汽车正在从“油”变成“电”，小小连接器应该怎么变？

碳达峰和碳中和是最近频繁登上热搜的两个关键词。为应对气候变化，各国政府依据各自的国情纷纷制定了相应的碳达峰目标以及实现碳中和的措施。作为实现二氧化碳减排的有效手段，在政策和技术的驱动下，新能源汽车在近些年的发展十分迅速。与此同时，汽车制造商也在不断加紧推动电动汽车的上市计划。

根据彭博新能源财经（BNEF）的预测，到2022年，全球多家汽车制造商将推出500多种不同型号的电动汽车。在市场的带动下，从事电动汽车连接器制造的企业也迎来了发展的好机会。

新能源汽车中的关键部件

几经演变，燃油车的车辆体系架构不仅具体而且非常复杂。新能源汽车则不然，电气化设计的传动系统使得车辆的结构轻巧且灵活。按体系结构划分，新能源汽车又分为混合动力电动汽车（HEV）和纯电动汽车（EV）。以纯电动汽车为例，其体系结构主要由电机、电池组、逆变器、充电器、DC-DC转换器等5个重要部件组成，通过这些部件的运行，电动汽车中的动力传动系统得以正常工作。

图1：新能源汽车中的关键部件及其所需的连接器类型

在这些重要部件之外，电动汽车的动力系统体系结构中还使用了一种必不可少的硬件——连接器。在车辆内部，各重要部件之间的相互连接必须依靠连接器架起的一座座“桥”，甚至连接器已经成为考察EV/HEV性能优劣的关键因素之一。

新能源汽车接口所需的连接器种类繁多，在插拔次数、载流能力、耐热性、密封防水和抗振动等方面都必须表现出色，尤其是高压连接器，在质量和制造精度上的要求更高。在新能源汽车中也有一部分低压连接器，主要用于新能源汽车的电池管理系统、电池均衡系统、整车控制系统以及其它信号控制系统，这些产品大多是在低频连接器基础上专门针对EV/HEV开发出的定制产品。

为新能源汽车挑选合规的连接器

EV/HEV市场代表了一个新的细分市场，对所有参与EV/HEV车辆设计和制造的人来说都具有独特的挑战。这些设计和工程挑战中，就包括开发一系列全面的汽车互连和充电插头解决方案。

在EV用连接器的选型过程中，我们首先要面对的挑战就是高电压和大电流。EV高压连接器的工作电压范围已从传统汽车的14V提升至400V～800V，电流从30A到300A或更高，这些连接器必须要有严格的设计考虑才能避免在如此高的功率水平下出现电磁干扰和电弧等危险。此外，要想有效延长EV的续航里程，还需从每个部件的小型化和轻量化入手，此时，连接器的重量和成本也是需要考虑的重点。

然而，在实际中选择一款正确的连接器并不容易。如图1所示，电动汽车需要许多不同的连接器，比如：单个锂离子模块需要连接在一起，形成一个电池存储系统。此外，各种驱动系统、转换器、辅助模块、充电和监控系统也必须组合并连接在一起才能正常工作。下面我们就电动汽车中几个关键模块所需的连接器，逐一介绍它们对连接器选型的要求，并列举一些符合要求的连接器产品。

专为充电插头设计的连接器

现在，各国采用的电动汽车充电插头的差别很大。在北美、日本、欧盟等国家和地区，Type1和Type2用于交流（AC）充电桩，CHAdeMo和CCS（联合充电系统）用于直流（DC）充电桩。在中国，充电桩采用的连接器需要符合GB/T20234标准。特斯拉有符合自己充电标准的专用插头。有关电动汽车充电插头的执行标准和选型，详细内容可参见本公众号的另一篇文章：

充电桩和可穿戴：这两个热门应用中的连接器，应该怎么选？

JAE Electronics（日本航空电子工业公司）的KW系列是专门为电动汽车充电桩市场打造的连接器。其中，KW02/KW03系列在符合CHAdeMO标准规格范围内满足V2H各项指标。KW04系列是符合在欧洲普及的CCS标准的快速充电用连接器。

图2：KW04系列连接器 （图源：JAE）

Phoenix Contact的E-Mobility解决方案可用于EV/HEV的快速直流充电以及交流充电，它能适合多种车身样式（见图3）。该公司提供的组合式交/直流连接系统支持对电动汽车进行交/直流充电，系统采用通用针式连接器模式，直流和交流充电共用一个插座。

图3：Phoenix Contact E-mobility推出的连接器为所有国际标准提供通用的充电插头，用于快速直流充电以及通过交流连接充电（图源：Phoenix）

专为电池管理系统设计的连接器

电池是电动汽车中非常关键的部件。为了确保电池正常和安全的工作，所有电动汽车都必须配备电池管理系统（BMS）。在电池充电过程中，BMS能防止电池在超出安全极限的情况下运行，并在充电和放电过程中始终监控电池组的工作状态，然后通过平衡电池组内的电池来优化性能，从而提高电池的寿命和容量。此外，BMS还能够满足其他功能，如检查故障、确定可用能量和剩余使用寿命等。

通常，BMS的性能和可靠性由系统内使用的组件来定义，连接器是其中的一个重要组件。Amphenol公司为BMS设计提供了一系列紧凑、灵活、高性能的连接器产品。WireLock 1.8mm线对板连接器是汽车级连接器系列中的一款新品，专为BMS应用而设计，紧凑的1.8mm连接器符合汽车应用中日益增长的小型化需求。

此外，Amphenol Minitek MicroSpace是拥有独特设计的汽车线对板连接器，可支持包括BMS在内的许多汽车应用。其中，LV214适配连接器提供1.50mm和1.27mm间距的单排和双排两个产品系列，具有主动锁存功能以及可选的TPA和CPA功能。其中，1.27mm连接器的载流量为1A，电缆外径为28AWG至26AWG，而1.50mm连接器的载流量为2A，电缆外径为24AWG至28AWG。

图4：Minitek MicroSpace线对板连接器 （图源：Amphenol）

专为电池应用设计的高压连接器

除电动机和电池外，电动汽车的结构由各种电气和电子系统组成，如逆变器、电源接线盒或充电器等，这些系统通过专用的高压连接器和电缆相互连接。对于那些接触“高功率”仅限于几百瓦或10A以下的设计人员来说，选择EV/HEV所需的高压连接器需要一种不同的思维方式。比如在选择线对板和线对线连接器时，因考虑振动、应力和温度等较恶劣的应用环境，这些连接器均需符合插/拔次数和机械坚固性等一些颇具挑战性的标准。

我们知道，传统燃油汽车采用额定电流为30A的12V电池供电。在EV/HEV上，最高电压甚至可达1000V，额定电流最高达到400A，这意味着传统的电源连接器解决方案将不再适用于EV/HEV设计。

除了高电压和大电流等考虑，EV/HEV连接器还需符合其他规范。例如，它们要能够抵抗高温、冲击、振动、液体污损、灰尘、污垢等恶劣环境条件的影响。在尺寸和重量上，也要力求在更小、更轻的包装中提供安全、耐用的电气性能。

Amphenol的UPC系列连接器适用于电池连接、配电装置、电动机、电源转换器/逆变器、BMS等应用，该连接器包含EMI屏蔽、HVIL（高压联锁回路）和用于高压和电流连接的锁定功能。此外，Amphenol UPC高压连接器还能承受至少500个插拔周期，其工作电流范围很宽，约为200A～450A，工作电压为1000V。

图5：UPC系列连接器 （图源：Amphenol）

汽车制造商一直在积极地寻找能够满足下一代EV/HEV特定高压要求的智能和高性能部件。为了满足这一需求，TE Connectivity开发了HC-STAK 25高压（HV）互连系统，这是一种紧凑、坚固、可靠的高性能连接器解决方案，可有效地将电源从电池组传输到驱动电机。

图6：HC-STAK 25高压互连系统 （图源：TE Connectivity）

TE的HC-STAK 25互连系统解决了EV/HEV面临的挑战，如在车辆整个使用寿命内可靠处理高功率浪涌的能力，同时在紧凑灵活的包装几何结构、重量和成本方面提供优异的组件设计。除了紧凑的尺寸，HC-STAK 25互连系统及其双端叉触点还具有可扩展性，能够在车辆的整个使用寿命内可靠地向每个集合分配高功率。因HC-STAK 25是一个预组装插头，与铝和铜兼容，非常便于使用。同时，产品还符合IP2XB、IP67/IP6K9K密封和V0易燃性的防触摸安全要求。

TE拥有丰富的汽车连接器产品阵营，AMP+HVA 1200高压端子和连接器系统是公司EV/HEV高压连接器系列的重要补充。HVA 1200连接器的额定电压高达1000V，在85°C下的载流能力为100A，专门用于确保充电接口、车载充电器和蓄电池之间的安全可靠连接。有了AMP+HVA 1200高压端子和连接器系统，汽车制造商将受益于其下一代车辆的高性能互连系统。

图7：AMP+HVA 1200高压端子和连接器 （图源：TE）

Rosenberger HVR连接系统的HPK系列在85°C和高达1000V时载流能力可达到275A。凭借其出色的振动和电流容量性能，HPK连接器非常适合典型的高压电动汽车应用，如电池、逆变器和PDU之间的连接。该系列包括单极、双极或三极连接器，可与四种不同电缆横截面的铜或铝电缆一起使用。可提供带或不带HVIL（高压联锁）的直线和角度电缆耦合器以及相应的头。

图8：HPK连接器 （图源：Rosenberger）

结语

根据市场调查机构Canalys最新报告，2021年上半年全球新能源汽车销售量总计为260万辆，同比增长160%。预计全球电动汽车市场的强劲需求将覆盖整个2021年，这其中，以中国大陆和欧洲两大市场的表现最为抢眼，二者销量合计将占全球电动汽车市场的87%。而彭博新能源财经发布的一份报告对这一市场的预测也非常乐观，预计到2025年，电动汽车将占全球乘用车销量的10%左右，2030年和2040年将分别增长至28%和58%。

随着电动汽车和混合动力汽车的日益普及，对电动汽车连接器和充电电缆从未有过如此高的市场需求。来自Verified的市场研究，2018年全球电动汽车连接器的市场价值为2850万美元，预计到2026年将达到1.0966亿美元，2019年至2026年的复合年增长率为18.4%。从这些数据可以看出，全球电动汽车连接器市场的发展正处于快速上升阶段，未来前景可期！