火灾频发！专业人士谈如何在汽车高压化时代保护连接器的安全

2024-09-12 18:57:40 781

800V框架下，新能源汽车的安全性如何保证？新能源汽车的不断高压化将给连接器带来何种技术挑战？本文将详细解读新能源汽车的连接安全性。

▲梅赛德斯-奔驰EQE地下车库着火

图源/网络新闻素材

近日，韩国仁川发生了一起重大事故。一辆梅赛德斯-奔驰EQE电动汽车在地下停车场起火，致140余辆汽车受损，23人受伤。

今年4月，上海南浦大桥上一辆新能源车突发火灾被烧成空壳；6月一辆大众ID.4型新能源汽车在杭州收费站发生碰撞事故后起火，导致车上四名乘客遇难；......

然而，7月我国新能源乘用车正历史性地以50.8%的渗透率*超过燃油车，成为市场上真正的主流。

越来越高的普及率和诸多起令人悲痛的事故使我们不得不关注——在新能源汽车逐渐高压化的平台下，人的安全性该如何保障？如何解决高压平台所带来的电气安全、热管理和故障防护等安全问题，成为行业发展的重要课题。

本文将从平台高压化趋势及安全隐患、高压连接器安全技术、高压连接器未来发展趋势三个方面进行解读。

一、新能源汽车“高压心跳”下的安全挑战

为何电动汽车的升级要重点提升高压平台？

新能源汽车往高压化趋势发展主要是为了缩短充电时间、提升车辆能效，以及满足消费者对快速充电的需求。快充技术的核心在于提高整车充电功率，要提高整车充电功率，技术手段上要么加大充电流要么提高充电电压。

而充电电流加大则意味着更粗更重的线束、更高的发热量，容易面临着热失控的风险（热失控风险是指由于化学反应失控导致温度和压力急剧升高的潜在危险），导致电池损坏、火灾甚至爆炸。

800V高压平台能通过提高电压来增加充电功率，同时控制电流以减少热量损失和热失控风险。800V高压平台作为电动汽车技术进步的关键，不仅显著提高了充电效率，还有助于减少能源消耗，代表着电动汽车行业的重要发展趋势。

▲图源/包图网

高压平台将带来哪些安全问题？

高电压对车辆的电气系统和安全性能提出了更高的要求。

前面所提到的梅塞德斯-奔驰EQE起火事件，韩国相关部门调查披露，该辆车搭载的动力电池是镍钴锰 (NCM) 811电池。NCM811能量密度为190 mAh/g，具有高容量、价格低等优势，但其烧结条件苛刻、容易吸潮。

不同于燃油车，动力电池作为电动汽车的核心能量源，电压一般为300~600V，稍有不慎，就会引发电击、火灾等严重电气事故。故而动力电池的设计和性能对车辆的安全性、可靠性和效率有着深远的影响。

而除此之外，高压平台还存在着以下风险。

l 析锂现象

在锂离子电池充电过程中，容易形成固态金属锂，堆积生成锂枝晶，从而降低电池的能量密度和充放电效率，引发危险。

l 热管理问题

新能源汽车在高压工作状态下，电池、电机等关键部件会产生大量热量，需要有效的热管理系统来确保这些热量得到及时散发，避免过热导致的性能下降或安全风险。

l 电磁兼容问题

高压平台产生的电磁场可能对车辆其他电气系统造成干扰，影响车辆正常运行。

新能源电能变换技术领域专家——浙江大学胡长生教授曾多次强调高压平台电磁兼容性的重要性。他提到，电压提升导致干扰源强度增加，新器件的应用也改变了电磁环境，这些因素可能恶化电磁兼容性，影响车辆安全和驾驶体验。

▲胡长生教授

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二、高压连接器如何当好安全“守门员”？

正如前文所提到新能源汽车与传统汽车电路系统的不同，高压架构下的高压连接器在环境温度、载流能力、防护等级、抗振等级等规格参数方面，都有着更为严苛的要求。

整车上高压连接器主要应用于DC、水暖PTC 充电机、风暖PTC、直流充电口、动力电机、高压线束、开关、逆变器动力电池等系统。

在800V架构中，连接器需满足更严格的性能标准，包括高压互锁HVIL、IP67/68防水防尘、IP6K9K抗机械冲击和化学侵蚀、V0级阻燃以及电磁兼容性EMC。

高压互锁

▲泰科HVA HD400集成HVIL功能

图源/泰科官网

高压互锁（HVIL）是一种安全设计，通过低压信号检测高压电路的完整性，确保在高压回路出现断开或连接不稳定时，如盖板未正确覆盖或连接器松动脱落，能够及时切断电源，防止潜在的安全风险。

高压互锁在检测到异常时，会根据车辆状态和故障严重性采取相应控制措施。比如车辆停止时，高压互锁会向控制器发送信号以切断高压电源，并发出故障警告。若车辆在行驶中，高压互锁会先发出警告，然后逐步降低电机功率，平稳减速，以避免突然断电可能导致的危险，确保安全。

高压互锁功能确保高压连接系统的安全操作，要求在连接时功率端子先接通随后互锁端子接通，断开时则相反。

带有高压互锁的连接器在解锁时遵循逻辑时序，其断开时间取决于接触长度差值和断开速度。系统通常在10~100ms内响应互锁端子回路，二次解锁机制可延长断开时间至1秒以上，防止带电插拔产生安全风险。

在国产高压连接器市场上，中航光电的高压连接器产品占有率很高，其EVH2系列具备高压互锁、360°屏蔽、二次锁紧及二级解锁等功能。

▲中航光电高压互锁连接器

电磁屏蔽

由于电动汽车中的电子器件在高频率下产生磁场，整车零部件必须具备抗电磁干扰能力，特别是高压系统的屏蔽连接器和电缆，对于防止EMC问题至关重要。为了有效管理电磁干扰，车规级高压线束通常会配备电磁屏蔽层，将电动车电磁辐射水平限制在低水平。

例如，君灏新能源的过孔连接器符合USCAR，产品具有360°屏蔽、高防护等级、高耐盐雾等级等特点，可以实现线束防退和防转功能，适用于配电盒、电机、电机控制器、PDU等设备的强电的出线连接。

绝缘监测

根据big-bit产业研究室的调研，在高电压大电流的情况下，高压连接器的温度升高不能超过额定值。在选择外壳材料时要考虑重量、强度和是否易于加工，而且在不同温度下连接器端子的材料性能如何保持稳定性、如何保证必要的导电率等都需要考量。

在标准QC/T-1067下，连接器的绝缘性能通过两项关键指标来确保：绝缘电阻和绝缘介电强度。

绝缘电阻要求在500V电压下，连接器内部相邻端子间的电阻达到2100MΩ，以保证足够的电绝缘性。绝缘介电强度测试则是在交流1000V或直流1600V的电压下持续1分钟，确保相邻端子之间以及端子与连接器塑料外壳之间不会出现介质断裂或击穿，同时电流泄露控制在1mA以下，从而验证连接器的电气绝缘性能符合安全标准。

防水防尘

新能源汽车涉水后，高压动力系统以及其他零部件可能因为涉水直接损坏或降低绝缘性能，存在漏电风险，具有非常大的安全隐患，因此高压连接器的防水性能也至关重要。

汽车整车分为干区和湿区。干区的连接器可以不需要这种密封特性，但湿区使用的连接器通常需要具备密封特性，以防止水分侵入。国标QC/T 29106-2014标准下，湿区的连接器至少要满足IPX7防水等级。

三、高压化趋势下的连接器有何演进与挑战？

▲第四代高压连接器图源/线束工程师之家

第四代高压连接器是目前应用最广泛的800V高压连接器，集成了塑料外壳+屏蔽功能+高压互锁+二级解锁机制，市场中主流的产品主要为280系列高压连接器。

泰科AMP+ HVA 280系列高压连接器设计了多种锁扣配置和内置高压互锁（HVIL）功能，从而实现更紧凑的封装尺寸。

被广泛运用于东风系新能源汽车中的君灏新能源JHEVS280 2连接器，同样集成屏蔽互锁功能，满足IP6K9K、IP67等防护等级以及IP2XB电气保护等级。

琥正电子FHV 2芯16-35方非屏蔽高压连接器，主要用于新能源汽车的车载充电机、电池包、高压配电盒、电机控制器、PTC、电池等部件间的高压连接。

未来第五代高压连接器将在第四代技术基础上，集成*的冷却解决方案，如液冷或风冷系统，以提升能量传输效率，减轻重量，并增强产品的整体性能。

▲新能源汽车图源/包图网

胡长生教授认为，汽车的不断高压化对连接器技术人员提出了更高的要求，“一是因为从400V变到800V，甚至更高以后，以前车子上用的材料有很多的可能是不能用了；二是它的变换器的设计也会不一样”。

那么，日渐高压化的新能源汽车电压平台，将给连接器厂商带来什么样的挑战？

精益达对此表示，高压大电流对连接器需要高可靠性，同步取决于电池充放电数据。在固态电池技术不断升级的情况下，进一步加大工作电流，压缩充电时间，这方面的材料和结构技术需要进行持续升级。

君灏新能源则觉得产品的测试与安规认证十分重要，只有不断提高测试要求，完善生产工艺，增强质量管控水平，才能保证产品高压连接方面的优化。而在材料运用方面，君灏新能源正积极拓展铝导线、铝棒、铜铝排产品的应用。

四、小结

总之，在新能源汽车发展得如火如荼的当下，我们必须更加重视车辆的安全性能。

正如胡长生教授采访中所说的“从对人类生命的尊重和崇高理念出发，人的生命是无价的”。新能源汽车在热管理、电磁兼容性和环境耐受性测试等每一个环节，都需要通过最高的安全标准。

在新能源汽车行业推动高压连接器技术向轻量化和集成化发展的背景下，连接器厂商必须不断采用新材料、新工艺，并整合智能化技术，以提升连接器的安全性和性能。这将有助于满足行业对高压连接器不断增长的高标准需求，推动新能源汽车产业的高质量发展。

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