近年來，由于受到全球經(jīng)濟波動的影響，北美、歐洲和日本連接器市場增長緩慢，而以中國為代表的新興市場呈現(xiàn)持續(xù)增長勢頭，成為推動全球連接器市場增長的主要動力。為此，全球知名連接器企業(yè)紛紛把生產(chǎn)基地轉(zhuǎn)移到國內(nèi)，包括TE Connectivity、Molex、Delphi等持續(xù)在國內(nèi)投資建廠，中國已經(jīng)成為全球最大的連接器生產(chǎn)基地，尤其在政府的政策推動激勵下，我國新能源汽車行業(yè)穩(wěn)健發(fā)展帶動了汽車連接器的持續(xù)發(fā)展。
我國連接器經(jīng)過了多年的技術(shù)積累，無論在設(shè)計能力還是自動化生產(chǎn)能力上已經(jīng)滿足了新能源汽車高壓連接器所要求的技術(shù)水平。在下游廠商國產(chǎn)化和技術(shù)能力足夠滿足的前提下，國內(nèi)廠商已經(jīng)占領(lǐng)了新能源汽車高壓連接器的至高點，比如四川永貴、中航光電、巴斯巴等知名企業(yè)。希望在這個新的領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)彎道超車，有機會打破外商在傳統(tǒng)汽車連接器的壟斷地位。
1 高壓連接器技術(shù)分析
1.1 高壓連接器在整車系統(tǒng)中的應(yīng)用
新能源汽車用連接器是連接器大類中的一種，是近幾年隨著國家新能源汽車的發(fā)展，逐漸從傳統(tǒng)高壓大電流和傳統(tǒng)低壓汽車連接器中分離出來的一類連接器。相較于傳統(tǒng)高壓大電流連接器，新能源汽車用連接器的使用工況更復(fù)雜多變，對連接器的可靠性要求更高；相較于傳統(tǒng)低壓汽車連接器，由于電壓等級的提高（目前主流系統(tǒng)的電壓均高于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(chǎn)品的絕緣、防護要求等比傳統(tǒng)低壓插件均有所提高。
新能源汽車用連接器的作用主要是保證整車高壓互聯(lián)系統(tǒng)，即在內(nèi)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組成一般可分為：外殼、密封件等輔助結(jié)構(gòu)，絕緣件，導(dǎo)電接觸對三部分組成。通過插頭護套和插座護套間的對插、相互配合，即可達到接通和導(dǎo)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，輸送到整車系統(tǒng)中各部件，如電池包、電機控制器、DCDC轉(zhuǎn)換器、充電機等車身用電單元。
圖1就是高壓連接器在整車系統(tǒng)運用中的一個布局圖。
1.2 高壓連接器設(shè)計關(guān)鍵項分析
1.2.1溫升及降額曲線值
溫升是連接器設(shè)計最重要的設(shè)計關(guān)鍵項之一，異常的溫升會導(dǎo)致連接器因為溫升過高，發(fā)生燒蝕。
連接器的溫升受如下因素影響：
1、 接觸電阻：用于導(dǎo)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(dǎo)線壓接電阻、螺紋連接銅牌與銅牌之間的接觸電阻
2、物質(zhì)環(huán)境加熱：當(dāng)連接器長期處于一個高溫環(huán)境，由于連接器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高工作溫度140℃，但當(dāng)產(chǎn)品使用的環(huán)境溫度過高，連接器由于自身接觸內(nèi)阻發(fā)熱在達到熱平衡時，加上所處的環(huán)境溫度高于了材料允許使用最高工作溫度。此時，若連接器長期處于一個該環(huán)境，連接器內(nèi)部針孔件發(fā)熱導(dǎo)致內(nèi)部溫度排不出來話，內(nèi)部溫度會持續(xù)升高，連接器就會產(chǎn)生很大的熱量，導(dǎo)致連接器出現(xiàn)燒蝕引起車輛燃燒，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制，設(shè)計時均需要考慮。
3、板端的連接：設(shè)計的時候要用螺栓的情況下，或者要用預(yù)防措施，防止供貨的時候松脫；同時在螺栓連接時，一定要根據(jù)操作規(guī)范進行扭力檢測。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力矩要求進行擰緊力矩管控，導(dǎo)致連接部位溫升異常，燒蝕。
4、降額曲線：現(xiàn)在我們來討論下降額曲線，在我的理解中，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(huán)境中使用，這時選擇商品的時候就要根據(jù)這個商品的一個屬性值來確定你選擇哪個區(qū)間范圍內(nèi)的商品。高壓連接器的降額曲線圖就是給客戶提供一份菜單，客戶根據(jù)這個菜單對應(yīng)自己的口味選擇自己合適的菜品。
降額曲線就是不同電流在不同的工作環(huán)境溫度下對應(yīng)出的不同值，這些值通過描點法得到的一個曲線圖，有了這個降額曲線圖就能更加直觀的看到這個連接器使用條件。
下圖就是關(guān)于溫升和降額曲線的圖示
溫升曲線圖
降額曲線圖
1.2.2高壓互鎖(HVIL)
針對整個的高壓互連系統(tǒng)來講，為了保證高壓系統(tǒng)上下電時的安全，在連接設(shè)計時，引入了高壓互鎖概念。簡單描述為，連接器在插合導(dǎo)通時，高壓回路先接觸導(dǎo)通，后高壓互鎖信號回路再導(dǎo)通；分斷時，先高壓互鎖信號分斷，后高壓回路斷開。大多數(shù)連接器廠家會把高壓互鎖設(shè)計放在連接器內(nèi)部，也有一部分廠家會把高壓互鎖通過輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計放在對插腔體的外部。確保高壓互鎖回路的穩(wěn)定性，十分重要。如果說高壓互鎖不連續(xù)，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(jié)構(gòu)
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后，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后，對第一次鎖進行保護，這是一個很重要的作用。二次鎖緊結(jié)構(gòu)結(jié)合一次鎖里面最常用的就是力臂機構(gòu)，因為一次鎖緊跟插拔力有關(guān)，所以按照力學(xué)設(shè)計理念需要一種類似于力臂機構(gòu)的形式，這樣才能達到既省力，也能夠很輕松地把連接器插到位。對于力臂的要求，USCAR里面講到了很多的力臂的人機工程的可操作性。USCAR里面也規(guī)定了相關(guān)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
家都會認為USCAR是連接器的標(biāo)準，但我認為USCAR標(biāo)準不僅僅是作為一個技術(shù)性標(biāo)準，而且還指導(dǎo)了設(shè)計者在設(shè)計過程中把結(jié)構(gòu)做可靠，怎么在結(jié)構(gòu)及性能可靠的前提下，也能夠提供客戶更好的產(chǎn)品體驗感。下圖2是比較常見的鎖緊結(jié)構(gòu)產(chǎn)品圖。
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，這種是比較常用的結(jié)構(gòu)，也有一些比較特殊的結(jié)構(gòu)（圖3）；
第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的防護密封（圖5）。
對于電動汽車高壓連接器隨著市場的發(fā)展，主機廠對產(chǎn)品防護的性能要求也在不斷地提高。行業(yè)發(fā)展初期，IPI67的防護要求已經(jīng)可以滿足絕大部分客戶。但是后期隨著市場上出現(xiàn)的連接器產(chǎn)品防護失效，導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)漏水，絕緣故障、甚至燒蝕的案例也越來越來越多。
防護要求逐步的提高成為電動車發(fā)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，還要看連接器在車上布置的位置。根據(jù)高壓回路在整車布置來講，都會懸掛在汽車底盤下面，高壓不得進艙內(nèi)這是一個原則，所以說大多數(shù)高壓連接器都是會在底盤靠近地面，或者靠近輪轂的位置，當(dāng)一些天氣惡劣的時候，比如說嚴酷的天氣很大的暴雨或者說一些嚴寒的天氣，你的輪胎帶起來的水其實會沖擊這些連接器，如果大家熟悉測試的話，國內(nèi)標(biāo)準沒有IP6K9K一說，你會發(fā)現(xiàn)如果IP67的話，高壓水槍的沖擊的壓力，其實沒有6k9k大。當(dāng)汽車高速行使的時候，突然涉水時，瞬時涌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要求。
針對這一點的話，現(xiàn)在國內(nèi)標(biāo)準QC/T1067,國外標(biāo)準USCAR將連接器密封分為兩個等級S1和S2。S2等級的話，明確規(guī)定適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是6K和9K。如果連接器并不是布置在上述位置，IP67的設(shè)計其實還是可以滿足整車使用要求。
1.2.5 電磁屏蔽
電動汽車有很多的電子器件，電流會產(chǎn)生磁場，整車零部件要有抗干擾的能力。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(chǔ)上更多地開發(fā)，所以這個技術(shù)問題非常重要。對于高壓系統(tǒng)而言，屏蔽連接器、電纜是非常重要的，但是我們更多的是要優(yōu)先考慮系統(tǒng)級的布置，這是一個前提條件，如果你的OBC，你布置的位置，包括系統(tǒng)中的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(xiàn)各種信號干擾的問題，所以首先要考慮系統(tǒng)型的，其次考慮零部件級的。對于連接器屏蔽效能，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，里面會有金屬屏蔽罩，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(xiàn)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考慮這種方式，我們叫spring contact（英文），其實就是一個彈簧的連接。這種結(jié)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(jié)構(gòu)的制造商很多，主要代表的公司像瑞士的寶馬彈簧等，他們在這塊有很多實際成熟應(yīng)用案例。大多數(shù)情況下，導(dǎo)線和屏蔽層的連接，我們會用金屬內(nèi)、外環(huán)的形式，進行壓接，將屏蔽層置于兩個金屬環(huán)之間，通過冷壓變形使屏蔽層和金屬環(huán)進行緊密固定。另外，我們還有一種屏蔽方式，它通過一種類似于表帶簧的結(jié)構(gòu)，用以替代彈簧連接，該結(jié)構(gòu)常在軍用產(chǎn)品上使用，技術(shù)成熟；我們做過相關(guān)測試，均能滿足設(shè)計要求。該結(jié)構(gòu)應(yīng)用在新能源電動車的屏蔽，既能夠滿足性能要求，同時又是沖制件，適合批量生產(chǎn)，性價比高。
1.2.6連接器材質(zhì)
連接器絕緣件材質(zhì)一般選用PA66、PBT防脆斷接插件專用工程塑料等。接觸件材質(zhì)一般選用黃銅、磷青銅、鈹銅等，但現(xiàn)在國外用的比較多的材料是銅鎳硅材料。連接器殼體材質(zhì)一般分為塑料和金屬兩種材質(zhì)。
關(guān)于如何選擇塑料材質(zhì)或者金屬材質(zhì)，一般有如下幾個參考點：
1.輕量化
由于對整車輕量化的需求，尤其是乘用車廠商會在滿足產(chǎn)品性能的前提下，盡量去選擇塑料連接器，以達到控制整車重量。
2.產(chǎn)品的使用環(huán)境
由于金屬材料的機械強度比塑料好。所以在一些使用環(huán)境比較惡劣的環(huán)境下，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，未做防護的電氣連接部位。此時，金屬材質(zhì)相比塑料材質(zhì)的連接器在受環(huán)境影響及機械強度方面略勝一籌。
在汽車接插件的應(yīng)用上，接插件防脆斷專用料可以幫助您解決以下問題：
1.PBT和PA66接插件的脆斷問題，特別是有卡扣和鉸鏈結(jié)構(gòu)的接插件容易脆斷的問題。
2.PA66接插件的拉拔力受水份的影響比較大的問題，注塑汽車接插件，注塑完半天就具有強韌性和良好的拉拔力，不用水處理，吸水率只有PA66的六分之一，拉拔力不會受使用環(huán)境的濕度的影響。
3.PBT和PA66接插件在零下30攝氏度以下時，容易脆斷的問題。注塑接插件具有良好的耐低溫性，不易脆斷。
4.增韌后的PBT和PA66，解決了常溫下的脆斷問題，但同時會出現(xiàn)在60度到120度使用時，拉拔力下降厲害的問題。注塑接插件可以在常溫、低溫和高溫的使用環(huán)境下，都保持良好的拉拔力和強韌性。
5.在多PIN針的汽車接插件應(yīng)用上，PBT和PA66注塑接插件會出現(xiàn)翹曲的問題，主要是因為材料的流動性不夠好，需要比較大的壓力和速度來注塑，內(nèi)應(yīng)力較大，所以翹起會比較明顯。具有非常優(yōu)異的加工流動性，可以幫您解決翹曲的問題。
6.PBT的水口料添加到新料中注塑接插件時，容易變脆，這是因為PBT容易高溫水解。具有優(yōu)異的耐高溫水解性，水口料添加量高達35%時，對接插件的力學(xué)性能影響也非常小。
3.屏蔽實現(xiàn)方式
針對屏蔽連接器，由于金屬連接器自身的外殼就是用于導(dǎo)通屏蔽，形成屏蔽保護的載體。一般情況下，金屬連接器較塑料連接器更容易實現(xiàn)更為優(yōu)異的屏蔽效能，外形結(jié)構(gòu)更為緊湊。
1.2.7 連接器選型
1.2.7.1連接器選用流程（見下圖）
1.2.7.2連接器常用技術(shù)參數(shù)解讀
（1）使用位置：顧名思義，即為連接器在整車不同高壓電器上的應(yīng)用位置，選擇連接器。
（2）額定電壓：電氣設(shè)備（包括用電、供電設(shè)備）可長期穩(wěn)定工作的最大電壓。
額定電壓大小與爬電距離&電氣間隙成正比。
換句話說，額定電壓要求越高，連接器越大，或者越長。爬電距離&電氣間隙設(shè)計標(biāo)準依GBT 16935.1(IEC 60664-1)，
（3）額定電流：電氣設(shè)備的額定電流是指在基準環(huán)境溫度下，在額定電壓工作條件下，發(fā)熱不超過長期發(fā)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,額定電流是根據(jù)電氣設(shè)備的功率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(chǎn)生的最大電流值。
載流截面積與連接器額定電流成正比，換句話說，插針/孔/導(dǎo)線截面越大，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(shè)計HVIL功能目的
確認整個高壓系統(tǒng)的完整性，當(dāng)高壓系統(tǒng)回路斷開或者完整性受到破壞的時候，激發(fā)整車的安全措施啟動。
（4.2）HVIL功能的實現(xiàn)
a.需要整個系統(tǒng)構(gòu)成，系統(tǒng)開發(fā)時就要設(shè)計進去；
b.主要通過連接器來完成；
c.HVIL電路是低壓電，相對于功率電路，是獨立的。
（4.3）連接器HVIL功能實現(xiàn)原理
功率和信號端子應(yīng)滿足：
——連接時，功率端子先接通，信號端子后接通。
——斷開時，信號端子先斷開，功率端子后斷開。
特別說明：功率端子的接通，表示良好的接觸，虛接觸是不可接受
（5） 屏蔽
交變電場屏蔽:為降低交變電場對敏感電路的耦合干擾電壓，可以在干擾源和敏感電路之間設(shè)置導(dǎo)電性好的金屬屏蔽體，并將金屬屏蔽體接地。
屏蔽與非屏蔽連接器主要區(qū)別即為是否設(shè)置有導(dǎo)電良好的金屬屏蔽體。
（6） 防護等級
IP防護等級是由兩個數(shù)字所組成，第一個標(biāo)記數(shù)字表示電器防塵、防止外物侵入的等級，第二個標(biāo)記數(shù)字表示電器防濕氣、防水侵入的密閉程度，數(shù)字越大表示其防護等級越高。
（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面法向方向之間的角度，依此劃分，常見的有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(shè)計人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(jīng)過負載計算的額定電壓應(yīng)小于等于連接器額定電壓，若整車工作電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(fēng)險。
（2）電流選型需匹配：整車經(jīng)過負載計算的額定電流應(yīng)小于等于連接器額定電流，若整車工作電流超出連接器額定電流長時間運行，電連接器有過載燒蝕風(fēng)險。
（3）電纜選型需匹配：整車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(guān)于電纜載流，各主機廠有專門的電氣工程師進行匹配設(shè)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(xiàn)可靠的防護性能，如IP67；根據(jù)計算，實現(xiàn)特定的接觸壓力依靠密封件特定的壓縮量實現(xiàn)，依此推出，若需可靠防護，連接器的密封防護在設(shè)計之初就對電纜有特定的尺寸要求；
同等規(guī)格的載流截面，電纜可有不同的外徑尺寸，如屏蔽電纜與非屏蔽電纜，國標(biāo)電纜與LV216標(biāo)準電纜，具體匹配何種電纜，連接器選型規(guī)格書均有明確表述，故連接器選型時需特別注意適配電纜規(guī)格要求，以防造成連接器密封失效。
在汽車扎帶的應(yīng)用上，作為一款耐寒耐干、免水煮強韌型扎帶專用工程塑料，與傳統(tǒng)的尼龍材料相比具有更好的剛性和韌性、可以幫助解決PA66扎帶拉力不穩(wěn)定并且容易脆斷的問題（特別是低溫脆斷的問題），吸水率只有尼龍66的六分之一，做的扎帶的拉力影響很小，注塑完就具備強韌的力學(xué)性能，無需水處理。
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