基于不同高压电气架构接插件应用浅析

王飞，姚意，李东，曾羽飞，汪涛



基于不同高压电气架构接插件应用浅析

王飞，姚意，李东，曾羽飞，汪涛

（奇瑞新能源汽车技术有限公司，安徽 芜湖 241002）

文章主要介绍纯电动汽车连接器在不同高压架构的使用特点，螺栓固定式连接器的技术特点以及螺栓固定式连接器相对于快插式连接器在不同高压架构中的应用优势。

快插式连接器；螺栓固定式连接器；高压架构

前言

随着环境问题的日益突出以及能源危机的逐步加剧，清洁型电动汽车的市场销量在慢慢提升。清洁型电动汽车高效、节能、低噪音、零排放的优点明显，国家发布的《节能与新能源汽车产业发展规划》的相关政策，主要规划的内容为新能源汽车产业发展将以纯电驱动为新能源汽车发展和汽车工业转型的主要战略取向。但是电动车市场销量在一定程度上受着国家补贴政策的影响，随着补贴标准越来越低，电动车要继续扩大市场，自身成本的控制必须趋向于汽油车，方有竞争优势。

整车高压线束作为关键零部件，其架构的设计，连接器的选型对高压线束的成本有着很大的影响。而连接器的选型不仅仅影响整车线束的成本，对整车的EMC、高压安全设计也很关键。

1 整车高压架构

整车高压架构系统的功能主要是保证动力电能的输出，主要连接整车高压模块，构成整车高压架构。高压模块主要有以下产品：动力电池，PDU（高压电器盒）、MCU（电机控制器）、DCDC、OBC（充电机）、PTC及其控制器、驱动电机、EAC（空调压缩机）、快充接口、慢充接口。高压架构的设计影响到各高压模块在整车上的位置，高压线束的走向以及高压连接器的数量等，对连接器的成本起着关键的影响[1]。

1.1 电动车典型高压架构形式及特点

电动车经过近几年的快速发展，经历了多种高压架构，总体类似可以分三种类型：

1.1.1 分布式架构

目前大部分电动车采用分布式架构（见图1），其主要特点在于各模块单独布置，不做任何集成，缺点是每个模块之前都需要连接器连接，数量多，成本高。

图1 分布式架构

1.1.2三合一集成架构

随着电动汽车技术的发展，各主机厂开始发展分模块集成技术： MCU与驱动电机，DCDC和OBC，DCDC、OBC、PDU等二合一、三合一集成（图2所示为DCDC、OBC、PDU三合一集成）。分模块集成技术既能减少连接器的数量，降低成本，又能避免五合一多模块集成带来的技术难题。

图2 三合一集成架构

1.1.3五合一集成架构

五合一集成架构应该是电动车高压架构的一个趋势，其主要特点在于集成了大部分可以集成的高压模块，减少高压连接器数量，降低了高压线束成本。缺点在于集成控制模块目前技术还不成熟，在一定程度上，其增加的成本抵消了连接器降低的成本。但是随着模块集成化技术越来越成熟，加上市场应用推广，其成本将会逐渐走低。

图3 五合一集成架构

1.2 三种高压架构连接器成本分析

从电流大小上来说，可以将连接器分为150A以上以及150A以下两类。按上述原则要求，三种高压架构连接器统计如表1。

从表1可以看出不同高压架构的连接器数量差别：大电流连接器五合一集成架构相对于分布式架构和三合一集成架构减少了2对，成本上减少约28%；小电流连接器五合一集成架构和三合一集成架构相对与分布式架构减少了4对，成本上减少约40%。

表1 三种高压架构连接器统计

2 高压连接器

高压连接器同线束连接电动车动力总成系统，是高压线束系统关键二级零部件，影响车辆的功能和性能，同时也是影响安全性能的重要因素。连接器选取不当，可能会引起车辆抛锚、着火、甚至电击等引起车辆使用者的生命安全。所以连接器在电性能、机械性能、环境性能以及安全性能方面技术要求很高[2]。而连接器的成本关键是技术要求，在技术要求不变的情况下，可以通过连接器的结构来降低连接器的成本。

2.1 连接器种类

高压连接器目前主要分两种：

2.1.1快插式连接器

快插式连接器主要结构有插头和插座

插头主要有端子、外壳、Inter-Lock、密封圈、屏蔽环、封线体、尾盖、助力手柄以及其它附件组成，如图4所示：

图4 插头

插座主要有端子、外壳、Inter-Lock、密封圈、屏蔽环以及其它附件组成，如图5所示：

图5 插座

图6 快插式连接器装配图

2.1.2螺栓固定式连接器

螺栓固定式连接器主要结构有：TPT铝合金连接器外壳、屏蔽压接内衬套、屏蔽压接套、密封圈、尾盖以及其它附件等（如图7）。

图7 螺栓固定式连接器爆炸图

2.2 快插式连接器和螺栓固定式连接器对比分析

结构形式：快插式连接器相对于螺栓固定式连接器结构比较复杂，快插式连接器多了插座，螺栓固定式连接器直接和高压模块通过螺栓连接；快插式连接器插头比螺栓固定式连接器多了互锁、锁紧机构，螺栓固定式连接器无锁紧机构，通过螺栓和高压模块对接。

技术要求：两种连接器的结构都能满足GB/T 18384.3《电动汽车安全要求第 3 部分：人员触电防护》规定的技术要求，其中快插式连接器通过互锁结构满足高压断电需求，螺栓固定式连接器则按标准规定必须使用工具方可断开[3]。

装配效率：螺栓固定式连接器装配性比较差，快插式连接器通过自身锁紧机构，不需要通过工具就可以完成连接器装配工作。螺栓固定式连接器需先打开高压模块上盖，装配接触端子，再装配连接器外壳，然后装配高压模块上盖。整体装配工时约增加300%。如下图：

图8 螺栓固定式装配示意图

成本对比：通过连接器结构对比，可以知道快插式连接器结构相对复杂：快插式连接器比螺栓固定式连接器多了互锁、助力手柄，且多了一个插座，而螺栓固定式连接器只多了固定的螺栓。一对快插式连接器对比螺栓固定式连接器的成本约降低70%左右。

3 螺栓固定式连接器在不同架构中的应用

螺栓固定式连接器不是适合所有的位置,需要结合高压架构以及连接器过电流大小综合考虑。架构决定高压各模块的位置、装配方式，连接器出线方向；小电流连接器使用螺栓固定式结构形式，成本降低有限。下面我们结合上述三种架构形式来分析：

1）分布式架构：分布式架构快充线束不适合使用螺栓固定式连接器，主要是因为快充线束本体较大，动力电池分装线装配快充线束后，再随动力电池上总装线，装配方便性不足，影响装配效率，不建议使用螺栓固定式连接器，其它位置都可以只用螺栓固定式连接器；

2）三合一集成架构：同分布式架构；

3）五合一集成架构：可以通过集成控制模块揭盖设计，快充线束和集成控制模块连接器处可以使用螺栓固定式连接器，其它位置都可以只用螺栓固定式连接器。

表2 使用螺栓固定式连接器位置&数量统计表

4 总结

本文一方面从架构的角度分析不同架构形式，连接器对高压线束成本的影响；另一方面从连接器的结构形式分析连接器对于高压线束成本的影响。

从架构的角度来讲，五合一集成架构成本最低，但是五合一高压模块目前仅仅是物理集成，并没有从原理上实现各模块的柔性综合集成，技术不够成熟，且集成模块成本增加，目前阶段还不适合整车应用。而三合一集成架构集成DCDC、OBC和PDU，原理相对简单，且目前市场上已经有所推广，整体成本相对较低，适合目前整车应用。

从连接器结构形式来讲，快插式连接器应用较广，装配效率高，适合整车装配节拍较快的装配线，但是成本较高。而螺栓固定式连接器结构简单，成本低，适合整车装配节拍较慢的装配线。

综合上述，考虑到目前纯电动车市场还处于上升期，生产节拍较慢，以及纯电动车整体成本高，可以考虑使用三合一集成以及螺栓固定式连接器技术。待模块集成技术成熟以及电动车生产节拍速度要求提高，可以逐步推广使用五合一集成以及快插式连接器。

[1] 李田田,金启前,冯擎峰.纯电动汽车高压电气架构的设计[J].汽车 工程师,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] 中国汽车技术研究中心.GB/T 18384.3-2015电动汽车安全要求（第3部分）:人员触电防护[S].北京:中国标准出版社,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

王飞，工程师，就职于奇瑞新能源汽车技术有限公司，担任高压系统科室经理职务。主要研究方向：高压线束，连接器，PDU，熔断器以及继电器，高压架构，高压安全。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.05.011