本文對高壓連接的發(fā)展歷程、高壓連接器的技術(shù)特點(diǎn)及產(chǎn)品驗(yàn)證測試等進(jìn)行了全面深入的闡述，值得一讀。

1高壓連接器的發(fā)展歷程

電動(dòng)汽車高壓連接器的發(fā)展與電動(dòng)汽車的發(fā)展是同步進(jìn)行的，從連接器角度來說，國內(nèi)電動(dòng)汽車連接器發(fā)展經(jīng)歷以下幾代。

1）第1代高壓連接器，2008年左右開始，主要是由當(dāng)時(shí)工業(yè)連接器改款而來。這代產(chǎn)品的特點(diǎn)，以金屬連殼體為主，無高壓互鎖功能，防誤插入（防呆）效果較差。比較有代表性產(chǎn)品有安費(fèi)諾HV系列的金屬連接器，后來市場上很多款連接器是基于這種類型產(chǎn)品延伸擴(kuò)展出來的。

2）第2代高壓連接器，在第1代的基礎(chǔ)上增加了高壓互鎖功能，連接器的外殼也逐漸由金屬變?yōu)樗芰稀?/p>

3）第3代高壓連接器，塑料+屏蔽功能+高壓互鎖的高壓連接器。有代表性的是行業(yè)中800系列產(chǎn)品（這類產(chǎn)品是通過操作順序來實(shí)現(xiàn)部分二級解鎖功能，不是直接機(jī)械式結(jié)構(gòu)），如TE／安費(fèi)諾／智綠及國內(nèi)新一代產(chǎn)品。

4）第4代高壓連接器，塑料+屏蔽功能+高壓互鎖+二級解鎖的高壓連接器。有代表性的是行業(yè)中280系列產(chǎn)品，如TE／智綠及國內(nèi)新一代產(chǎn)品，這類產(chǎn)品是通過機(jī)械結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)二級解鎖功能，更為安全。

5）未來一代高壓連接器會(huì)在第4代產(chǎn)品上考慮冷卻方式，如配合大功率充電帶液冷、風(fēng)冷的方式，來有效提高傳輸能量密度，降低質(zhì)量，提高產(chǎn)品綜合性能。

2 電動(dòng)汽車用高壓連接器的技術(shù)特點(diǎn)

在新能源汽車的三電系統(tǒng)中，高壓連接系統(tǒng)有著舉足輕重的地位，好比是把人體內(nèi)各個(gè)重要的器官有機(jī)整合的血管系統(tǒng)，電池總正、總負(fù)回路類似于人體主動(dòng)脈和主靜脈，各個(gè)系統(tǒng)回路類似于人體各條動(dòng)脈、靜脈和毛細(xì)血管，是保證電動(dòng)汽車能量傳遞，安全、可靠運(yùn)行的重要保障，實(shí)現(xiàn)源源不斷地把能量傳送到各個(gè)系統(tǒng)。

2.1端子類型

目前高壓連接器可按照端子類型及結(jié)構(gòu)兩種方式進(jìn)行分類。

2.1.1按照端子類型分

1）方端子結(jié)構(gòu)。采用沖壓的端子技術(shù)，這類別的端子成本較低，有模具要求及模具費(fèi)用投入高，40A以下的小電流中應(yīng)用較為廣泛，行業(yè)中以TE端子具有代表性。有一些日系、美系車企大電流的連接器采用方端子結(jié)構(gòu)，住友、Yazaki等，車企如Tesla、豐田。

2）圓端子結(jié)構(gòu)。采用機(jī)加工端子技術(shù)為主，端子成本相對于沖壓端子，成本更高，但由于采用機(jī)加工生產(chǎn)方式，無需或很低的模具投入，端子前期投資較少。比較有代表性的產(chǎn)品有TEHVA800系列、國內(nèi)主流產(chǎn)品系列。

2.1.2按照結(jié)構(gòu)類型分

連接器結(jié)構(gòu)按照安裝方式可以分為插頭、插座，插頭可分為線性插頭、90°直角插頭，插座可分為法蘭插座、90°直角插座，線性插座等。

2.2高壓互鎖

高壓互鎖（HighVoltageInter-lock，簡稱HVIL），用低壓信號(hào)管理高壓回路的一種安全設(shè)計(jì)方法。在高壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為避免由于高壓連接器在實(shí)際操作過程中帶電斷開、閉合所造成的拉弧，高壓連接器一般都應(yīng)具備“高壓互鎖”功能。

具有高壓互鎖功能的高壓連接系統(tǒng)，連接和斷開時(shí)功率和互鎖端子應(yīng)滿足以下條件：高壓連接系統(tǒng)連接時(shí)，功率端子先接通，互鎖端子后接通；高壓連接系統(tǒng)斷開時(shí)，互鎖端子先斷開，功率端子后斷開。

高壓互鎖常用于高壓電氣回路中，如高壓連接器、MSD、高壓配電盒等回路中。

帶有高壓互鎖的連接器，在帶電情況下進(jìn)行解鎖時(shí)，可通過高壓互鎖的邏輯時(shí)序來斷開，斷開的時(shí)間與高壓互鎖端子和功率端子的有效接觸長度差值大小有關(guān)，與斷開時(shí)的速度有關(guān)。通常情況下，系統(tǒng)對互鎖端子回路的響應(yīng)時(shí)間在10~100ms之間，當(dāng)連接系統(tǒng)分離（拔出）時(shí)間小于系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)帶電插拔的安全風(fēng)險(xiǎn)，而二次解鎖就是為了解決這個(gè)斷開時(shí)間問題，通常情況下，二次解鎖能有效地把這個(gè)斷開時(shí)間控制在1s以上，以確保操作安全。

2.3二次解鎖

二次解鎖分為兩種方式，一種是通過操作順序來實(shí)現(xiàn)，通過與正常拔出的反方向或不同方向來實(shí)現(xiàn)，如市場上主流的HVA800、HVC800系列高壓連接器產(chǎn)品，連接器拔出時(shí)，助力板手與分離方向正好相反或不在一個(gè)方向上，以增加拔出時(shí)的響應(yīng)時(shí)間，達(dá)到二次解鎖功能。另一種為機(jī)械式的二次解鎖功能，當(dāng)拔出連接器時(shí)，第一次只能拔出到高壓互鎖端子斷開的位置，這個(gè)狀態(tài)下功率端子仍然有效接觸，此時(shí)高壓回路因高壓互鎖端子分離而斷開，然后再經(jīng)過二次操作才能把功率端子分離，從而實(shí)現(xiàn)兩次解鎖功能要求，機(jī)械式二次解鎖與操作順序解鎖相比，具有更高的安全性，但結(jié)構(gòu)相對更復(fù)雜。圖9為二級解鎖過程。

2.4鎖止結(jié)構(gòu)

連接器二次鎖止結(jié)構(gòu)（Connector Position Assurance，簡稱CPA），是用于增加連接器鎖止裝置強(qiáng)度的卡扣結(jié)構(gòu)。CPA能有效保護(hù)連接器插頭、插座的可靠連接，防止汽車運(yùn)行過程中的意外松脫或接觸不良引起的帶載插拔安全事故，CPA屬于輔助鎖止結(jié)構(gòu)，是通過與主鎖止結(jié)構(gòu)配合以達(dá)到可靠鎖止的要求。CPA的工作原理，當(dāng)主鎖止結(jié)構(gòu)鎖止后，CPA輔助鎖止，此時(shí)主鎖止結(jié)構(gòu)將不容易受到外界環(huán)境影響而松脫（主鎖止結(jié)構(gòu)失效除外），解鎖時(shí)需要解開CPA才能正常解開，能滿足較苛刻條件下使用的一種鎖止構(gòu)結(jié)。

2.5端子輔助結(jié)構(gòu)

連接器端子保持輔助結(jié)構(gòu)（Terminal Position Assurance，簡稱TPA）（圖10），是用于對端子的二次保護(hù)和限位的一種結(jié)構(gòu)，防止端子在外界拉力的作用下脫出，造成線路中斷，應(yīng)用在環(huán)境比較惡劣或要求拉脫力更大的情況下。這種構(gòu)成中一般會(huì)包含兩種保持結(jié)構(gòu)，一是端子本身的保持結(jié)構(gòu)，另一種是由TPA構(gòu)成的保持結(jié)構(gòu)。

2.6 關(guān)鍵參數(shù)端子壓接評估

端子壓接是連接器行業(yè)核心的關(guān)鍵工藝，評價(jià)端子壓接的效果主要由以下幾點(diǎn)組成。

1）端子抗拉力。評估端子壓接的效果包含端子與線之間的壓接最小抗拉強(qiáng)度。主要參數(shù)要求見表1。

2）端子電阻。評估端子壓接的效果包含壓接電阻測試評估。表2為端子電阻。

3）端子壓接剖面分析。對壓接后的端子壓接有效區(qū)域（選擇壓縮最致密區(qū)域）進(jìn)行端面截?cái)?，打磨，剖光，然后用專業(yè)的設(shè)備進(jìn)行壓縮比測試，在放大約5~10倍時(shí)要求被壓縮的線纜銅絲間無可見空隙，且壓縮比控制在80%~90%為宜。

4）端子溫升。溫升測試，一般要求溫升不超過55K（不同的標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)不同的要求，也有50K）。國標(biāo)GB／T37133—2018中的要求是55K。

6）端子壓高壓寬的定義。對于前面測試OK后的端子進(jìn)行端子壓高、壓寬定義，并在制程過程中進(jìn)行CPK管控。

2.7 高壓連接器的綜合檢測

高壓連接器及線束在生產(chǎn)下線過程中，需對產(chǎn)品性能進(jìn)行綜合檢測，這類綜合檢測對產(chǎn)品品質(zhì)起到非常重要的把關(guān)作用，一般會(huì)包含但不限于以下幾項(xiàng)進(jìn)行測試。

1）耐壓測試。主要是針對產(chǎn)品在組裝過程中是否存在因空間或爬到距離變化導(dǎo)致的耐壓不良，或者在線束組裝過程中線束壓接或其他引起損傷導(dǎo)致的耐壓不良產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，通常情況下這類測試需要100%的檢測。

2）絕緣測試。主要是針對產(chǎn)品在組裝過程中是否存在因空間或爬到距離變化導(dǎo)致的絕緣不良，或者在線束組裝過程中線束壓接或其他引起損傷導(dǎo)致的絕緣不良產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。

3）回路導(dǎo)通。多用于2組或以上的回路中，用于檢測連接器在組裝后各回路是否一一對應(yīng)。

4）氣密測試。適用于連接器成品或線束總成測試，施加47.8kPa的氣壓，對連接器的密封性進(jìn)行檢測，測試時(shí)間、泄漏值及其他參數(shù)可根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)調(diào)整。

5）屏蔽回路測試。用于檢測屏蔽回路中的阻值，一般情況下屏蔽電阻應(yīng)小于10mΩ。

綜合模擬測試臺(tái)可實(shí)現(xiàn)連接器的主要電氣性能檢測（絕緣、耐壓、導(dǎo)通等）及氣密性測試，檢測NG時(shí)綜合檢測臺(tái)程序鎖止，并伴隨著報(bào)警燈閃爍，需專人打開。測試OK后能自動(dòng)生成唯一條形碼（二維碼）的標(biāo)簽并打印，確保所有下線產(chǎn)品經(jīng)過檢測并且可追溯。

3測試驗(yàn)證

3.1測試系統(tǒng)搭建

由于高壓連接器的性能直接關(guān)系到整個(gè)新能源汽車的安全，所以對產(chǎn)品的要求，除了要拿到最終產(chǎn)品狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)符合性報(bào)告，在工廠設(shè)計(jì)及生產(chǎn)階段還會(huì)有DV測試驗(yàn)證及PV測試。測試要求主要包含以下方面。

1）電氣性能。電氣性能包括對電氣參數(shù)的確認(rèn)以及電氣安全的保證。如電流循環(huán)、搭鐵電阻、絕緣耐壓測試等。

2）機(jī)械性能。為保證產(chǎn)品的安裝便利性、連接的可靠性以及維修的便利性，對產(chǎn)品的拉拔力、振動(dòng)、機(jī)械機(jī)構(gòu)等方面做出的要求。

3）環(huán)境性能。包括耐鹽霧、熱老化、溫度沖擊、濕熱循環(huán)等，這些環(huán)境可以完整復(fù)現(xiàn)產(chǎn)品在使用過程中的嚴(yán)苛工況，為產(chǎn)品在使用過程中的可靠性提供檢驗(yàn)依據(jù)。具體測試項(xiàng)目參照表3執(zhí)行，測試方法及要求根據(jù)產(chǎn)品的使用工況會(huì)存在差異。

為有效對高壓連接器進(jìn)行測試，試驗(yàn)室搭建了用于溫升測試的系統(tǒng)，測試系統(tǒng)包括直流恒流源、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及控制單元。直流恒流源為被測樣品提供所需電流值，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集被測樣件各個(gè)點(diǎn)的溫度值及環(huán)境溫度，控制單元用于調(diào)整整個(gè)測試系統(tǒng)中的電流值。

3.2測試數(shù)據(jù)分析

3.2.1端子保持力

本研究對同一型號(hào)的4個(gè)連接器進(jìn)行了端子保持力的測試，線徑截面積為4mm2，測試結(jié)果如圖13所示。

圖13中可見，對于線徑截面積為4mm2的產(chǎn)品，其端子抗拉力可滿足表1中的最小抗拉強(qiáng)度要求，且公端與母端的產(chǎn)品一致性在可控范圍內(nèi)。

3.2.2溫升

本研究選取線纜截面積為4mm2的連接器，通以30A的電流值，每天記錄其溫升數(shù)據(jù)，連續(xù)記錄1008h，如圖14所示。

由圖14分析，4mm2的連接器可長期承受30A，且溫升保持在45K范圍內(nèi)。在前600h內(nèi)，溫升數(shù)據(jù)在一定的范圍內(nèi)波動(dòng)，在650~700h，溫升值開始上升至最高，逐漸穩(wěn)定在45K，可滿足基本使用工況。

眾所周知，在新能源汽車中，高壓連接器的使用環(huán)境較為復(fù)雜，濕度、溫度都是影響其性能的主要因素，因此在進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)時(shí)，除上面提到的常溫環(huán)境下的驗(yàn)證測試，還需要開展復(fù)雜環(huán)境下的的驗(yàn)證以保證其可靠性。

4結(jié)論

高壓連接系統(tǒng)作為新能源汽車中的重要組成部分，其可靠性問題會(huì)直接影響電動(dòng)汽車安全性，將對行業(yè)發(fā)展造成嚴(yán)重影響。本文研究了電動(dòng)汽車用高壓連接器的發(fā)展歷程，從產(chǎn)品的技術(shù)特點(diǎn)及測試要求等幾方面重點(diǎn)介紹?；谄潢P(guān)鍵技術(shù)要求，搭建了綜合模擬測試臺(tái)架，對指定一款產(chǎn)品進(jìn)行了測試，依據(jù)測試數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析總結(jié)，后續(xù)的驗(yàn)證測試需考慮更復(fù)雜的環(huán)境，以提高產(chǎn)品可靠性。

　　審核編輯：湯梓紅