基于不同高壓電氣架構(gòu)接插件應(yīng)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(gòu)接插件應(yīng)用淺析

王飛，姚意，李東，曾羽飛，汪濤

（奇瑞新能源汽車技術(shù)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(gòu)的使用特點(diǎn)，螺栓固定式連接器的技術(shù)特點(diǎn)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(gòu)中的應(yīng)用優(yōu)勢。

快插式連接器；螺栓固定式連接器；高壓架構(gòu)

前言

隨著環(huán)境問題的日益突出以及能源危機(jī)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(jié)能、低噪音、零排放的優(yōu)點(diǎn)明顯，國家發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》的相關(guān)政策，主要規(guī)劃的內(nèi)容為新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展將以純電驅(qū)動為新能源汽車發(fā)展和汽車工業(yè)轉(zhuǎn)型的主要戰(zhàn)略取向。但是電動車市場銷量在一定程度上受著國家補(bǔ)貼政策的影響，隨著補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)越來越低，電動車要繼續(xù)擴(kuò)大市場，自身成本的控制必須趨向于汽油車，方有競爭優(yōu)勢。

整車高壓線束作為關(guān)鍵零部件，其架構(gòu)的設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)也很關(guān)鍵。

1 整車高壓架構(gòu)

整車高壓架構(gòu)系統(tǒng)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(gòu)成整車高壓架構(gòu)。高壓模塊主要有以下產(chǎn)品：動力電池，PDU（高壓電器盒）、MCU（電機(jī)控制器）、DCDC、OBC（充電機(jī)）、PTC及其控制器、驅(qū)動電機(jī)、EAC（空調(diào)壓縮機(jī)）、快充接口、慢充接口。高壓架構(gòu)的設(shè)計(jì)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(shù)量等，對連接器的成本起著關(guān)鍵的影響[1]。

1.1 電動車典型高壓架構(gòu)形式及特點(diǎn)

電動車經(jīng)過近幾年的快速發(fā)展，經(jīng)歷了多種高壓架構(gòu)，總體類似可以分三種類型：

1.1.1 分布式架構(gòu)

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

圖1 分布式架構(gòu)

1.1.2三合一集成架構(gòu)

隨著電動汽車技術(shù)的發(fā)展，各主機(jī)廠開始發(fā)展分模塊集成技術(shù)： MCU與驅(qū)動電機(jī)，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(shù)既能減少連接器的數(shù)量，降低成本，又能避免五合一多模塊集成帶來的技術(shù)難題。

圖2 三合一集成架構(gòu)

1.1.3五合一集成架構(gòu)

五合一集成架構(gòu)應(yīng)該是電動車高壓架構(gòu)的一個趨勢，其主要特點(diǎn)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(shù)量，降低了高壓線束成本。缺點(diǎn)在于集成控制模塊目前技術(shù)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(shù)越來越成熟，加上市場應(yīng)用推廣，其成本將會逐漸走低。

圖3 五合一集成架構(gòu)

1.2 三種高壓架構(gòu)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(gòu)連接器統(tǒng)計(jì)如表1。

從表1可以看出不同高壓架構(gòu)的連接器數(shù)量差別：大電流連接器五合一集成架構(gòu)相對于分布式架構(gòu)和三合一集成架構(gòu)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(gòu)和三合一集成架構(gòu)相對與分布式架構(gòu)減少了4對，成本上減少約40%。

表1 三種高壓架構(gòu)連接器統(tǒng)計(jì)

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(tǒng)，是高壓線束系統(tǒng)關(guān)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(dāng)，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(jī)械性能、環(huán)境性能以及安全性能方面技術(shù)要求很高[2]。而連接器的成本關(guān)鍵是技術(shù)要求，在技術(shù)要求不變的情況下，可以通過連接器的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)有插頭和插座

插頭主要有端子、外殼、Inter-Lock、密封圈、屏蔽環(huán)、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(huán)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(jié)構(gòu)有：TPT鋁合金連接器外殼、屏蔽壓接內(nèi)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(jié)構(gòu)形式：快插式連接器相對于螺栓固定式連接器結(jié)構(gòu)比較復(fù)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(jī)構(gòu)，螺栓固定式連接器無鎖緊機(jī)構(gòu)，通過螺栓和高壓模塊對接。

技術(shù)要求：兩種連接器的結(jié)構(gòu)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(hù)》規(guī)定的技術(shù)要求，其中快插式連接器通過互鎖結(jié)構(gòu)滿足高壓斷電需求，螺栓固定式連接器則按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(jī)構(gòu)，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(jié)構(gòu)對比，可以知道快插式連接器結(jié)構(gòu)相對復(fù)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(gòu)中的應(yīng)用

螺栓固定式連接器不是適合所有的位置,需要結(jié)合高壓架構(gòu)以及連接器過電流大小綜合考慮。架構(gòu)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(jié)構(gòu)形式，成本降低有限。下面我們結(jié)合上述三種架構(gòu)形式來分析：

1）分布式架構(gòu)：分布式架構(gòu)快充線束不適合使用螺栓固定式連接器，主要是因?yàn)榭斐渚€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(gòu)：同分布式架構(gòu)；

3）五合一集成架構(gòu)：可以通過集成控制模塊揭蓋設(shè)計(jì)，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(shù)量統(tǒng)計(jì)表

4 總結(jié)

本文一方面從架構(gòu)的角度分析不同架構(gòu)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(jié)構(gòu)形式分析連接器對于高壓線束成本的影響。

從架構(gòu)的角度來講，五合一集成架構(gòu)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(shí)現(xiàn)各模塊的柔性綜合集成，技術(shù)不夠成熟，且集成模塊成本增加，目前階段還不適合整車應(yīng)用。而三合一集成架構(gòu)集成DCDC、OBC和PDU，原理相對簡單，且目前市場上已經(jīng)有所推廣，整體成本相對較低，適合目前整車應(yīng)用。

從連接器結(jié)構(gòu)形式來講，快插式連接器應(yīng)用較廣，裝配效率高，適合整車裝配節(jié)拍較快的裝配線，但是成本較高。而螺栓固定式連接器結(jié)構(gòu)簡單，成本低，適合整車裝配節(jié)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(chǎn)節(jié)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(shù)。待模塊集成技術(shù)成熟以及電動車生產(chǎn)節(jié)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(gòu)的設(shè)計(jì)[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(shù)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(hù)[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)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

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1671-7988(2019)05-37-04

U462

王飛，工程師，就職于奇瑞新能源汽車技術(shù)有限公司，擔(dān)任高壓系統(tǒng)科室經(jīng)理職務(wù)。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(gòu)，高壓安全。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.05.011