新能源汽车高压连接器:标准与应用的全面解析

高压连接器,作为电动汽车不可或缺的零部件,扮演着至关重要的角色。它主要负责构建和维护整车的高压互联系统,确保在内部电路出现阻断或孤立时,能够有效地架起桥梁,恢复电流的流通。本文旨在深入探讨高压连接器的结构、组成、相关标准以及实际应用,为读者提供全面的了解。高压连接器主要应用于新能源汽车的高压大电流回路中,与导电线缆协同工作,负责将电池包的能量通过精心设计的电气回路,高效地输送到车辆的各个用电部件,如电池包、电机控制器、DCDC转换器以及充电机等。

图:高压连接器在电动汽车整车系统中的布局示意图。

  1. 高压连接器的组成
    高压连接器主要由以下部分组成:机壳(分为公端和母端)、端子(包括公母端子)、屏蔽罩、密封结构(涉及尾部、半端、线端和接触部分)、尾部防护盖,以及高压互锁系统和CPA系统等。
  2. 高压连接器的标准
    高压连接器的标准主要依据行业标准来制定,涵盖了安规、性能等多方面的要求,同时也包括一系列的测试标准。

    目前,高压连接器的标准内容在某些方面仍有待完善和提升。主流的连接器厂家在设计时,往往会参考欧洲四大主机厂奥迪、宝马、戴姆勒、保时捷共同制定的行业标准LV系列标准。而在北美地区,则主要参照欧洲三大主机厂克莱斯勒、福特、通用联合的线束连接组织EWCAP所制定的行业标准SAE/USCAR系列标准。此外,还有一些其他的重要标准,如德国的DIN EN 1829和DIN EN 62271,以及中国的国标GB/T 18384《电动汽车安全要求》等。需要注意的是,高压连接器通常与线束一起使用,因此线束的标准要求也至关重要,行业里通常以SAE j1742为参考。
  3. 高压连接器的应用与发展

随着国内新能源领域的持续发展,高压连接器的演变已历经数次迭代。最初,笨重的金属连接器占据了主导地位,但随着技术的进步,轻便的塑料连接器逐渐成为新宠,且功能日益多样化。
从连接器的角度出发,我们可以发现其类型繁多,如按形状划分,有圆形、矩形等;按频率区分,则有高频和低频等。不同的行业对连接器的需求亦会有所差异。在此,我们主要聚焦于新能源汽车的高压连接器,探讨其在整车上的多样化应用。根据线束的连接方式,高压连接器大致可分为两大类。

  1. 固定式连接——螺栓直接连接

螺栓连接是汽车行业中常见的连接方式,其优点在于连接的稳固性。螺栓的机械强度足以应对汽车振动的影响,且成本较低。然而,这种方式也有其限制。首先,螺栓连接需要一定的安装空间,而在现代汽车设计中,空间利用率极高,往往难以提供足够的安装空间。其次,从生产效率和售后维护的角度来看,过多的螺栓连接也不利于批量化作业和维护的便捷性。此外,螺栓越多,人为操作失误的风险也越高。因此,在选择是否采用这种方式时,必须综合考虑整车的动力线设计、布置以及售后维护需求。

2. 插合式连接

相较于螺栓直接连接,插合式连接通过连接两个端子外壳来确保电气连接的安全性,进而实现与线束的顺畅连接。这种连接方式简便快捷,可直接手动操作,因此在某些狭小的操作空间内,它也能展现出其优势。随着技术的发展,插合式连接已从早期的公母端直接接触,演变为采用中间弹性导体接触材料的方式。这种改进更适用于大电流的连接需求,其优异的导电材料和精心设计的弹性结构能有效降低接触电阻,确保大电流连接的稳定性。


中间弹性导体,在行业内通常被称为“contact”,其种类繁多。我们熟悉的就有簧式、冠簧、片簧、线簧以及爪簧等,此外,还有弹簧式、MC的表带式以及ODU的线簧式等。这些不同类型的contact,虽然各有特点,但共同的目标都是确保电气连接的稳定性和导电性能。关于这些contact的具体原理和应用,我们在之前的文章中已经进行了简单的介绍,这里就不再赘述了。

在实际应用中,我们观察到插合方式主要有两种:圆形的和片式的。圆形的插合方式在国内许多车型上都很普遍,例如Amphenol TE等品牌的大电流连接器,其8mm及以上的产品都采用了这种设计,因此我们在此不再赘述。

而片式插合方式则以kostal的PLK contact为代表,这种设计在早期的日美混动车型中应用较多,例如早期的prius、tssla等车型,以及bmw bolt的一些部位也采用了这种设计。从成本和热对流的角度来看,片式插合方式相较于传统的圆形簧式确实具有一定的优势。然而,我个人认为,选择何种插合方式不仅取决于实际的应用需求,还与各家的设计风格紧密相关。

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