基于不同高壓電氣架構接插件應用淺析

王飛，姚意，李東，曾羽飛，汪濤

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基于不同高壓電氣架構接插件應用淺析

王飛，姚意，李東，曾羽飛，汪濤

（奇瑞新能源汽車技術有限公司，安徽 蕪湖 241002）

文章主要介紹純電動汽車連接器在不同高壓架構的使用特點，螺栓固定式連接器的技術特點以及螺栓固定式連接器相對于快插式連接器在不同高壓架構中的應用優勢。

快插式連接器；螺栓固定式連接器；高壓架構

前言

隨著環境問題的日益突出以及能源危機的逐步加劇，清潔型電動汽車的市場銷量在慢慢提升。清潔型電動汽車高效、節能、低噪音、零排放的優點明顯，國家發布的《節能與新能源汽車產業發展規劃》的相關政策，主要規劃的內容為新能源汽車產業發展將以純電驅動為新能源汽車發展和汽車工業轉型的主要戰略取向。但是電動車市場銷量在一定程度上受著國家補貼政策的影響，隨著補貼標準越來越低，電動車要繼續擴大市場，自身成本的控制必須趨向于汽油車，方有競爭優勢。

整車高壓線束作為關鍵零部件，其架構的設計，連接器的選型對高壓線束的成本有著很大的影響。而連接器的選型不僅僅影響整車線束的成本，對整車的EMC、高壓安全設計也很關鍵。

1 整車高壓架構

整車高壓架構系統的功能主要是保證動力電能的輸出，主要連接整車高壓模塊，構成整車高壓架構。高壓模塊主要有以下產品：動力電池，PDU（高壓電器盒）、MCU（電機控制器）、DCDC、OBC（充電機）、PTC及其控制器、驅動電機、EAC（空調壓縮機）、快充接口、慢充接口。高壓架構的設計影響到各高壓模塊在整車上的位置，高壓線束的走向以及高壓連接器的數量等，對連接器的成本起著關鍵的影響[1]。

1.1 電動車典型高壓架構形式及特點

電動車經過近幾年的快速發展，經歷了多種高壓架構，總體類似可以分三種類型：

1.1.1 分布式架構

目前大部分電動車采用分布式架構（見圖1），其主要特點在于各模塊單獨布置，不做任何集成，缺點是每個模塊之前都需要連接器連接，數量多，成本高。

圖1 分布式架構

1.1.2三合一集成架構

隨著電動汽車技術的發展，各主機廠開始發展分模塊集成技術： MCU與驅動電機，DCDC和OBC，DCDC、OBC、PDU等二合一、三合一集成（圖2所示為DCDC、OBC、PDU三合一集成）。分模塊集成技術既能減少連接器的數量，降低成本，又能避免五合一多模塊集成帶來的技術難題。

圖2 三合一集成架構

1.1.3五合一集成架構

五合一集成架構應該是電動車高壓架構的一個趨勢，其主要特點在于集成了大部分可以集成的高壓模塊，減少高壓連接器數量，降低了高壓線束成本。缺點在于集成控制模塊目前技術還不成熟，在一定程度上，其增加的成本抵消了連接器降低的成本。但是隨著模塊集成化技術越來越成熟，加上市場應用推廣，其成本將會逐漸走低。

圖3 五合一集成架構

1.2 三種高壓架構連接器成本分析

從電流大小上來說，可以將連接器分為150A以上以及150A以下兩類。按上述原則要求，三種高壓架構連接器統計如表1。

從表1可以看出不同高壓架構的連接器數量差別：大電流連接器五合一集成架構相對于分布式架構和三合一集成架構減少了2對，成本上減少約28%；小電流連接器五合一集成架構和三合一集成架構相對與分布式架構減少了4對，成本上減少約40%。

表1 三種高壓架構連接器統計

2 高壓連接器

高壓連接器同線束連接電動車動力總成系統，是高壓線束系統關鍵二級零部件，影響車輛的功能和性能，同時也是影響安全性能的重要因素。連接器選取不當，可能會引起車輛拋錨、著火、甚至電擊等引起車輛使用者的生命安全。所以連接器在電性能、機械性能、環境性能以及安全性能方面技術要求很高[2]。而連接器的成本關鍵是技術要求，在技術要求不變的情況下，可以通過連接器的結構來降低連接器的成本。

2.1 連接器種類

高壓連接器目前主要分兩種：

2.1.1快插式連接器

快插式連接器主要結構有插頭和插座

插頭主要有端子、外殼、Inter-Lock、密封圈、屏蔽環、封線體、尾蓋、助力手柄以及其它附件組成，如圖4所示：

圖4 插頭

插座主要有端子、外殼、Inter-Lock、密封圈、屏蔽環以及其它附件組成，如圖5所示：

圖5 插座

圖6 快插式連接器裝配圖

2.1.2螺栓固定式連接器

螺栓固定式連接器主要結構有：TPT鋁合金連接器外殼、屏蔽壓接內襯套、屏蔽壓接套、密封圈、尾蓋以及其它附件等（如圖7）。

圖7 螺栓固定式連接器爆炸圖

2.2 快插式連接器和螺栓固定式連接器對比分析

結構形式：快插式連接器相對于螺栓固定式連接器結構比較復雜，快插式連接器多了插座，螺栓固定式連接器直接和高壓模塊通過螺栓連接；快插式連接器插頭比螺栓固定式連接器多了互鎖、鎖緊機構，螺栓固定式連接器無鎖緊機構，通過螺栓和高壓模塊對接。

技術要求：兩種連接器的結構都能滿足GB/T 18384.3《電動汽車安全要求第 3 部分：人員觸電防護》規定的技術要求，其中快插式連接器通過互鎖結構滿足高壓斷電需求，螺栓固定式連接器則按標準規定必須使用工具方可斷開[3]。

裝配效率：螺栓固定式連接器裝配性比較差，快插式連接器通過自身鎖緊機構，不需要通過工具就可以完成連接器裝配工作。螺栓固定式連接器需先打開高壓模塊上蓋，裝配接觸端子，再裝配連接器外殼，然后裝配高壓模塊上蓋。整體裝配工時約增加300%。如下圖：

圖8 螺栓固定式裝配示意圖

成本對比：通過連接器結構對比，可以知道快插式連接器結構相對復雜：快插式連接器比螺栓固定式連接器多了互鎖、助力手柄，且多了一個插座，而螺栓固定式連接器只多了固定的螺栓。一對快插式連接器對比螺栓固定式連接器的成本約降低70%左右。

3 螺栓固定式連接器在不同架構中的應用

螺栓固定式連接器不是適合所有的位置,需要結合高壓架構以及連接器過電流大小綜合考慮。架構決定高壓各模塊的位置、裝配方式，連接器出線方向；小電流連接器使用螺栓固定式結構形式，成本降低有限。下面我們結合上述三種架構形式來分析：

1）分布式架構：分布式架構快充線束不適合使用螺栓固定式連接器，主要是因為快充線束本體較大，動力電池分裝線裝配快充線束后，再隨動力電池上總裝線，裝配方便性不足，影響裝配效率，不建議使用螺栓固定式連接器，其它位置都可以只用螺栓固定式連接器；

2）三合一集成架構：同分布式架構；

3）五合一集成架構：可以通過集成控制模塊揭蓋設計，快充線束和集成控制模塊連接器處可以使用螺栓固定式連接器，其它位置都可以只用螺栓固定式連接器。

表2 使用螺栓固定式連接器位置&數量統計表

4 總結

本文一方面從架構的角度分析不同架構形式，連接器對高壓線束成本的影響；另一方面從連接器的結構形式分析連接器對于高壓線束成本的影響。

從架構的角度來講，五合一集成架構成本最低，但是五合一高壓模塊目前僅僅是物理集成，并沒有從原理上實現各模塊的柔性綜合集成，技術不夠成熟，且集成模塊成本增加，目前階段還不適合整車應用。而三合一集成架構集成DCDC、OBC和PDU，原理相對簡單，且目前市場上已經有所推廣，整體成本相對較低，適合目前整車應用。

從連接器結構形式來講，快插式連接器應用較廣，裝配效率高，適合整車裝配節拍較快的裝配線，但是成本較高。而螺栓固定式連接器結構簡單，成本低，適合整車裝配節拍較慢的裝配線。

綜合上述，考慮到目前純電動車市場還處于上升期，生產節拍較慢，以及純電動車整體成本高，可以考慮使用三合一集成以及螺栓固定式連接器技術。待模塊集成技術成熟以及電動車生產節拍速度要求提高，可以逐步推廣使用五合一集成以及快插式連接器。

[1] 李田田,金啟前,馮擎峰.純電動汽車高壓電氣架構的設計[J].汽車 工程師,2013（11）:49-51.

[2] SAE J1742-2010 Connections for high voltage on-board vehicle elec -trical wiring harnesses-test methods and general performance requi -rements[S].SAE,2010.

[3] 中國汽車技術研究中心.GB/T 18384.3-2015電動汽車安全要求（第3部分）:人員觸電防護[S].北京:中國標準出版社,2015.

Analysis of Connector Application Based on Different High Voltage Electrical Architectures

Wang Fei, Yao Yi, Li Dong, Zeng Yufei, Wang Tao

（Chery New Energy Automobile Technology Co., Ltd., Anhui Wuhu 241002）

This paper mainly introduces the application characteristics of BEV connectors in different high-voltage structur -es, the technical characteristics of bolted fixed connectors and the application advantages of bolted fixed connectors in different high-voltage structures compared with fast plug-in connectors.

Fast Plug-in Connector; BFC; High Voltage Architecture

A

1671-7988(2019)05-37-04

U462

A

1671-7988(2019)05-37-04

U462

王飛，工程師，就職于奇瑞新能源汽車技術有限公司，擔任高壓系統科室經理職務。主要研究方向：高壓線束，連接器，PDU，熔斷器以及繼電器，高壓架構，高壓安全。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.05.011