車載高壓連接器的相關(guān)特性

1.性能要求

相較于傳統(tǒng)高壓大電流連接器，電動汽車具有600V以上高壓及300A以上大電流系統(tǒng)，高壓連接器的使用工況更復(fù)雜多變，對連接器的安全性、可靠性、屏蔽性具有更高的要求；相較于傳統(tǒng)低壓汽車連接器，高壓連接器和傳統(tǒng)車輛連接器有不同的產(chǎn)品特性，有不同的要求，最重要的一個區(qū)別是電壓比較高，圍繞高壓帶來的各種關(guān)聯(lián)性的要求，同時傳統(tǒng)的很多要求等級也都變高了，比如絕緣防護、耐壓、防護、高壓互鎖，甚至其環(huán)境要求都有所變化，比如海拔等。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，對產(chǎn)品的絕緣、防護要求等比傳統(tǒng)低壓插件均有很大提高。如下是高壓連接器在整車系統(tǒng)運用中的一個布局圖。

高壓連接器產(chǎn)品的質(zhì)量和精度直接影響到連接器的機械、電氣、環(huán)境等性能，作為新能源汽車各連接系統(tǒng)的橋梁，其質(zhì)量好壞、可靠性高低會直接影響新能源汽車行車安全和整車安全，因此高壓大電流連接器的質(zhì)量要求比較高，須具備良好的電氣、機械和環(huán)境性能，具有高電壓、大電流性能；需要能夠在各種工況下實現(xiàn)等級較高的防護功能(例如高溫、震動、碰撞沖擊、防塵防水等)；具備可安裝性；有良好的電磁屏蔽性能；成本應(yīng)盡可能的低并且耐用，才能符合整車標(biāo)準(zhǔn)。高壓連接器產(chǎn)品的基本性能要求：

--載流能力必須能滿足200A或以上；

--壽命插拔要求在500次以上；

--溫升能力保證在55K以內(nèi)。USCAR37要求為55K以下; 一般車廠要求50K以下,實際驗證測試中，若溫升達到45K的時候，應(yīng)分析原因，并作出改善對策。

2.設(shè)計要求

（1）高壓連接器安全設(shè)計要求：

在不使用工具的情況下， 應(yīng)無法打開，且有以下三點要求：

a) 高壓連接器分開后，應(yīng)滿足IPXXB的防護等級要求；

b)高壓連接器至少需要兩個不同的動作才能將其從相互的對接端分離， 且高壓連接器與其它某個機構(gòu)有機械鎖止關(guān)系，在高壓連接器打開前，該鎖止機構(gòu)必須要使用工具才能打開；

c) 在高壓連接器分開之后，連接器中帶電部分的電壓能在1s內(nèi)降低到不大于30Va.c. (rms) 且不大于60Vd.c。

（2）高壓連接器應(yīng)遵循SAE J1742規(guī)定的要求，具有以下技術(shù)要求：

SAE J1742規(guī)定的技術(shù)要求

(3)如何保證高壓連接器生命周期的可靠性

按照LV215的要求是乘用車至少15年30萬公里，商用車的里程數(shù)要比乘用車多很多，是100萬公里；在整車的生命周期內(nèi)，高壓連接器是不能出現(xiàn)功能性問題的，嚴格意義來說，是要通過DFMEA以及完整的群組測試根據(jù)應(yīng)用的環(huán)境及相關(guān)條件不同來判定，和保證其可靠性。

3.性能總述

高壓連接器需要滿足三大性能：電氣性能、機械性能，密封性能。

從完整的機械性能、電氣性能、環(huán)境性能、嚴格的群組測試、連接的三個區(qū)域等方面，可以參考標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，比如什么情況下要求什么防護等級，什么環(huán)境什么振動要求等，但是同時需要了解標(biāo)準(zhǔn)之外的東西，比如ISO的標(biāo)準(zhǔn)里就有提及比如車輛振動下飛石對連接器等懸掛較低的電子件的影響，具體的要求是什么樣的，是否一定有必要做？什么情況下需要？什么環(huán)境下需要？等等這些不會在標(biāo)準(zhǔn)里詳細提及，很多時候來自于OEM和供應(yīng)商之間的商榷確定。很多的產(chǎn)品特殊要求是來源于實際的工況應(yīng)用要求的，而這些是很少在標(biāo)準(zhǔn)里面體現(xiàn)的。再比如如今城市道路一到雨季就有很多積水，車輛泡在水里，甚至在水里行駛一段距離已經(jīng)快成為常態(tài)了，但是沒有在標(biāo)準(zhǔn)上看見能夠說測振動的同時還測防水性能的，但是這個的確是工況環(huán)境的實際需要的，那是不是標(biāo)準(zhǔn)上沒有就不需要去做了呢？認為不是！車輛是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，系統(tǒng)里有很多的點構(gòu)成，每個點都有很多問題，那就應(yīng)該每個點的逐一想辦法解決，想辦法通過試驗最大化程度的模擬實際的狀態(tài)，當(dāng)然這個過程里的確需要追求性能和成本的雙平衡，但那些往往看不見的地方，才是別人領(lǐng)先的地方，這也同時應(yīng)該是一個優(yōu)秀的高壓連接器廠家需要去考慮的問題，設(shè)計的產(chǎn)品是不是已經(jīng)“知其然知其所以然了”？是否能夠根據(jù)客戶的實際工況環(huán)境、技術(shù)要求，特殊要求等輸入建立完整而又詳細的設(shè)計模型框架？是否能保證這些框架上的每個點都能根據(jù)客戶的特殊要求而改變調(diào)整。這個是一個企業(yè)能否做下去，健康的活下去非常關(guān)鍵的地方。

（1）電氣性能

1）接觸電阻

由①插針和插孔插合的接觸電阻

②端子壓接導(dǎo)線處的壓接電

組成。

由引腳和插座保證，主要有兩個要求：

①插針和插座的接觸電阻必須小于規(guī)定的接觸電阻;

②插入插針和插座后，請確保接觸的連續(xù)性，并且不要瞬時或長期斷開接觸，

僅通過完成這兩點，就可以確保在連接到電連接器的組件之間可靠地傳輸光和電信號。

接觸電阻

都知道接觸電阻是考察電接觸及傳輸可靠性的一項重要的指標(biāo)，接觸電阻的大小完全取決于具體應(yīng)用，在特定的使用環(huán)境下，接觸電阻越低，接觸可靠性一般越高。接觸電阻由收縮電阻、膜層電阻和導(dǎo)體電阻組成。導(dǎo)體電阻通常較小可以忽略不計，主要是由收縮電阻和膜層電阻組成。依據(jù)電接觸理論，接觸電阻R=RC+Rf+Rp,式中：

Rp—為導(dǎo)體電阻，它是端子和引出線的歐姆電阻之和,其大小決定于端子和引出線所選用的材料、截面形狀及長度尺寸。

RC—集中電阻，當(dāng)兩個端子彼此接觸時,其表面不可能完整地接觸，微觀上是點與點的接觸。當(dāng)電流由一個接觸件流向另一個接觸件時，電流線就受到收縮而產(chǎn)生阻力，因而產(chǎn)生的電阻就稱為收縮電阻。

電連接，兩個相互接觸的表面不可能是光滑的面接觸，在微觀情況下，任何光滑的表面都是凹凸不平的，當(dāng)電流通過這些凹凸不平的觸點時，接觸面積減少，電流會收縮(或集中)，電流密度會增大，進而產(chǎn)生收縮電阻；影響收縮電阻大小的因素非常多，比如這些斑點的形狀、數(shù)量、分布、包括電鍍工藝等等，而且還和正壓力也有很大的關(guān)系。

Rf—膜層電阻，它是接觸件表面上的粘著膜、表面晦暗膜及薄膜所產(chǎn)生的電阻。

接觸電阻的影響因素：材料本身的特性，接觸壓力、生產(chǎn)工藝能力等。

膜層電阻

說膜層電阻其實就是由接觸件的表面膜層被空氣種一些污染物附著，并穿破了表面層和金屬基體直接接觸形成的，這個又叫“隧道效應(yīng)”。其實電流如果較小，如果小到mV或者mA級是根本無法擊穿膜層的，所以國標(biāo)里測量接觸電阻時，才有針對低電平的接觸的。連接器的自清潔效應(yīng)其實就是利用了大電流可以擊穿灰塵等異物的原理，其實原理很簡單，就是局部的觸電點產(chǎn)生較大的焦耳，產(chǎn)生較大的熱量融化或分解掉異物，當(dāng)然也會形成一些新的異物。

對于一些高精密傳輸?shù)刃袠I(yè)，膜層電阻或者收縮電阻都已經(jīng)做了非常細的理論和實際研究，大量的數(shù)據(jù)測試也了解很多的規(guī)律。有條件的在不考慮的材料的塑性變形的情況下，算一下設(shè)計的簧的接觸電阻和實際測量的差距有多大。

端子的接觸簧片性能直接影響了載流的傳導(dǎo)的可靠性，關(guān)注其在振動下接觸電阻情況。鍍層也是影響ECR變化的重要因素，目前電動汽車高于連接器的鍍層基本是鍍銀層居多，但是這個鍍層它不是一層，一般來說裸銅、鍍銅、鍍鎳、鍍銀；為什么不能鍍錫，其實早期的連接器也要鍍錫的，由于鍍錫連接器由于其柔軟性，成本低，ECR（Electrical contact resistance）相對較低，在傳統(tǒng)汽車插件上應(yīng)用比較廣泛，但是錫是不能耐高溫的，而且微觀層面，鍍錫層在振動下會產(chǎn)生微動磨損，在微動腐蝕過程中，微動磨損反復(fù)將新鮮金屬暴露在大氣中，導(dǎo)致接觸界面上的 氧化和碎片堆積。這不斷減少導(dǎo)電面積和電導(dǎo)率。因此，當(dāng)振動被應(yīng)用于鍍錫連接器時，ECR將繼續(xù)名義上和逐漸地隨著時間的增加而增 加，但是與銀涂層的連接器可以使微動腐蝕不那么顯著。

2）為了提高連接器的耐高壓性能，連接器插合時其界面部位應(yīng)貼合，無空氣間隙。連接器的界面主要包括插頭連接器和插座連接器的插合界面、連接器接觸件和導(dǎo)線的連接部分。這些部件需要介質(zhì)全填充、無空氣才能可靠保證連接器不被擊穿。為了杜絕界面氣隙的存在，在高壓連接器設(shè)計時一般采取如下措施：

①在插合界面處采用軟絕緣材料，以保證在插合到位的同時將空氣間隙填實。

②插孔接觸件外的絕緣采用模塑的形式，將接觸件外的間隙填實。

③插頭和插座的插合面采用錐面結(jié)構(gòu)。

④接插件連接導(dǎo)線后，部分導(dǎo)線絕緣伸入連接器殼體絕緣。

為了提高連接器的耐高壓性能，電動汽車高壓連接器選用了絕緣性能良好，擊穿電壓高，絕緣強度高，高溫高壓下穩(wěn)定性好，耐電弧，耐漏電痕跡，吸濕性低的PPA(聚鄰苯二甲酰胺)塑料。

連接器爬電電阻

3）爬電距離和電氣間隙

根據(jù)實際情況應(yīng)用不同在IEC60664-1的安規(guī)里有做了定義要求。

l電氣間隙是指帶電導(dǎo)體在空間的最短距離，在高壓設(shè)備中為了盡量減少故障風(fēng)險, 需要并給出足夠的安全范圍, 攜帶高電壓的導(dǎo)體必須保持一定的最小距離分離，這些距離稱為間隙和漏電。

如果要確定電氣間隙（Clearance），需要結(jié)合IEC60664-1下面兩張表，及根據(jù)以下四個步驟：

確定工作電壓峰值和有效值；

確定設(shè)備的供電電壓和供電設(shè)施類別 ；

根據(jù)過電壓類別來確定進入設(shè)備的瞬態(tài)過電壓大小；

確定設(shè)備的污染等級（一般設(shè)備為污染等級2）；

確定電氣間隙跨接的絕緣類型（功能絕緣、基本絕緣、附加絕緣、加強絕緣）

l爬電距離是指帶電導(dǎo)體沿絕緣表面的最短距離，指當(dāng)工作電壓過大時，瞬時過電壓會導(dǎo)致電流沿絕緣間的間隙向外釋放電弧，損害器件甚至操作人員，這個絕緣間隙就是爬電距離。電弧持續(xù)的工作電壓決定了爬電距離。在高壓連接器結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)盡可能增大爬電距離，考慮到連接器介質(zhì)耐壓4000V以上。經(jīng)過仔細計算與校核，將連接器的爬電距離設(shè)計成24mm以上。即可完全滿足高壓連接器600V的使用要求。

如果計算爬電距離（creepage），需要考慮以下四點：

①確定工作電壓的有效值或直流值；（如工作電壓數(shù)值在表兩個電壓范圍之間時，需要使用內(nèi)差法計算其爬電距離。）

②確定材料組別（根據(jù)相比漏電起痕指數(shù)，其劃分為：Ⅰ組材料，Ⅱ組材料，Ⅲa組材料, Ⅲb組材料。注：如不知道材料組別，假定材料為Ⅲb組）；

③確定污染等級；（污染等級有四級，一般設(shè)備為污染等級2）

④確定絕緣類型（功能絕緣、基本絕緣、附加絕緣、加強絕緣）。

其中主要根據(jù)CTI材料類別和污染等級結(jié)合電壓值，可以依據(jù)IEC60664-1查到對應(yīng)的Creepage尺寸。實際在設(shè)計的時候，可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值結(jié)合實際經(jīng)驗靈活設(shè)定

尺寸，不要全部依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。

4）絕緣電阻是指在連接器的絕緣部分施加電壓，從而使絕緣部分的表面或內(nèi)部產(chǎn)生漏電流而呈現(xiàn)出的電阻值，即絕緣電阻（MΩ）=加在絕緣體上的電壓（V）/泄漏電流（μA）。通過絕緣電阻檢驗確定連接器的絕緣性能能否符合電路設(shè)計的要求或經(jīng)受高溫、潮濕等環(huán)境應(yīng)力時，其絕緣電阻是否符合有關(guān)技術(shù)條件的規(guī)定。絕緣電阻是設(shè)計高阻抗電路的限制因素，絕緣電阻低，意味著漏電流大，這將破壞電路的正常工作。例如形成反饋回路，過大的漏電流所產(chǎn)生的熱和直流電解，將使絕緣破壞或使連接器的電性能變差。

① 絕緣材料 設(shè)計電連接器時選用何種絕緣材料非常重要,它往往影響隨后產(chǎn)品的絕緣電阻能否穩(wěn)定合格。如某廠原使用醋醛玻纖塑料和增強尼龍等材料制作絕緣體，這些材料內(nèi)含極性基因，吸濕性大，在常溫下絕緣性能可滿足產(chǎn)品要求，而在高溫潮濕下絕緣性能不合格。后采用特種工程塑料PES（聚苯醚砜）材料，產(chǎn)品經(jīng)200℃、1000h和240h潮濕試驗，絕緣電阻變化較小，仍在105MΩ以上，無異常變化。 ②密封不良 干區(qū)里面的電子電器和線束受到高溫/高濕以及化學(xué)品/灰塵影響較小，濕區(qū)剛好相反，如果密封不良，可能導(dǎo)致電器和線束進水，引起內(nèi)部電路短路/腐蝕等，直接導(dǎo)致功能失效，這就需要線束的連接器插接件做好密封保護。

密封結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理：

a、密封膠圈壓縮量不足，線束平順安裝密封無問題，折彎后密封失效；

b、耐老化性能及機械性能差，長期使用老化開裂，導(dǎo)致密封失效，密封結(jié)構(gòu)設(shè)計時優(yōu)先選用徑向密封結(jié)構(gòu)。

c、凝露：

連接器內(nèi)部由于工作時發(fā)熱內(nèi)部空氣含水量高，停止工作后靜置，由于溫差導(dǎo)致空氣中的水分析出在低溫表面，進而導(dǎo)致絕緣失效，特別是發(fā)熱部件連接器，如驅(qū)動電機連接器。

空氣主要由干空氣、水汽、塵埃組成。通常濕度是指空氣中水蒸氣的含量，飽和濕度是單位體積的空氣在一定溫度條件下所能包含的水汽量的最大限度，與空氣溫度有關(guān)，溫度越高，所含水分越多。30%～60%的相對濕度是對于一般電氣設(shè)備比較適宜的。如果保持空氣絕對濕度不變，降低空氣溫度，溫度降低到一定值時空氣中濕度會達到飽和，繼續(xù)降溫，空氣中水分就會析出，這種有液態(tài)水析出的現(xiàn)象稱為“凝露”。露點溫度是含濕量和大氣壓力保持不變的前提下能使空氣相對濕度達到100%的溫度。

試驗室條件下的凝露現(xiàn)象主要包括兩種情況。一種是出現(xiàn)在升溫階段，升溫過程中殼體表面溫度低于環(huán)境溫度，殼體外表面的空氣遇到低于露點溫度的產(chǎn)品表面時，水氣會凝結(jié)在殼體外壁，形成凝露。

另一種是出現(xiàn)在降溫階段，外部環(huán)境先降溫，所以殼體內(nèi)壁比內(nèi)部空氣溫度低，如果殼體內(nèi)壁溫度達到內(nèi)部空氣的露點溫度，殼體內(nèi)壁就會形成凝露。要解決的凝露問題主要是第二種，避免內(nèi)壁產(chǎn)生凝露影響內(nèi)部電氣元件性能。凝露是溫度與濕度共同作用的結(jié)果，環(huán)境濕度高，氣候溫差大，容易產(chǎn)生凝露。我國地域遼闊，氣候差異巨大，在沿海環(huán)境濕度大，西北地區(qū)溫差變化大，此類區(qū)域一般更易產(chǎn)生凝露。

在金屬表面涂覆硅膠干燥劑涂層后，當(dāng)金屬表面溫度低于露點溫度有水分析出時，首先被吸附到金屬表面涂層中，吸附飽和后才會出現(xiàn)凝露。所以在金屬表面涂覆硅膠涂層，在一定時間內(nèi)可有效延緩凝露的產(chǎn)生，但并不能達到除濕的目的，且增加了加工和維護成本，還有就是加裝透氣閥。

d、虹吸：

連接器等電子元件進水主要有兩個途徑，第一是外部的液體其重力滲透進入其內(nèi)部，比如沒有密封圈的連接器，或水分從線束內(nèi)部連接點(比如沒有保護的焊點/壓接點/搭鐵點)進入；第二是虹吸，一般電器在工作時有一定溫度，內(nèi)部空氣形成一定壓力，當(dāng)停止工作后，溫度下降，內(nèi)部壓力也小了，這時會形成氣壓差，如果連接器密封不良，水汽會順著多股銅線間的間隙進入內(nèi)部，導(dǎo)致功能失效。

下圖為變速箱油冷卻閥N509插頭滲防凍液，防凍液沿N509插頭1號線進入變速器電腦J217插頭7號導(dǎo)致故障（液體虹吸現(xiàn)象）

③高溫 會破壞絕緣材料，引起絕緣電阻和耐壓性能降低；對金屬殼體，高溫可使接觸件失去彈性，加速氧化和發(fā)生鍍層變質(zhì)。電連接設(shè)計考慮載流溫升，工作狀態(tài)下不超過絕緣材料的額定工作溫度。 ④濕度 潮濕環(huán)境引起水蒸氣在絕緣體表面的吸收和擴散，容易使絕緣電阻降低到MΩ級以下。長期處于高溫環(huán)境下會引起絕緣體物理變形、分解、逸出生成物，產(chǎn)生呼吸效應(yīng)及電解腐蝕及裂紋。 ⑤污損 絕緣體內(nèi)部和表面的潔凈度對絕緣電阻影響很大，由于注塑絕緣體用的粉料或膠接上、下絕緣安裝板的膠料中混有雜質(zhì)，或由于多次插拔磨損殘留金屬屑及端接錫焊時焊劑殘留滲入絕緣體表面，都會明顯降低絕緣電阻。如某廠生產(chǎn)的圓形電連接器在成品交收試驗時發(fā)現(xiàn)有一個產(chǎn)品接觸件之間的絕緣電阻很低，僅20MΩ不合格，后經(jīng)解剖分析發(fā)現(xiàn)其原因是由于注塑絕緣體用的粉料中混有雜質(zhì)，后只得將該批產(chǎn)品全部報廢。 ⑥電氣間隙 電連接器的接觸對由絕緣安裝板固定其相互位置，接觸對之間、接觸對與外殼之間由絕緣板和空氣隙組成，絕緣板的抗電強度一般比空氣隙高，因此在正常條件和低氣壓條件下，電擊穿通常首先發(fā)生在空氣隙中，特別在尖角棱邊處空氣隙被擊穿產(chǎn)生飛弧，由于電弧的高溫將附近的絕緣材料表面燒焦碳化而短路，造成絕緣失效。

5）高壓連接器的溫升

隨著技術(shù)的發(fā)展，大功率趨勢會成為越來越受歡迎的，對于高壓連接器而言，如何不通過加大電纜的規(guī)格下，耐受更大的負載是需要研究的課題。應(yīng)用在新能源領(lǐng)域的高壓電氣連接系統(tǒng)，由線纜、連接器、銅/鋁排組成，其中連接部分的連接器，是產(chǎn)品載流能力的瓶頸點，其本身的載流能力決定整個系統(tǒng)的載流能力。目前行業(yè)應(yīng)用的高壓大電流連接器，涵蓋40A~500A的載流要求。如何在設(shè)計之初就能準(zhǔn)確評估產(chǎn)品的載流能力（即評估其溫升能力），是連接器行業(yè)亟需解決的技術(shù)難題。在大電流情況下，整個連接器會因通電而產(chǎn)生的熱量引起整個連接器系統(tǒng)溫度上升，溫度的上升顯著影響連接器的工作性能。對于大電流連接器，其溫度上升效應(yīng)是必須要考慮的關(guān)鍵性能。當(dāng)下經(jīng)常能看見電動汽車的各種自燃，這個里面有很多是熱失控造成的，異常的溫升會導(dǎo)致連接器因為溫升過高，發(fā)生燒蝕，所以對于整車而言，控制關(guān)鍵零部件的溫升，以及溫升模擬仿真再現(xiàn)，就變得非常重要，作為高壓連接的關(guān)鍵部件，高壓連接器的溫升、熱分析也變得尤為重要。

載流能力-溫升：

溫升性能決定了連接器本身的載流能力。在這些性能中,載流能力是一個關(guān)鍵性能，它決定連接器產(chǎn)品的能承載的電流等級。在電動汽車或其他應(yīng)用高壓大電流的系統(tǒng)中，200A的載流能力是其基本的功率要求。

溫升要求：

溫升的高低是衡量連接器性能的重要參數(shù)，是連接器設(shè)計最重要的設(shè)計關(guān)鍵項之一。

連接器工作時，通過的電流在接觸點處產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致溫度上升，此即為電子連接器的溫升。通常對于連接器的溫升要求是小于50K。連接器在工作中，上升的溫度超過周圍空氣的溫度(環(huán)境溫度)稱為溫升,溫升的單位為開氏(K)。大電流的連接器必須考慮溫度上升效應(yīng)，USCAR-2-2013 5.3.3中規(guī)定要求額定載流下，溫升需要在550C以下。此測試用于確定連接器系統(tǒng)在室溫下的最大載流能力，是高電流連接器的核心性能。

①溫升的理論基礎(chǔ)

溫升是材料的主體電阻作用的結(jié)果。主體電阻由端子的形狀及其材料阻抗決定。端子的溫升取決于熱產(chǎn)生過程中的熱傳遞所造成的熱能浪費。因此溫升又可以說是依賴于端子材料的熱傳遞能力，電流的大小和連接器的熱量對流。

通電流的產(chǎn)生熱能方程：

②溫升=最終溫度-初始溫度

在外加條件固定情況下，導(dǎo)電系數(shù)與傳熱系數(shù)是唯一能作用于溫升的材料屬性。不過這個公式對于溫升只是個保守的估計，因為它假設(shè)沒有通過對流或輻射而產(chǎn)生的熱量損失。

從第三個公式中很明顯地看出，溫升與產(chǎn)品的材料導(dǎo)電系數(shù)和傳熱系數(shù)成反比。為了降低溫升，不僅要提升導(dǎo)電系數(shù)，還要提升材料的傳熱系數(shù)以便可以產(chǎn)生少的熱量而傳出多的熱量，最終降低溫度的上升量。

溫度等級：連接器的溫度等級直接影響連接器所能承受的溫度，在設(shè)計中尤為關(guān)鍵。直接影響連接器的材料以及密封塑殼設(shè)計。

連接器的溫升受如下因素影響： a.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 b.物質(zhì)環(huán)境加熱：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，高壓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)境溫度高于材料允許使用最高工作溫度，此時若連接器長期處于該高溫環(huán)境，連接器內(nèi)部針孔件發(fā)熱導(dǎo)致內(nèi)部溫度無法及時散出，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。 c.板端的連接：設(shè)計的時候要用螺栓的情況下，要有預(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。所以在螺栓連接時，一定要根據(jù)操作規(guī)范進行扭力檢測。 d.降額曲線： 高壓連接器會有一份的降額曲線，降額曲線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，根據(jù)工況選取合適的連接器也是避免溫升異常的有效途徑。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

對于高壓連接器的溫升，首先得知道怎么去判斷它和依據(jù)什么標(biāo)準(zhǔn)，一般都是參照IEC60512的要求。

連接器的溫升因素，在不進行大變更的基礎(chǔ)上如何降低溫升?

如果想要降低溫升，得先知道溫度是從哪里來的；因為導(dǎo)體在傳輸?shù)臅r候，當(dāng)導(dǎo)體內(nèi)部的自由電子在做定向運動時會于原子和正離子發(fā)生碰撞，阻礙電子定向運動，這種作用就是導(dǎo)體電阻，而電阻會產(chǎn)生熱，最終會以熱能形式產(chǎn)生能量損失，那么高壓連接器在連接傳輸?shù)倪^程中有哪些地方會產(chǎn)生熱呢？一般來說，連接器都有公母端配對使用（不討論IPT連接的形式）主要有三個連接區(qū)域構(gòu)成，分別是線端的壓接端（端子壓接區(qū)域）、中間的端子接觸區(qū)域（端子連接區(qū)域）以及箱體的連接區(qū)域（端子接觸區(qū)域（連接器本身））， 這三個連接區(qū)域也代表了三種連接方式：壓接、彈性金屬接觸、螺接；這三個區(qū)域構(gòu)成了一個局部的傳輸路線，而溫度的產(chǎn)生也存在這三個重要的區(qū)域。

①端子連接區(qū)域:對于和設(shè)備端相連接的板端連接器通常會通過銅排的形式與設(shè)備端的銅排通過螺栓或者鎖螺栓的形式相連，當(dāng)然也有直接通過螺栓螺母直接相連， 無論哪種，需要保證較低的溫升就得考慮有效的連接，尤其是在復(fù)雜的車輛工況下，要降低螺母松動等不良問題，因為這些問題會導(dǎo)致接觸電阻的上升，從而加大這個區(qū)域的發(fā)熱，嚴重的瞬間電流就會燒毀此區(qū)域；可以通過嚴格按照鎖緊扭力、放松螺母、打膠等形式來提供此連接的穩(wěn)定性。

②端子接觸區(qū)域：此處發(fā)熱實際上是接觸對的載流能力的評估，電連接的有效的接觸點越多，接觸面積越大，接觸電阻就越低，而接觸電阻是考慮接觸的可靠性的重要電性能指標(biāo)，對于接觸在設(shè)計時需要從材料級、電性能級、機械插拔、微幅振動影響等綜合因素考慮，可以借助一些輔助工具在這構(gòu)建微觀的數(shù)學(xué)模型來分析電流對于接觸對的變化，以及溫度的散步變化。接觸對的研究需要很深的電接觸理論知識，同時需要大量的試驗及分析，目前國內(nèi)在這塊能夠拿出相對比較可靠的接觸產(chǎn)品的廠家很少，這也是基礎(chǔ)非常薄弱的地方。

③端子壓接區(qū)域：由壓接不良導(dǎo)致的溫度較高的問題也非常常見，對于連接器廠家在設(shè)計連接器的端子時，需要系統(tǒng)性的去考慮不同規(guī)格的壓線杯的壓接方式及壓接尺寸，最終線束廠家應(yīng)該嚴格根據(jù)連接器的壓線杯的設(shè)計壓接方式及尺寸規(guī)格進行壓接。隨著電流的變大，電纜的截面積加大，傳統(tǒng)的壓接其穩(wěn)定性和可靠性都很難保證，電動汽車和其它行業(yè)應(yīng)用不同，大截面積的電纜插頭往往也是伴隨著大功率的脈沖，而這相當(dāng)于給壓接部位做加熱和冷熱循環(huán)，而在冷卻的過程中材料是會變得松弛的，而且很難恢復(fù)到開始的壓接尺寸，雖然這個尺寸的變化是非常細小的，但是在伴隨數(shù)千小時的應(yīng)用后，其接觸電阻會持續(xù)累積加大，其溫升也會升高，影響其連接的可靠性；所以要盡可能的監(jiān)督壓接的可靠性，保證其一致性和穩(wěn)定性。

根據(jù)歐姆定律，電阻越大，溫度也越高，所以降低溫升意味著就是降低電阻，比如壓接區(qū)域，就需要考慮怎么降低它的電阻，比如壓接的更充分、由壓接改為超聲焊接？亦或通過結(jié)構(gòu)設(shè)計或者壓接型式的改變增加接觸的面積，有效接觸面積的增加，傳輸就會更高效，電阻也就會降下來，隨之溫度也會降下來。這三個區(qū)域中要屬中間彈性金屬件連接的區(qū)域溫升會最高，因為其靠正向力的連接使得兩種金屬材料連接在一起，相比壓接和螺接，這種方式不確定因素會非常多，也是改善的重點區(qū)域，目前行業(yè)里做的比較好的也比較多。另外對于螺接，更應(yīng)該注意的是其防松要求，根據(jù)經(jīng)驗往往這個地方溫度過高是因為其螺栓松脫導(dǎo)致有效接觸面積下降溫度升高，下圖把三個區(qū)域給標(biāo)識出來了，右上角是一張連接的溫升做了一個拆解圖，如果想要研究更為基礎(chǔ)的溫升要求，以及建立完整的熱仿真的模型可以沿此思路去看看。其實熱量只能通過三種方式傳遞：傳導(dǎo)、對流和輻射，上面所說的從三個區(qū)域的連接上進行改善可以理解為在傳導(dǎo)上做文章，在選擇連接器的時候一定要注意電纜規(guī)格和連接器自身是否承載匹配的問題。溫度一定都是從高流向低的，所以連接器內(nèi)部的溫度一定會往低的地方流動，如果外部環(huán)境的溫度已經(jīng)和內(nèi)部溫度接近就會形成熱平衡，這時在選擇連接器時也要注意，另外都知道不同的材質(zhì)其熱傳導(dǎo)的速度是不一樣的，所以在同等的設(shè)計和同等數(shù)據(jù)下，金屬的外殼一定是要比塑料的熱傳導(dǎo)效果更好，其耐受環(huán)境溫度也更好，所以適當(dāng)?shù)母淖円恍┎馁|(zhì)也許效果也會更好，只是要兼顧重量，盡量做到效益平衡。

在實際的運用過程中，熱量密度來自于公母連接器及通電線纜的部分。其中熱量密度最高的部位有兩個：其一，接觸對的接觸點；其二，端子與線纜的壓接點。

關(guān)于高壓大電流連接器的載流仿真分析

針對載流能力設(shè)置為200A的載高壓連接器進行詳細的電流溫升仿真，計算此連接器在各種電流載荷下的溫升數(shù)據(jù)，與實驗溫升結(jié)果一一對應(yīng)，可知此評估方式可靠、準(zhǔn)確。對實際設(shè)計復(fù)雜的高電流連接器而言，采用簡單的公式根本無法得出精確值。原因如下：其一，因為空氣的對流散熱對于實際的溫升度數(shù)有至關(guān)重要的作用,且傳熱的面積因形狀復(fù)雜不能精確確定；其二，發(fā)熱的關(guān)鍵點，接觸對的接觸點電阻及壓接點電阻都需要足夠的計算能力與實際經(jīng)驗才能得到合理精確值。

在大部分企業(yè)，此溫升性能的預(yù)測和改善都是基于實踐試驗結(jié)果。無法在產(chǎn)品設(shè)計之時確認溫升性能，成了制約大電流連接器開發(fā)的一個瓶頸。采用CAE仿真工具，可以假定大電流連接器是由不同材料組成的一個整體，在傳熱過程中，端子部份自身通過電流生熱，在對應(yīng)的接觸點部分施加接觸點電阻，在壓接部分施加對應(yīng)的壓接點電阻，并通過熱傳導(dǎo)方式將熱傳給其他部分（如線纜與圓形PIN針等），同時，裸露在外的所有部份都與空氣進行對流傳熱的方式來達到散熱的目的。如此，可以得出較精確的溫升分析結(jié)果。

高壓大電流連接器載流仿真步驟

采用電動乘用車中應(yīng)用的載流能力最高等級-200A高壓大電流連接器，進行載流能力仿真。

①200A 高壓大電流連接器溫升模型及材料

此200A高壓大電流連接器的產(chǎn)品接觸對內(nèi)簧片，材料為高性能鈹銅1/2HT,其他載流導(dǎo)電部位皆為T2。通過CAE軟件自帶的模型處理功能，將各接觸區(qū)域粘接為一個整體。

各零件所采取的材料及其相關(guān)性質(zhì)系數(shù)見表1。

②200A高壓大電流連接器的溫升分析過程

此分析為電熱耦合分析,故采用電熱耦合單元。溫升分析的CAE步驟如下：

a.建立高壓大電流連接器公母端子對接模型；

b.建立溫升測試中連接器兩端對接的線纜模型；

c.在連接器兩端的線纜施加載荷電流載荷和電壓載荷）如200A、250A）；

d.在接觸對的簧片、端子壓接部分的線纜體施加對應(yīng)的熱生成率載荷；

e.施加環(huán)境溫度25度，并對祼露在外的面施加自然對流系數(shù)；

f.計算載荷；

g.提取溫度、電阻及電流密度結(jié)果。

根據(jù)實驗驗證，上升的溫度一般會在0.5~1.5小時后穩(wěn)定。由于熱載荷是穩(wěn)定的，故在此選用的是穩(wěn)態(tài)分析（也曾用一種設(shè)定時間為5500秒即1.5小時的瞬態(tài)電熱耦合分析，結(jié)果基本沒有差別）。

是那200A高壓大電流連接器的溫升分析結(jié)果

對于設(shè)計額度為200A的接觸對的溫升，為了更好的考察過流能力，按照200A、250A、300A、350A進行仿真分析。

a.200A電流溫升分析結(jié)果

載流為200A時，接觸對的溫升為65.684-30=35.684°，溫升最高點發(fā)生在簧片內(nèi)部其次為圓形Pin針與簧片接觸區(qū)域，再次為壓接及簧片外部holder處

b.250A電流溫升分析結(jié)果

載流為250A時，接觸對的溫升為85.742-30=55.742°，溫升最高點發(fā)生在簧片內(nèi)，其次為Pin針與簧片接觸區(qū)域，再次為壓接及簧片外部holder處

c.300A/350AA電流溫升分析結(jié)果

載流為300A時，接觸對的溫升為：110.269-30=80.269°，載流為350A時，接觸對的溫升為：139.255-30=109.255 °。

③溫升試驗數(shù)據(jù)和仿真誤差分析

實際的溫升測試中數(shù)據(jù)見圖9，測試數(shù)據(jù)與溫升仿真分析數(shù)據(jù)對比見表2。

在對200A高壓大電流連接器的溫升分析過程中發(fā)現(xiàn)，得到的溫升結(jié)果準(zhǔn)確與是否與各連接點的接觸電阻相關(guān)性很大。因此需要提前測試壓接點的接觸點電阻、各螺栓連接點的接觸電阻，如此才能準(zhǔn)確分析出溫升的結(jié)果。

此外，亦需要根據(jù)簧片扭轉(zhuǎn)后的形狀得出插拔力，再根據(jù)插拔力得出各個柵條簧片的正向力，再根據(jù)接觸電阻計算方法得出接觸對連接點的接觸點電阻，最后匯總所有測試出的接觸點電阻和計算出的接觸點電阻，一對一模擬溫升測試時的各種線纜連接和電流載荷施加，即可得出比較符合實際情況的溫升仿真結(jié)果。

據(jù)此仿真技術(shù)，可以在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計時，提前確定產(chǎn)品的溫升性能和載流能力，對高電流連接器的開發(fā)具有莫大的意義。

溫升是確定大電流連接器載流能力的核心性能，根據(jù)理論計算加仿真得出的核心端子接觸點電阻，并實驗測試出來的壓接點及連接點的接觸點電阻，施加對應(yīng)的電流負載和散熱系數(shù)，為大電流連接器關(guān)鍵性能確定提供了可靠的溫升仿真方法，此方法意義重大。

在大電流連接器的核心性能如溫升、壽命等有限元分析方法研究基本完成的情況下，未來可對大電流連接器進行參數(shù)化優(yōu)化設(shè)計，開發(fā)出性能更優(yōu)異的核心端子結(jié)構(gòu)，大大提升大電流連接器的載流能力和可靠性。

（2）機械性能

高壓連接器的機械性能包括插拔力、保持力、端子抗彎力、插拔循環(huán)、對配力、防錯coding、塑殼強度、插拔壽命和抗跌落等內(nèi)容。

1）插拔力可細分為接觸件的插入力和分離力，接觸件是否鎖緊的判斷，應(yīng)來自于可見和可聽到的鎖緊聲音和連接器的插入力和分離力。

2）端子與連接器的保持力，是影響高壓連接器乃至高壓線束總成可靠性的一個重要指標(biāo)，任何保持力的失效，都會造成連接器功能喪失。為了增加端子在護套中的保持力，一般會在高壓連接器中增加二次鎖止結(jié)構(gòu)，也就是TPA(Terminal Position Assurance)。是否帶有TPA結(jié)構(gòu)，對于端子在連接器中的保持力有著明顯差異。模擬高壓連接器在生產(chǎn)、運輸或安裝過程中意外跌落，檢測其結(jié)構(gòu)強度是否還能滿足正產(chǎn)工作。

3）插拔壽命，即指在無電負荷時按正常方式操作的機械操作耐久性。主要考驗連接器的端子設(shè)計，鍍層材料等尤為關(guān)鍵。部分鎖扣的設(shè)計同樣需要保證足夠的強度以適應(yīng)不同的插拔次數(shù)要求。

①高壓連接器的端子插拔次數(shù)和鍍層結(jié)構(gòu)關(guān)系

鍍層的好壞對插拔次數(shù)的影響，首先對于插拔次數(shù)的問題，一般分兩種，充電槍和插座的要求一般是一萬次，車內(nèi)的高壓連接器一般是50或者100次，標(biāo)準(zhǔn)上一般會要求至少滿足50個插拔循環(huán)的可靠工作，當(dāng)然根據(jù)產(chǎn)品的本身的特性和維護頻率要求也是可以和OEM雙方商榷要求的。

鍍層的好壞對一萬次的插拔的影響。其實一萬次的插拔曲線基本上都是差不多的，都是一開始磨損的比較厲害（比如前500次）然后曲線逐步趨于平穩(wěn)的過程，這需要了解一些基礎(chǔ)知識，比如接觸電阻的組成，這個插拔的過程的評判是通過接觸電阻的變化來體現(xiàn)的，因為電阻會產(chǎn)生熱，最終會以熱能形式產(chǎn)生少量的能量損失，所以隨著功率的越來越大，怎么降低電阻，降低接觸回路的整體接觸電阻是一個重要的研究課題。

還是著重去說鍍層，通常接觸的材料分為基體材料和電鍍材料，因為需要考慮其優(yōu)良的導(dǎo)電性能，以及性價比。目前市場上以銅基材居多，但是接觸件需要一定的彈性性能，所以一般復(fù)合金屬材料居多，以錫青銅、鈹青銅等居多，公端子的基體材料一般是紫銅，彈性件的基體材料一般是也是鈹銅合金。通常大電流的接觸都是鍍銀鍍金，其實鍍層不止一層，會在基體上先鍍一層鎳作為底層，固化薄膜層，增加附著里及耐磨性，鎳底的厚度一般下限為3um若采用滾鍍或掛鍍，厚度會更高。在電鍍鎳阻擋層前增加鍍銅打底工藝, 這樣對減少鍍層孔隙、增強鍍層防變色效果特別明顯，所以鎳底層之前再鍍一層銅，效果會很好，然后再鍍貴金屬表層，如果有條件，一般鍍層可以采用3~5層疊加形式電鍍，每一層可以根據(jù)材料的不同特性來補償不同的特性，從而接近實現(xiàn)理想化的電傳導(dǎo)。連接器里最常規(guī)的做法就是銅或者銅合金的基體表層鍍銀，為什么會選擇鍍銀呢，主要原因是，銀具有任何金屬中最高的電導(dǎo)率和導(dǎo)熱率，這有助于有效地傳輸電能和熱量，另外，銀是相對較軟的金屬，其允許銀沉積物在配對連接器周圍壓縮并形成，從而填充小空隙和微粗糙度，這樣可以增加有效接觸面積，從而降低整體連接器電阻，其實就是形成氧化層。一般在銅基體上還要鍍裸銅、鍍鎳、最后再鍍銀，不同的鍍層是有不同的意義的，比如在鍍銀之前要鍍鎳的目的是可以改善整體沉積的性能，在銀下面鍍一層鎳，一方面可以防止銅基體遷移，因為越是高溫下銅固體的材料會慢慢遷移到銀上，形成新的合金，會影響電性能傳輸，另外，銀是不耐磨的，鍍一層鎳是可增加耐磨性，而且也能對底銅形成一層保護膜，防止銅氧化了。一般在裸銅基體的表面還會在增加一層鍍銅，這樣保證基體表面的附著性，從而鍍鎳的時候效果會比較好。

銀跟金的性質(zhì)明顯不同。由于銀的化學(xué)性質(zhì)比較活潑, 在大氣環(huán)境中對含硫氣體極為敏感, 很容易與硫反應(yīng)生成黑色硫化銀。在光的催化作用下, 銀的變色反應(yīng)速度會加快。其變色過程為生成黃點后形成黃斑，黃斑變黑，整個鍍層表面呈棕褐色，做連接器的廠家都會出現(xiàn)過端子氧化變色問題，一部分原因來源于電鍍工藝，另外一部分原因來源于環(huán)境和儲存。比如在電鍍的時候如果采用光亮劑來增加表面光潔度，那么因為光亮劑多含留就會加快氧化的速度，同時它還會增加表面的電阻率，不利于傳導(dǎo)；以及設(shè)計結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，電鍍很難均勻化，也會導(dǎo)致氧化速度加快。在設(shè)計充電槍的時候發(fā)現(xiàn)了一個非常有趣的現(xiàn)象，充電槍的端子非常的容易發(fā)黑變色，究其原因是設(shè)計密封的防護蓋采用的是橡膠件，而端子的局部空間被封死在了這個區(qū)域，而橡膠大多有硫化過程，所以隨著室外溫度增高，就會快速的出現(xiàn)發(fā)黑現(xiàn)象，所以儲存保證時最好可以真空包裝或者采用蠟紙包裝放干燥器儲存。

銅合金用于傳導(dǎo)都已經(jīng)有一百多年的歷史了，而銅鍍銀的做法也有接近100年的歷史了，但是隨著電動汽車越來越普及，充電接口高達一萬次的插拔要求，對端子的鍍層可靠性又提出了更高的要求，各連接器廠家也在研究不同鍍層配方對連接的可靠性影響，但是基本上基礎(chǔ)原則還是以銅鎳銀為主，在這個過程中，也有廠家在這之間增加一些新的鍍層，包括在鍍層的厚度上嘗試調(diào)整，形成自己的配方。這個插拔過程中對鍍層影響的因素有非常多，比如不同的溫度下，比如正向力屈服失效了等... 很多的影響因素都是相輔相成的，而且在不同的插拔次數(shù)階段這些問題出現(xiàn)的頻次等都是不同的，覺得從一開始就需要通過連接推導(dǎo)把所有失效模式都展開，然后挨個逐步分析，這個過程中是不同找平衡的一個過程，不斷的仿真、試驗、在調(diào)整設(shè)計、再進行優(yōu)化的一個過程。至于插拔多少次會對什么鍍層有什么影響，影響有多大，這個可以通過試驗數(shù)據(jù)獲得。

②一萬次插拔如何實現(xiàn)

公認的充電接口插拔壽命是不低于一萬次，UL2251上有這個要求，這UL把個測試項定義為耐久負荷試驗，里面記錄了測試的環(huán)境要求，操作速度、頻率等，要求還是比較苛刻的。測試工裝可以做一個簡易的工裝然后手動人工插拔，也可以定做一個自動插拔工具，可以隨時檢測接觸電阻的變化，只要最后的要求滿要求即可。

③高壓連接器一般來說最低也要滿足100次以上的插拔，對于power pin來說這個很容易，但是對于尺寸較小，厚度較薄的互鎖端子來說，就需要特別注意這100次在加速老化后的接觸表現(xiàn)，這個地方完全可以通過測試來體現(xiàn)出來，而且除了考慮互鎖端子本身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，還必須考慮其腔體的尺寸在相關(guān)環(huán)境性能加速測試后的變化情況和溫度性。

（3）環(huán)境性能

高壓連接器的環(huán)境性能包括機械沖擊與振動、溫度存儲、高溫老化、溫度沖擊、濕熱循環(huán)、防水防塵密封、鹽霧腐蝕、化學(xué)溶劑、耐油耐液、防觸電保護、阻燃性能測試。

高壓連接器安裝在高壓設(shè)備上，在車輛的實際使用中，會遭受各種振動和沖擊。這種振動和沖擊會導(dǎo)致高壓連接器系統(tǒng)中的端子接觸面產(chǎn)生磨損，電氣連接不連續(xù)以及機械部件失效。接觸表面的相對運動，導(dǎo)致高壓連接器電氣性能和機械性能惡化。

熱老化會改變金屬和塑料，這些改變會對電氣和物理性能造成傷害。

高濕度和高溫度能加速端子的電流和電解腐蝕，溫度循環(huán)可以導(dǎo)致磨損和摩擦腐蝕的

高壓連接器的塑料材質(zhì)需要滿足垂直燃燒V-0級，水平燃燒HB級。

1）高壓連接器的振動

在車輛振動下，連接器需要考量的因素非常多。連接器雖然在整車的部件來看，算不了什么大部件，也算不了什么核心部件，但是一臺車可能要400多個連接器，有超過3000個的單獨終端，而且根據(jù)過往經(jīng)驗來看，因為連接器退化及故障導(dǎo)致了30%~60%的電氣問題，因此召回的案例也比比皆是，所以對于連接器，尤其在混動和純電車輛下的高壓連接器的可靠性就及其重要，相比靜態(tài)而言，車輛是移動的，所以就要著重考察在車輛全壽命及振動下的接觸的可靠性等性能，基于此，連接器在車輛振動下的幾個比較重要也是（無論是生產(chǎn)廠家還是使用廠家）應(yīng)該重點關(guān)注的，高壓互鎖瞬斷的問題、接觸區(qū)域ECR變化以及微動磨損的影響程度、連接器怎么降低以及吸收來車輛的振動。

連接器怎么降低以及吸收來車輛的振動

高壓連接器在振動下，受影響的層面很多，聊聊對連接器尾部出現(xiàn)線區(qū)域的影響。

電纜截面積越大，通過電纜長期施加給連接器的應(yīng)力就會越大，這個應(yīng)力會對尾部的防護可靠性以及尾部的壓接區(qū)域的接觸電阻造成比較直觀的影響，一般來說為了降低和消除這個應(yīng)力的影響，會通過兩個層面來改善，再增加了一個思考層面，就是三個層面：

①連接器尾部出線固定

這個出線固定方式很多，一般在商用車上會比較直觀，可以通過夾板等方式，基本上是在尾部出線110~150之間進行固定，這個固定位置是比較有意思的，標(biāo)準(zhǔn)上并未看見要明確的在布線上的要求距離，只在振動的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)上有所要求，但是根據(jù)經(jīng)驗，根據(jù)不同的線徑規(guī)格，以及不同的安裝部位，其傳導(dǎo)應(yīng)力會要所差異，其固定的位置也會有略微差異；如果要深入研究，可以去仿真分析和試驗來獲取一些經(jīng)驗值。

②連接器固線器設(shè)計與運用

這是從連接器層面去考量怎么最大程度提高連接器抗振性，有些做法是增加連接器尾部尾夾延伸距離，還有是在尾部增加單獨的固線器，有對卡式的，也有螺釘固定式的，其實這種方式在工業(yè)以及軌交行業(yè)里設(shè)計很常見，就是變相的增加了一個固定點，不斷的降低振動的傳遞力，比如如下一個固線器設(shè)計結(jié)構(gòu)。

③帶吸收振動的阻尼防護結(jié)構(gòu)設(shè)計

在未來連接器應(yīng)該承擔(dān)更多的振動帶來的力，連接器在尾部的結(jié)構(gòu)，可以考慮最大程度的設(shè)計一種同時可以防護，同時又可以吸收振動的彈性結(jié)構(gòu)，根據(jù)在各個現(xiàn)場看到的問題，這個地方是一個非常值得深入去改善的地方，也非常希望看見國內(nèi)同行能有好的設(shè)計出現(xiàn)。

高壓連接器振動測試的影響點以及失效點

在振動測試時知道振動會給高壓連接器帶來哪些原來沒有的挑戰(zhàn)。根據(jù)某體系的標(biāo)準(zhǔn)，做過一些梳理，最后一項尺寸互換只是針對這體系的供應(yīng)商，并非強制要求。提高連接器和線束振動等級的措施有哪些，有些是設(shè)計的基礎(chǔ)性問題，有些是根據(jù)實際安裝做調(diào)整的現(xiàn)場問題。對于高壓連接器而言，如果從FEMA的角度梳理，比較繁瑣。整理了幾個重要的點：

①插座銅排在振動下的溫升影響

長期的振動，尤其是微動磨損對螺栓的連接可靠性影響，從而影響銅排連接的溫升，嚴重的時候會引起燒蝕，需要針對性去注意這個地方在振動要求下其螺栓連接的穩(wěn)固性，可靠性。常規(guī)的問題是這個地方很多螺栓沒有安裝要求的扭力進行扭緊，車輛是一個和人生命息息相關(guān)的的產(chǎn)品，所以在設(shè)計時需要更多考慮其產(chǎn)品的魯棒性，連接器也不例外，至少需要設(shè)計一種機制在極端情況下依然可以使用；

②振動對高壓連接器接觸對的影響

這個地方需要特別注意振動對其微觀層面的影響，比如微動磨損下對鍍層的影響，從而影響其接觸電阻，影響溫升，而溫升過高，一旦腔內(nèi)溫度超過腔外溫度，那材料會長期處于高溫下，會導(dǎo)致在極短時間內(nèi)老化變形，嚴重的會引起燒毀；當(dāng)然磨損帶來的正向力下降的問題也是不容忽視的，因為這都會在一定程度上引起溫升的問題。在選型的時候多注意連接器廠商這方面的可靠性設(shè)計是如何保證的。

③振動對高壓連接器防護的影響

因為有了振動要求，所以對于連接器防護挑戰(zhàn)也是很大，而且尤其是高壓情況下，防護的穩(wěn)定性極為重要，特別是高壓連接器大電流的場景下，其電纜一般比較粗，要注意振動。

④振動對高壓連接器屏蔽的影響

主要是電纜屏蔽層和屏蔽件連接受其振動的影響，需要特別注意的是其屏蔽壓接電阻的變化，以及屏蔽電流的溫升在振動下的變化，以及屏蔽環(huán)和屏蔽housing或者屏蔽罩之間連接的可靠性在振動下的可靠性。

⑤振動對高壓連接器板端的安裝影響

在螺栓固定的安裝孔位置，容易形成應(yīng)力集中，隨著應(yīng)用時間的增長，要防止這個地方在振動下出現(xiàn)老化后的開裂等問題，當(dāng)然現(xiàn)在很多安裝孔都增加了金屬嵌套，可以降低這個問題的發(fā)生。

⑥高壓互鎖在振動下瞬斷問題

高壓回路連接位置松脫斷開是造成車輛動力丟失的原因之一。高壓互鎖設(shè)計作為電動汽車高壓系統(tǒng)的一個監(jiān)測手段應(yīng)用在汽車電路設(shè)計中。高壓互鎖設(shè)計可以監(jiān)測到回路的連續(xù)性，并在高壓斷電之前給VCU發(fā)送報警信號，使VCU對整車系統(tǒng)采取應(yīng)對措施。高壓互鎖一方面在高壓系統(tǒng)回路斷開或者完整性受到破壞的時候，啟動安全斷開高壓電的保護措施；另一方面用來確認整個高壓系統(tǒng)的完整性。

2）高壓連接器的防護

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，但是隨著行業(yè)的發(fā)展，IP67越發(fā)很難滿足使用要求了，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，在艙內(nèi)環(huán)境較好的地方，還是能夠滿足。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)高壓連接器都是會懸掛在底盤靠近地面，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，輪胎帶起來的水其實會沖擊這些連接器；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，IP67目前是很難抗的住的，所以說IP67有的時候是很難滿足實際的使用要求，一般需要高壓連接器也要滿足IP6K9K。如果熟悉測試的話，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)沒有IP6K9K一說，會發(fā)現(xiàn)IP67的高壓水槍的沖擊壓力，其實沒有6k9k大。針對這一點的話，現(xiàn)在國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)QC/T1067和國外標(biāo)準(zhǔn)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。

高壓連接器的防護是目前市場上連接器出現(xiàn)問題最多的性能點，就防護而言給到的優(yōu)先等級是：IP2X/IP67/IP68/IP6K9K,目前國內(nèi)高壓連接器已經(jīng)普遍要求達到了IP68的技術(shù)要求，但是國內(nèi)高壓連接器市場連接器基本上是前幾年開發(fā)出來的第一代產(chǎn)品，當(dāng)初從設(shè)計角度只考慮到了IP67，所以很難有效保證IP68也能合格，加上塑料耐環(huán)境性能相對較差，在使用一段時間后，較高的吸水率會導(dǎo)致本體發(fā)生形變甚至開裂，所以經(jīng)常發(fā)現(xiàn)主機廠在選擇連接器時，試驗報告是合格的，但是在使用一段時間后就會出現(xiàn)防護問題，原因也就在于此。同時對于橡膠材料的選擇和壓縮量的設(shè)計需要大量的實際試驗數(shù)據(jù)做支撐，尤其重要的是其老化后及高溫下的回彈率等考量，很多時候?qū)τ诓牧系倪x擇是需要去平衡產(chǎn)品特性的，這個需要設(shè)計人員多去考慮實際的應(yīng)用情況。另外對于板端的密封也需要考慮內(nèi)外溝槽的設(shè)計結(jié)構(gòu)，看到很多廠家的板端密封設(shè)計實際現(xiàn)場安裝被壓縮嚴重，甚至一些都已經(jīng)壓出連接器的包絡(luò)尺寸，這種方式是非常大的隱患，時間一長，被壓縮切割點就極其容易出問題。

對于防護系統(tǒng)

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。

防護等級

適用于額定電壓不超過72.5kV,借助外殼防護的電氣設(shè)備的防護等級。

防水等級

密封等級：連接器的密封等級直接影響密封圈的外形以及材料。根據(jù)uscar-2分類, 連接器依據(jù)在不同使用位置可以分為三個等級，S1、S2、 S3，S1可以理解為在艙內(nèi)，環(huán)境較好，干燥的環(huán)境；S2是裸露在外，但是沒有什么水柱噴射壓力場景，基本上就是靠近輪轂的地方，S3是離地面和輪轂較近有積水壓力的地方。

要依據(jù)設(shè)計的連接器應(yīng)用環(huán)境來確定設(shè)計等級，但是目前建議按照S3進行設(shè)計，以滿足未來越來越高的防護要求，在國內(nèi)還需要同時滿足IP68的要求，IP68的水深等具體要求需要和客戶進行溝通滿足。

防護和接觸系統(tǒng)一樣，也是有這三個區(qū)域構(gòu)成，連接器的防護主要分在三個位置：

①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)（下圖）。

②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（下圖）。

③是線端密封，線端連接器跟電纜之間的防護密封（下圖）。

密封在長期工作下的失效往往包括材料自身的原因和外部配合尺寸變化的雙重原因，比如密封材料本身就無法滿足長期的工況環(huán)境，比如老化一段時間后，其材料變化后尺寸發(fā)生了變形，密封當(dāng)然也就失效了，也許短期內(nèi)看不出來，這也是在選型時要特別注意的，這個也包括設(shè)計時的壓縮量、配合公差等設(shè)計值是不是合理，不合理也會造成此類問題；其實高壓連接器的密封圈的設(shè)計原理都是基于傳統(tǒng)汽車插件的密封設(shè)計，比如矩形的也都是按照環(huán)島設(shè)計，類型也基本上都是波峰式的居多，相對比較成熟。

而考驗廠家的能力是其配合的尺寸經(jīng)驗。至于外部配合尺寸，比如溫升持續(xù)升高，而塑膠材料熱對流相對較慢，一旦連接器內(nèi)外熱平衡發(fā)生問題，長期工作下，可能塑殼材料就會出現(xiàn)細微變形，這種變形也許會影響密封的配合壓縮量，導(dǎo)致密封能力下降，嚴重的密封失效；再比如塑殼表面容易應(yīng)力集中的過渡角和面長期工作下出現(xiàn)變形甚至開裂等，看到現(xiàn)場因為這兩類問題導(dǎo)致的問題比較多。對于密封的三個區(qū)域，看見插座板端是整體密封，插合端也是整體密封，出線端是單孔密封，這種方式比較常見也比較多，但是對于中間密封采用單一密封的很少，從結(jié)構(gòu)和成本考慮都不劃算，但是對于密封的趨勢是插合端面有逐步過渡采用單一孔密封、插座端在保證整體密封的同時增加插合面的單邊密封等趨勢。

高壓連接器密封硅膠件

新能源汽車等行業(yè)由于連接處發(fā)熱量大，使用環(huán)境苛刻，密閉性要求高等特點，對現(xiàn)有連接器提出了更高的要求，對連接處起密封作用的硅膠也就提出了更高要求。有的自滲油+低壓變+持久耐高溫；有的低壓變+持久耐高溫+耐油；有的自滲油+阻燃+拉伸強度還有8MPa；有的各項指標(biāo)都均衡；當(dāng)然也不會漏掉明星液膠系列的。

各種問題：不好插拔、不好安裝；年久失效；高溫失效；不耐油；不阻燃

強度差，不抗撕，老破損。

為解決漏氣漏水而生的硅膠

線束密封、絕緣材料及連接器

低壓變、持久耐高溫、自滲油/耐油/阻燃/強度好

各種解決方案來了

* 自滲油

* 持久高溫

* 低壓變，高回彈

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* 強度要好，要抗撕

量身定制

功能

硅橡膠連接器密封具有良好的耐熱及耐老化性能，且具有更廣泛的使用溫度。能夠在更苛刻的環(huán)境中使用，確保連接器功能的完整性。避免了連接器密封件頻繁更換的問題，為設(shè)備的安全穩(wěn)定使用提供了有力的支持。

連接器之間、連接器與線束之間需要互相穿插，傳統(tǒng)工藝需要在線束上涂抹硅脂，再穿過線束，工藝繁瑣。而滲油連接器密封具有持續(xù)穩(wěn)定的滲油率，表面潤滑，可以讓線束輕松穿過，給工藝操作提供了極大的便利。

優(yōu)點

自滲油高回彈的有機硅彈性體材料，具有持續(xù)的滲油率，表面低摩擦系數(shù)。在線束安裝操作中，可以讓電線和端子更輕松穿過密封件，操作簡便，不產(chǎn)生碎屑，保障電氣安全。

◆在高低溫下，性能溫度，使用溫度-60℃~200℃；

◆具有長期低壓縮變形和耐熱性，確保連接器長期防水性能；

◆可根據(jù)客戶要求，調(diào)整滲油率，滿足裝配需求；

◆根據(jù)新能源汽車對防火安全的要求，預(yù)防電氣短路引起自燃，開發(fā)的阻燃滲油產(chǎn)品可以輕松應(yīng)對UL94V0阻 燃測試要求。

◆通過合理的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計和埃肯有機硅硅橡膠可以滿足以下國際標(biāo)準(zhǔn)：LV214-VW75174，LV215-VW80302，USCAR-2，GB 37133 2018，QC/T1067

1）穩(wěn)定的滲油速率

2）低壓縮永久變形

MF 9415/XX U系列 壓縮永久變形（177℃/22h 壓縮量25%）在20%左右。

MF 9425/XX U系列 壓縮永久變形（177℃/22h 壓縮量25%）在7%左右。

3）優(yōu)異的耐老化性

150℃ 70小時老化后性能

225℃ 70小時老化后性能

4）優(yōu)異的耐油性

5）液膠也有不俗表現(xiàn)

審核編輯：湯梓紅