）中的DCDC，是（shì）不是本身可能會（huì）有一些先天性的問題，即使連接器（qì）做得再好，也（yě）會出現各種信號幹擾的（de）問題，所以（yǐ）首（shǒu）先要考慮係統型的，其次考慮零部件級的。對於連接（jiē）器屏（píng）蔽效能，一般會采（cǎi）用二個方式。第一種方式，我們在一些塑料連接（jiē）器上（shàng），裏（lǐ）麵（miàn）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。第二種方式，大多數（shù）的高壓小電流的連接，都不（bú）會有二次的（de）連接，會采用跟電纜的屏蔽層相接，這種方式也是（shì）現有廠家（jiā）常用的方式（shì），包括國內一些比較知名的主機（jī）廠也在（zài）考慮這（zhè）種方式，我們叫spring contact（英文），其實就是一個彈簧的（de）連接。這種結構的好（hǎo）處也是很多的，因為尺寸、空間會更小（xiǎo），它的接

觸點也會更多；此結構的製造商很多，主要代表的公司像瑞士的寶馬彈簧、美國的巴（bā）塞爾等，他們在這塊有很多實際成熟應用案（àn）例。大多數情況下，導線（xiàn）和屏蔽（bì）層的連接，我們會用金屬內、外環的形式，進行壓接，將屏蔽層置於兩個金屬環之間，通過冷壓變形使屏蔽層和金屬環進行緊（jǐn）密固定。另外（wài），我們還有一種屏蔽方式，它通（tōng）過一種類似於表帶簧的結構，用（yòng）以替代彈簧連接，該結構常在軍用產品上使用，技術成熟；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屏蔽，既能夠滿足性能要求，同時又是衝製件，適（shì）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選用（yòng）PA66、PBT、ABS、PC等。接觸（chù）件材質一般選用黃（huáng）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。連接器殼體材質一般分為塑（sù）料和金屬兩種材質。

關於如何選擇塑料材質或者金屬材（cái）質，一般有如下幾個（gè）參考點：

1.輕量化

由於（yú）對整（zhěng）車輕量化（huà）的需求，尤其是乘用車廠（chǎng）商會在滿足產品性能（néng）的前提下，盡（jìn）量去選擇塑料連接器，以達（dá）到控製整車重量（liàng）。

2.產品的使用環境

由於金屬材料的機械強度比塑料好。所以在一些使用環境比較（jiào）惡劣的環境（jìng）下，金屬連接（jiē）器會更適合。例如像特種車輛、渣土車，以及整（zhěng）車在布置時，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（zài）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（shì）用於導通屏蔽，形成屏蔽保護（hù）的載體。一般情況下，金屬連接器較塑料連接器（qì）更容易實現更（gèng）為優異的屏蔽效能，外形結構更為緊湊。

（3）額定電流（liú）：電氣設備的額定電流是指在（zài）基準環境溫度下，在額定電壓工（gōng）作條件下，發熱不超過（guò）長期發熱允許溫度時所允許長期通過的最大電流。

對電動汽車而言，P=UI,額定電（diàn）流是根（gēn）據電氣設備的功率（lǜ）P，輸出電壓U決定。

峰值電流：電動汽車在急加速，爬（pá）坡，超載的瞬間產（chǎn）生的最大電（diàn）流值。

載流（liú）截麵積與（yǔ）連接器額（é）定電（diàn）流成正比，換句話說，插針/孔/導線截（jié）麵（miàn）越大，它所能通過的電流也越大，連接器越大。

（4） HVIL（高壓互鎖）

（4.1）設計HVIL功能目的（de）

確認整個高壓係統（tǒng）的（de）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（xiàn）

a.需要整個係統構成，係統開發時就要設計進去；

b.主要通過連接器來完成；

c.HVIL電（diàn）路是低壓電，相對於功率（lǜ）電路，是獨立的。

（4.3）連（lián）接器HVIL功能實現（xiàn）原理

功率和信號端子應滿足：

——連接時，功（gōng）率端子先接通（tōng），信號（hào）端子後接通。

——斷開時（shí），信號端子先（xiān）斷開，功率端子後斷開。

特別說（shuō）明：功率端（duān）子的接通，表示良好的接觸，虛接（jiē）觸是（shì）不可接受

 （5） 屏蔽

交變電場屏蔽:為降低交（jiāo）變電場對敏感電路的耦（ǒu）合幹擾電壓，可以在幹擾（rǎo）源和敏感電路之間（jiān）設置導電性好的金屬屏蔽（bì）體，並將金屬屏蔽體接地（dì）。

    屏蔽與非屏蔽連接器主要區（qū）別即為是否設置有（yǒu）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（dì）二個標記數字表（biǎo）示電器（qì）防濕（shī）氣、防水侵入（rù）的密閉程度，數字越大表示其防護等級越（yuè）高（gāo）。

（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，依此劃（huá）分，常見（jiàn）的有90°(彎式)及180°(直式)出線電連接器。

（8） 插座安裝方式

為滿足主機廠設計人（rén）員對連接器不同布置方式的需求，電連接器插座安裝方式細分（fèn）為以下四種：

 1.6.2.3選項注意事項（xiàng）

（1）電壓選型需匹配：整車經過負載（zǎi）計算的額定電（diàn）壓應小（xiǎo）於等於連接器額定電壓，若整車（chē）工作電壓超出連（lián）接（jiē）器額定電壓（yā）長時間運行，電連接器有爬電燒（shāo）蝕風險（xiǎn）。

（2）電流選型需匹配：整車經過負載計算的（de）額定電流應小於等於連接器額定電流，若整車（chē）工（gōng）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。

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（3）電纜選型需匹配：整車（chē）電纜選型匹配（pèi）分（fèn）為電纜載流匹配和電纜與連接器密封匹（pǐ）配（pèi），關於（yú）電纜載流，各主機廠有專門的電氣工程師進（jìn）行匹配設計，在此（cǐ）不作（zuò）解釋。

密封匹配：連接（jiē）器（qì）與電纜密封依靠橡膠密（mì）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（lì）依靠密封件特定的壓縮量實現，依此推出，若需可靠防護，連接器的密封防護（hù）在設計之初就對電纜有特（tè）定的尺寸要求；

同等規格的載流（liú）截麵，電（diàn）纜（lǎn）可有不同的外徑尺寸，如屏蔽電纜與非屏蔽電纜，國標電纜與LV216標準電纜，具體匹配何（hé）種電纜，連接器選型規格書均有明（míng）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（qì）密封（fēng）失效（xiào）。

（4）整車需柔（róu）性布線：對（duì）於整車布線，現各主機廠（chǎng）均有彎曲半徑及鬆弛度要求（qiú）；根據連（lián）接（jiē）器在整車

使用案例，建議線束裝配完成後，連接（jiē）器端子本身不受應力，隻有當線束整體因汽（qì）車運（yùn）行受到振動、衝擊與車身發生相對位移時，通過線（xiàn）束柔（róu）性達到應變（biàn）消除目的，即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連接（jiē）器中設計固持力（lì） 。

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2 高壓連接器發展趨（qū）勢

2.1 政策導向作用（yòng）

    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（qíng）來決定。在發展綠色交通體係方（fāng）麵，國家計劃提出，加快車船結構升級，推廣使用新能源汽車，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（zhèng）、出租、通（tōng）勤、輕型物（wù）料配送車輛使用新能源或清潔能源汽車，重點區域使用比例達到80%；重（chóng）點區（qū）域港口、機（jī）場、鐵路貨場等新增或更換作業（yè）車輛主要使用新能源或清（qīng）潔能源汽（qì）車。2020年底前，在物（wù）流園、產業（yè）園（yuán）、工（gōng）業園、大型（xíng）單列市建成（chéng）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、大型商業購物中心、農貿批發市場等（děng）物流集散地建設集中式充電樁和快速充電樁。根據國家的政策導向，整車廠（chǎng）也根（gēn）據相關政策調整內部模式，這就決定了連接（jiē）器的發展方向。

2.2平台化及定製化

 電動汽車（chē）這種類型也多，比如說乘用車、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，所以（yǐ）包括還有無人駕駛，物聯網車、新能源等等，我們連接器廠家要考慮一下，這種電動汽車細分（fèn）行業需求的定製化（整（zhěng）車端和（hé）電池端），我覺得或（huò）許會是一

個選（xuǎn）擇不錯的嚐試，我們現（xiàn）在已經在邁向第一步。因為總體來看，這些類型的車都會（huì）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，我們在這個市場就是做到頂尖（jiān），這也是（shì）一個不錯的選擇（zé）。第二個就是平台（tái）化（huà），未來電池和整車都會趨於平台（tái）化，如何跟客戶保持（chí）深入的技（jì）術溝（gōu）通（tōng），形成雙方平台化的產品很重要（yào），國內主機廠比較（jiào）多，大家平台現在也不同，比如（rú）電（diàn）池整包廠（chǎng）特別多，每家自己的模組方案、電池箱成組方案都不一樣，作（zuò）為連接器廠家需要思考怎麽樣做適合平台化的應用。

2.3小型化及輕（qīng）量化

在汽車工業日漸追（zhuī）求節能（néng）與環保的背景下，汽車輕量化及小型化已（yǐ）成為技術潮流，也是汽（qì）車廠商技術競爭的重點，通過控製整車重量，可以有（yǒu）效的降（jiàng）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（huán）境下，也帶動（dòng）新能源連接器必須走小型化及輕量化。

汽車小型化及輕量化的一係列重要解決方（fāng）案，包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（shí）引入向微（wēi）型化（huà）發展的端子及接（jiē）觸件係統，以及該微型化產生的壓接（jiē）不（bú）穩定的優化及可靠驗證方法；采用高性能（néng）端子來（lái）降低小（xiǎo）功率傳（chuán）輸導線尺寸的原理，以及采用（yòng）鋁導線替（tì）代傳輸較大功率的大線（xiàn）徑銅導線。

 3 結論

通過分析新能源連接器的主（zhǔ）要技術參數及選用原則，隨著我（wǒ）們不（bú）斷地（dì）去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整車的數（shù）據返回（huí），他們會形成一個聯盟，他們會根據數據不斷的改良，達到一個最（zuì）優的（de）產品。

同時，隨著國內（nèi）連接（jiē）器廠商，在實際使用（yòng）過程中得到（dào）的主機廠和用戶的實際反饋。連機器廠商們也在不停地去模擬（nǐ）真實用戶使用環境下（xià），連接器是否穩（wěn）定;包括我們新材料的研發和（hé）技術壁壘的攻（gōng）克，成本是否能夠商業化。在不久的將來，這些都不會是問題，都會被（bèi）克服掉。