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來源：電動網(wǎng)

作者：劉敢闖

對于新能源汽車，國內(nèi)談論多的是“電池、電機、電控”三電系統(tǒng)的如何發(fā)展和技術突破，然而實際應用中，還有一個重要的電氣單元——高壓電氣連接系統(tǒng)。【本文作者為樓佳烽，深耕電動力總成數(shù)年，授權電動網(wǎng)發(fā)布，謝絕任何形式未經(jīng)許可的轉(zhuǎn)載】

高壓電氣連接系統(tǒng)主要包含高壓線束和連接器，整車故障報修中，電氣連接系統(tǒng)有一定占比，電連接成為高壓系統(tǒng)中較為薄弱的一個環(huán)節(jié)。

在電氣連接系統(tǒng)中，連接器的質(zhì)量尤為重要，這成為保障電連接安全可靠至關重要的因素，以下是國內(nèi)外的一些參考標準：

國標還未正式發(fā)布，對照國外標準，征求稿的細則上還是有較大區(qū)別。連接器選型應用時，需要根據(jù)部件使用環(huán)境（如溫度、濕度、海拔等）、安裝位置（振動條件、體積結(jié)構(gòu)、密封等級要求）、載流特性、成本核算等合理選擇產(chǎn)品。對高壓連接器的理想期望，希望產(chǎn)品有較高的安全防護等級、高耐溫、大載流、低功耗、抗油脂、體積小、輕量化、長壽命周期且低成本。

1. 安全防護

連接器的安全防護主要指電氣性能滿足設計要求，如絕緣、耐壓、電氣間隙、爬電距離、防呆、防觸指（端子周圍加絕緣材料，高出端子高度或者端子加塑料帽）設計等符合規(guī)定要求，除了以上性能，應用時，需重點關注連接器HVIL和密封防護、EMC性能。

1）高壓互鎖（High Voltage Interlock）

高壓互鎖是通過使用電氣信號，可以確認高壓系統(tǒng)連接的完整性，也可以作為蓋板打開檢測。

高壓連接器設計時，考慮插拔過程中的高壓安全保護，如斷開時，HVIL首先斷開，后斷開高壓端子；而接合時則相反。連接器HVIL在結(jié)構(gòu)設計上一般有內(nèi)置式和外置式（見圖1），由于內(nèi)置式結(jié)構(gòu)緊湊體積較小，目前普遍使用內(nèi)置式，高壓互鎖回路安裝在高壓端子之間。在應用中，部分內(nèi)置式連接器缺少互鎖裝置的CPA（Connector position assurance），如果連接器結(jié)構(gòu)設計得不好，在某些惡劣的條件的，部分供應商的產(chǎn)品由于互鎖裝置位移會導致互鎖信號的不連續(xù)性，給車輛調(diào)試及安全駕駛帶來不必要的問題。

在實際使用的過程中，HVIL回路主要通過信號（如電平、PWM信號）注入法檢測，失效模式主要考慮HVIL電路故障短路（包含對電源、對地短路，采用電平檢測，存在系統(tǒng)可能無法正確判斷的風險）或斷開（產(chǎn)品需確保互鎖裝置不位移）。

另外，連接器選型設計時應考慮連接器HVIL裝置接觸電阻及線束回路電阻，避免由于信號壓降造成的HVIL檢測失效。

2）防護等級要求

高壓連接器密封一般要求至少達到IP67，在汽車一些特殊場合選型時甚至要求IP6K9K，以保證即便在高壓沖洗時也滿足使用要求。

目前產(chǎn)品防護要求及驗證方法主要參考GB4208，把部件或連接器放置于水箱1m深處，以檢測其防護等級IP67是否通過（見圖2），但在實際使用中，這一點是否能模擬車輛的實際工況上值得商榷

車輛的實際工況需要經(jīng)歷疲勞荷載，面臨材料老化問題（見圖3）。比如，長期面臨振動條件；天氣下，需面對極寒極熱情況；涉水時，水分中含有其他雜質(zhì)，需應對腐蝕性等情況。為保障全生命周期內(nèi)產(chǎn)品性能，實際運用當中，重要的是在車輛接近壽命尾聲時，密封情況的好壞。

連接器在實驗室的浸水防塵測試，無法*模擬車輛連接器的實際環(huán)境。將連接器產(chǎn)品先經(jīng)過機械疲勞、振動、熱沖擊、鹽霧等測試后，再進行IP67測試，可以盡可能完整地預估系統(tǒng)生命終期的密封性能。

另外，值得注意的是，密封材料一般為橡膠材質(zhì)，本身面臨壽命衰減，目前連接器產(chǎn)品應用中缺少有效的風險報告，在系統(tǒng)設計時，也需要考慮如何預防因密封材料壽命衰減帶來的問題。

如果產(chǎn)品全生命周期內(nèi)可以保證密封性能，連接器密封在應用設計中，主要考慮以下幾點：連接器和部件之間（主要涉及部件結(jié)構(gòu)設計控制）、連接器和電纜之間（產(chǎn)品保證密封圈位置限位不移動及線束生產(chǎn)時控制裝配準確性）、連接器公母端之間（產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝及裝配的完整性）。

3）EMC

由于新能源汽車使用大量電力電子器件，高壓和大電流產(chǎn)生的電磁場，會對其他的通訊設備產(chǎn)生電磁干擾，整車和零部件必須要有抗干擾和抗輻射的能力。

高壓電氣連接系統(tǒng)設計時，要求連接器具備360°屏蔽層，并有效地和電纜屏蔽層連接，屏蔽層覆蓋整個連接器長度，以保證足夠的屏蔽功能，并盡量減少屏蔽界面之間的電阻，在產(chǎn)品生命周期內(nèi)，屏蔽連接接觸電阻＜10mΩ。

對于由塑料制成的高壓連接器，屏蔽須用金屬面來實現(xiàn)。

2. 連接器耐溫、功耗

連接器（主要指其中的接觸件）超過規(guī)定使用溫度限值，連接器會因發(fā)熱降低安全特性，甚至失效損壞。造成連接器溫升增高的主要原因如下：

1）環(huán)境因素，布置位置易受高溫影響或處于熱量集中的密封艙內(nèi)，在避免不了其布置位置的情況下，選型時也需要對連接器的耐溫進行考慮（如標2）。

2）連接器自身發(fā)熱，影響因素主要為插合接觸件的接觸電阻功耗發(fā)熱或壓接不良。

連接器電性能重要的衡量指標為連接器之間的接觸電阻，接觸電阻越小，則電壓降越小，意味著電損耗越低，也意味著溫升較低，連接端子可以獲得較高的使用壽命。

接觸件受熱后將影響鍍層，或在接觸區(qū)域形成絕緣薄膜層，增大接觸電阻，進一步加劇溫升，形成惡性循環(huán)。

連接器受熱超過限值，熱失效嚴重時線束燒毀，且將導致絕緣材料產(chǎn)生化學分解，降低絕緣性能，嚴重時有可能出現(xiàn)連接器正負極柱間因絕緣材質(zhì)熱熔后擊穿短路現(xiàn)象。

參照大眾VW80834標準，連接器接觸電阻不能超過表3的限值：

連接器線纜壓接完整后，接觸電阻計算公式如下：

Rtotal=Rcrimp1+Rcontact+Rcrimp2

a）一般而言，線束壓接外包給選配的連接器廠家代工，可以更好地保障連接器壓接可靠性。實際應用中，連接器熱失效大部分由于線束壓接不良，如壓接比率不足，導致飛邊壓接，或者壓接比率過剩，導致壓接不*。

b）連接器的界面結(jié)構(gòu)，如材質(zhì)/鍍層種類及它的純度、厚度、幾何形狀等決定了連接器的性能，包括接觸電阻、插拔力和插拔壽命。

高壓連接器端子接觸件結(jié)構(gòu)主要有開片式、冠簧式、扭簧式、表帶式等（如圖7），不同的結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定了電接觸方式（面接觸、線接觸和多點接觸），選用何種形式需要根據(jù)連接器的應用場合決定。對于經(jīng)常插拔式連接器，根據(jù)并聯(lián)分流原理，利用載流橋數(shù)量多少以達到降低接觸電阻的目的。

連接器鍍層一般選擇接觸電阻較低的銀（如表5），不同廠家產(chǎn)品鍍層厚度各不相同（鍍層太薄磨損厲害，太厚鍍層附著力不足），選用時需根據(jù)考慮不同的適用場合，如室內(nèi)/室外、是否需要頻繁插拔等。比如充電連接器，實驗室插拔試驗可滿足國標規(guī)定的10000次目標，但在戶外實際使用條件下，首先面臨的環(huán)境條件比實驗室惡劣（如潮濕、炎熱、粉塵等）；其次，人員操作是否規(guī)范具有隨機不確定性。若使用或維護不當，充電連接器局部鍍層將磨損嚴重，出現(xiàn)“漏銅”現(xiàn)象，使用中將產(chǎn)生銅銹，導致有效的載流面/點減少。

另外，連接器選型應用中，還應關注連接器端子的結(jié)構(gòu)形式，如插件端子以90°直角連接，則應避免選用螺紋連接的結(jié)構(gòu)形式。此種結(jié)構(gòu)形式，螺紋齒紋配合精度要求非常緊密，但在螺紋加工以及線束裝配過程中，無法避免不*連接接觸。尤其是大電流端子連接，長期使用中，端子螺紋齒口會由于局部過熱，連接器面臨熱失效風險。

關于此點，也可參見大眾制訂的VW80304-2013標準，規(guī)定電纜出線以180°、90°方式，直角90°方式下，不允許螺紋連接。

3. 連接器壽命、成本

對于連接器性能壽命要求，大眾汽車標準中規(guī)定：乘用車開發(fā)項目必須保證全功能能力生命周期：至少15年或300000Km（≥8000h動作+30000h充電），商用車須保證至少15年或1000000Km。

連接器選型過程，產(chǎn)品成本不應是考慮因素，只有在滿足性能要求基礎上，降本增效才有可能，除非愿意以犧牲整車高壓電氣連接可靠性為代價。當然，為保證產(chǎn)品性能，選型中也應避免結(jié)構(gòu)和規(guī)格的過度選配，造成產(chǎn)品成本的提升。

總結(jié)：

高壓電氣連接系統(tǒng)涉及電氣架構(gòu)及安全，連接器產(chǎn)品關于整個產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。

產(chǎn)品的性能決定于產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和材料，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)被優(yōu)化到合適，產(chǎn)品性能的競爭就是基礎材質(zhì)與物理研究的競爭。在產(chǎn)品選型應用中，如果不掌握連接器界面材質(zhì)，不了解連接器的失效機理，就無法科學評估連接器的可靠性。對于1000V高壓系統(tǒng)的熱點討論，對連接器提出了更高的性能要求。