新能源汽車高壓連接器（qì）技術（shù）、設計及趨勢

近年來，由（yóu）於受到全球經濟（jì）波動（dòng）的影響，北美、歐洲和日（rì）本連接器市場增長緩慢，而以中國為代表的新興（xìng）市（shì）場呈現持續增（zēng）長勢頭，成為推動全球連接器市場增長的主要動力。為此（cǐ），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等持續在國內投資建廠，中國已經成為全球最大的連接器生產基地（dì），尤其在政府（fǔ）的政策推動激勵（lì）下，我國新能源汽車行業穩健發（fā）展帶動了（le）汽車連接器的（de）持續（xù）發展。我國連接器經過了多年的技術積累，無（wú）論在設計能力還是自（zì）動化（huà）生產能力上已經滿足了新能源汽車高（gāo）壓（yā）連接器所要求的技術水平。在下遊廠商國產化和技術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（zhè）個新的領域實現（xiàn）彎道超車，有機（jī）會打破外商在傳統（tǒng）汽（qì）車連接器的壟斷地位。

1 高壓（yā）連接器技術分析

1.1 高壓連接器在（zài）整車係統中的應（yīng）用

新能源汽車（chē）用連接（jiē）器是連接器大（dà）類中的（de）一（yī）種，是近幾年隨著國家新（xīn）能源汽車的（de）發（fā）展，逐漸從傳統高（gāo）壓大電流和傳統低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（jiē）器，新能源（yuán）汽（qì）車用連接器的使用工況更複雜（zá）多變，對連接器的可靠性要求更高（gāo）；相較於傳統低壓汽車連（lián）接器，由於電壓等級的提高（目前主流係統的（de）電壓均高於300V DC），增加了人體受到（dào）電擊傷害的風險，對連接器的安全性要求更（gèng）高；所以對產品的絕緣、防護要求等比傳統低壓插件均有所（suǒ）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，即在內部電路被阻斷（duàn）或孤立不通處架（jià）起橋梁從而使電流流通。新能源車用連接器（qì）的組成一般可分為：外殼（ké）、密封件等輔助結構，絕（jué）緣件，導（dǎo）電接觸（chù）對三部分（fèn）組成。通過插頭（tóu）護套和插座護套間的對插、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高壓大電流回路，和導（dǎo）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（diàn）機等車身（shēn）用電單元。

1.2 高壓（yā）連接器（qì）設計關鍵項（xiàng）分（fèn）析（xī）

1.2.1溫升及降額曲線值

溫升是連接器（qì）設計最重要的設（shè）計關鍵項之一，異常的溫升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（zhēn）孔尾部與導線壓接電阻、螺紋連接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（gè）高溫環境，由於連接器（qì）所用的材料都是工程塑料、金屬、橡膠等，尤其工程塑料要求最（zuì）高工作溫度140℃，但當產品使用的環境溫度（dù）過高，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（de）環境溫度高於了材料允許使用最高工（gōng）作溫度。此時，若連接（jiē）器長期處（chù）於一個該環境，連接器內（nèi）部針孔件發（fā）熱（rè）導致內部溫（wēn）度排不出來話，內（nèi）部溫度會（huì）持續（xù）升高，連接器就（jiù）會產生（shēng）很大的熱量，導致連接器出現燒蝕引起車（chē）輛燃燒，這是非常嚴重的問題。橡膠材料和金屬材料均有最高工作溫度限製，設（shè）計（jì）時均需要考慮。

3、板端的（de）連接：設計的時候要用螺（luó）栓的情況下，或（huò）者要用預防措施，防止供貨的時候鬆脫；同（tóng）時在螺栓連接（jiē）時，一定要根據操作規範進行扭力（lì）檢測。導電部件螺釘連接情（qíng）況（kuàng）下，主要的失效模式之一就是未按照（zhào）力（lì）矩要求進行擰緊力矩管控，導致（zhì）連接部位溫升異常，燒蝕。

4、降（jiàng）額曲線：現在我們來討論下（xià）降額曲線，在我（wǒ）的理解中，降額曲線圖就好比你去選擇一個商（shāng）品，這個商品要用在特定（dìng）的環（huán）境中使用，這時選擇商（shāng）品的時候就要根據這個商（shāng）品的一個屬性值來（lái）確定你選（xuǎn）擇哪個區間範圍內的商品。高壓連接（jiē）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（jǐ）合適的菜品。

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的安全，在連接設計時，引入了高壓（yā）互（hù）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（hù）鎖信（xìn）號回（huí）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（lián）接器廠（chǎng）家會把高壓互鎖（suǒ）設（shè）計放在連接器內部，也（yě）有（yǒu）一部（bù）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（lù）的穩定性，十分重要。如果說高壓互（hù）鎖不（bú）連續，可（kě）能帶來的影（yǐng）響會很惡劣，比如車正在行駛過程中，突然高壓互鎖回路信（xìn）號異常，導致整車突然掉電，不（bú）能（néng）正常運行，這樣會造成交通（tōng）事故（gù）。

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，這個真正的含（hán）義就（jiù）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（cì）鎖就是確保一次鎖鎖好以後（hòu），對第一次（cì）鎖進行保護，這（zhè）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（yǒu）關，所（suǒ）以按照力學設計理念需要一種類似於力臂機構的形式，這（zhè）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（suǒ）在對插和不對插情況下的力的要求。其實（shí）我們大

家都（dōu）會認為USCAR是連接（jiē）器（qì）的標準（zhǔn），但我認為USCAR標（biāo）準不僅僅是作為一個技術性標準，而且還指導了設計者在設計（jì）過程中把結（jié）構做可靠，怎麽在結構及性能可靠的前提下，也能夠提供（gòng）客戶更好的產（chǎn）品體（tǐ）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（fáng）護主要分（fèn）在三個布置：

第一（yī）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接方式安裝，這（zhè）種是比（bǐ）較常（cháng）用的結構，也有一（yī）些比較特殊的（de）結構（圖3）；

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

第三個是（shì）線端密封，線端連接器跟電纜之間的防護密封（圖5）。

對於電動汽車高壓連接器隨著（zhe）市場的發展，主機廠對產品防護的性能要求也在不斷地提高。行業發展初期，IPI67的防護要求已（yǐ）經可以滿足絕（jué）大部分客戶。但是後（hòu）期隨著市場（chǎng）上出現（xiàn）的連接器產品防護失效，導致產品出現漏水，絕緣故障、甚至燒蝕的案例也越來越（yuè）來越多。

防護（hù）要（yào）求逐步（bù）的提高成為電動車發展趨勢，目前IP67的要求（qiú）不能滿足正常的（de）使用要求，當然這也不是絕對的，還要看連接器在車上布置的位置。根據高壓回路在整車布置來講，都會懸掛在（zài）汽車底盤下麵，高壓不得進艙內這（zhè）是一個原（yuán）則，所以說大（dà）多數高壓連接器都是會在底盤靠近地麵，或者靠近輪轂的位置（zhì），當一些（xiē）天氣惡劣的時候，比如說嚴酷（kù）的天氣很大的暴雨或者（zhě）說一些嚴寒的天氣，你的輪胎帶起來的水其（qí）實會衝擊這些連接器，如果大家熟悉測試的話（huà），國內標準沒有IP6K9K一說，你會發現如果IP67的話，高壓水槍的衝擊的壓力，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，所以說IP67有的時候是很難滿足實際（jì）的（de）使用要求。針對這一點（diǎn）的話，現在國內標準QC/T1067,國（guó）外標準USCAR將連接器密封分為（wéi）兩個等級S1和（hé）S2。S2等級的話，明確規定適用的場合是底盤（pán）的位置較低，推薦的就是6K和9K，所以未來連接防護的話一定是（shì）6K和9K。如果連接器並不是布置在上述位置，IP67的設計其實還是可以滿足整車使（shǐ）用要求。

1.2.5 電磁屏蔽

電動汽車有很多的電子器件，電流會產生磁場，整車零部件要有（yǒu）抗幹擾的能力。尤其是電動汽車現在作為一個載體（tǐ），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，屏蔽連（lián）接器、電纜是非常重要的，但是我們（men）更多的是要優先考（kǎo）慮係統級的布置，這是一個前提條件（jiàn），如果你的OBC，你布置的位置，包（bāo）括係統中的（de）DCDC，是不是本身可能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（gàn）擾的問題，所以首先要考慮（lǜ）係統（tǒng）型的（de），其次考慮零部件級的。對於（yú）連接器屏蔽效能，一般（bān）會采用二個方（fāng）式。第一種方式，我們在（zài）一些塑料連（lián）接器上，裏麵會有金屬（shǔ）屏蔽罩，電纜（lǎn）屏蔽（bì）層會跟（gēn）金屬殼的屏蔽層相連，形成一個有效（xiào）的360°的（de）屏蔽層。第二種方式，大多數的高壓小電流的連接，都不會（huì）有二次的（de）連接，會采用跟電纜的屏蔽層相接，這種方式也是現有廠家常用的方式，包括國內一些比較知名的（de）主機廠也在考慮（lǜ）這種方式，我們叫spring contact（英（yīng）文），其實就是一個彈（dàn）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；此結構的製造商很多，主要代表（biǎo）的公司像瑞士的寶馬（mǎ）彈簧（huáng）、美國的巴塞爾等，他們在這塊有（yǒu）很多實際成熟應用案例（lì）。大多數情況（kuàng）下，導線和屏蔽（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（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（dìng）。另外，我們還有一種屏蔽方式，它通過（guò）一種類似於表帶簧的結構（gòu），用以替代彈簧連接，該結構常在軍用產品上使用，技術成熟；我們做（zuò）過（guò）相關測試（shì），均能滿足設（shè）計要求。該結構應用在新能源電動（dòng）車的屏蔽，既能夠滿足性能要求，同時（shí）又（yòu）是衝製件，適合批量生產，性（xìng）價（jià）比高。

1.2.6連接器材質

連接（jiē）器絕緣件材（cái）質一般選用PA66、PBT、ABS、PC等。接觸件材質一般選用黃銅、磷青銅（tóng）、鈹銅等，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）為塑料和金屬（shǔ）兩種材質。

關於如何選擇塑料材（cái）質或者金（jīn）屬材質，一般有如下幾個參考點：

1.輕量（liàng）化

由於對整車輕量化的需求，尤其是乘用車廠商會在滿足產品性能的前提下，盡量去選擇塑料連接器，以達到控製整車重量。

2.產品的使用環境

由於金（jīn）屬材料的機械強度比塑料好（hǎo）。所（suǒ）以在一些使用環（huán）境比較惡（è）劣的環境下，金屬連（lián）接（jiē）器會更適合。例如像（xiàng）特種車輛、渣土車，以及整車在布（bù）置時（shí），未做防護（hù）的電氣連接部位（wèi）。此時，金屬（shǔ）材質相比塑料材質的連接器在受環境影響（xiǎng）及機械強（qiáng）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（yòng）於導通屏（píng）蔽，形成屏蔽保護的載體。一（yī）般情況下，金（jīn）屬連接器較塑料連接器更容易實現（xiàn）更為優異的（de）屏蔽效能，外形結構更為緊湊。

（3）額定電（diàn）流：電氣設（shè）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（fā）熱不超過長期（qī）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,額定電流是根（gēn）據電氣設備的功率P，輸出電壓U決定。

峰值電流（liú）：電動（dòng）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（huàn）句話說，插針（zhēn）/孔/導線截麵越大，它所能通過的電流也越大，連接器越大。

（4） HVIL（高壓互鎖（suǒ））

（4.1）設計HVIL功能（néng）目（mù）的（de）

確認整個高壓係統的完整性，當高壓係統回路斷開或者完整性（xìng）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（xū）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電路是低壓（yā）電，相對於功率電路，是獨（dú）立的。

（4.3）連接器HVIL功能實現原理

功率和（hé）信號端子應滿足：

——連接（jiē）時，功率端子先接通，信號（hào）端子後接通。

——斷開時，信號端子先斷開，功率端子後斷開。

特別說明：功率端子的接通，表示良好（hǎo）的接觸，虛（xū）接觸是不可（kě）接（jiē）受

 （5） 屏蔽

交變（biàn）電場屏蔽（bì）:為降低交變電場對敏感電路的耦（ǒu）合幹擾電壓，可以（yǐ）在（zài）幹擾源和敏感（gǎn）電路之間設（shè）置導電性好的金屬（shǔ）屏（píng）蔽體（tǐ），並將金屬屏蔽體接（jiē）地（dì）。

    屏蔽（bì）與非屏蔽連接器主要區別即為是否設置有導（dǎo）電良好的金屬屏蔽體。

（6） 防護（hù）等級

IP防護等級（jí）是由兩個數字所組成，第一個標記數字表示電器防（fáng）塵、防止外物侵入的等級，第二個（gè）標記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（qí）防護等級越高。

（7）出線方式

主要指（zhǐ）電連接器插頭尾部（bù）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（yǒu）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員對連接器不同布（bù）置方式的需求，電連接器插座安裝方式細分為以下（xià）四種：

 1.6.2.3選（xuǎn）項注意事（shì）項

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

（2）電流選（xuǎn）型需匹配：整車經過負載計算的額定電（diàn）流應（yīng）小於等於連（lián）接器（qì）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（yǒu）過載燒蝕風險。

圖片

（3）電纜選（xuǎn）型需匹配：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配，關於電纜載流（liú），各主機廠有（yǒu）專門的電氣工程師進（jìn）行匹配設計，在（zài）此（cǐ）不作解釋。

密（mì）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，如IP67；根據計算，實現特（tè）定的接（jiē）觸壓力依靠（kào）密封件特定的壓縮量實現，依此推出，若需可靠防護，連接器（qì）的密封防護在設計之初就對電（diàn）纜有特定的尺寸（cùn）要求；

同等規格的（de）載流（liú）截麵，電纜可有不同的外徑尺寸，如屏（píng）蔽電纜與非屏蔽電纜，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述，故連接（jiē）器選型時需特別注意適配電纜規格（gé）要求，以防造成連接器密封失效。

（4）整車需柔性（xìng）布線：對於整車布線，現各主機廠均（jun1）有（yǒu）彎曲半徑（jìng）及鬆弛度要求；根據連接器在整車

使（shǐ）用案例，建議線束裝配完成後，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（chōng）擊與車身發生相對位移時，通過線束柔性（xìng）達到（dào）應變消除目的，即使有少許應變傳遞到連接器（qì）端子，所產生應力（lì）也不（bú）超過端子在（zài）連接器中設計固持力（lì） 。

圖（tú）片

2 高壓（yā）連接器發展趨勢

2.1 政（zhèng）策導向作用

    國家對新（xīn）能源（yuán）電動汽車產業政策的製定（dìng）要根據中國國情來決定。在（zài）發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（néng）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、出租、通勤、輕型物料配送車輛使（shǐ）用新能源或清潔能源汽車，重點區域使用比例達到80%；重點區域港口、機場、鐵路貨場等新增或更換作（zuò）業車輛主要使用新能源或清潔（jié）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（qū）公交車全部更換為新（xīn）能源汽車。在物流園、產業園、工業園、大型商業購物中心、農貿批發市場等物流集散地建設集中式充電樁和快速充電樁（zhuāng）。根據國家的政策導向，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（chē）這（zhè）種類型也（yě）多，比如說乘用車、物流車，包括定製連（lián）接器，要求會不所（suǒ）不同，或者說會提（tí）出一些特別（bié）特殊的要求，所以包括（kuò）還有（yǒu）無人（rén）駕駛（shǐ），物聯（lián）網車、新能源等等，我們連（lián）接（jiē）器廠家要考慮一下，這（zhè）種電動汽車（chē）細（xì）分行業需求的定製化（huà）（整車端和電池端（duān）），我覺得或許（xǔ）會是一

個選擇不錯（cuò）的（de）嚐試，我們現在（zài）已經在邁向第一步。因為總體來看，這些類型的車都會在不同的場合應（yīng）用，其實都是一個細（xì）分領域，雖然量沒有那麽大（dà），但是那個市場就（jiù）是屬於我們（men）的，我們在這個市場就是做到頂尖（jiān），這也是一個不錯的選擇。第二個就是平台化，未來電池（chí）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（chéng）雙方平台化的產品很（hěn）重要，國內主機廠比較多，大家平台現在也不同（tóng），比如電（diàn）池整包廠特（tè）別多，每家自己的模（mó）組方案、電池箱成組方（fāng）案都（dōu）不一樣，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小型化及輕量化

在汽車工業日漸追求節能與（yǔ）環保的背景下，汽車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（guò）控製整車重量，可以有效的降低油耗，減小尾（wěi）氣排放，提高燃油（yóu）能效。在汽車工業這樣的大環境下，也帶（dài）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（tóng）合金導（dǎo）線做為（wéi）信號傳輸線，同時引入向微型化發展的端子及接觸（chù）件係統，以及該微型化產生的壓接（jiē）不穩定的（de）優化及可靠驗證方法；采用高性能端子來（lái）降低（dī）小功率（lǜ）傳輸導線尺寸的原理，以及采用鋁導線替代傳輸較大功（gōng）率的大線徑銅導線。

 3 結論

通過分析（xī）新能源連接器的主要技（jì）術參數及選用原則，隨著（zhe）我們不斷地去搜（sōu）集各種各樣的數據反（fǎn）饋，在（zài）國外（wài）的話，甚至連接器的廠家設置了很多整車的數據返回，他們會形成一個聯盟，他們會根據數據不斷的改良，達到（dào）一（yī）個最優的產品。

同時，隨著國內連接器廠商，在實際使用過程中得到的主機廠（chǎng）和用戶的實際（jì）反饋（kuì）。連（lián）機器廠商（shāng）們（men）也在不停地去模擬真實（shí）用（yòng）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（gōng）克，成本是（shì）否能夠商（shāng）業化。在不久的將來，這（zhè）些都不會是（shì）問題，都會被克服掉。