新能源汽车高压连接器的振动阐述

1.高压连接器和传统汽车连接器的区别

为什么要先说这个内容？因为原因很简单，如果高压连接器和传统车辆连接器要求一样，也无需再单独写这篇文章了，就是因为其有不同的产品特性，有不同的要求；高压连接器和传统的车辆连接器的最重要的一个区别是电压比较高，围绕高压带来的各种关联性的要求，同时传统的很多要求等级也都变高了，比如绝缘防护、耐压、防护、高压互锁，甚至其环境要求都有所变化，比如海拔等；所以我们要对高压连接器和传统连接器的区别有一个最基本的了解，这样我们在下文聊振动测试的时候，我们就知道振动会给高压连接器带来哪些原来没有的挑战

之前疫情期间，闲来无事，根据VW体系的标准，做过一些梳理，最后一项尺寸互换只是针对VW体系的供应商，并非是强制要求，具体如下：

2.振动的测试标准和对比以及个人建议

全球汽车市场，比较主流的车企主要集中在欧洲、北美、日本、中国 ISO标准；

在说标准之前，我们花点时间先聊聊什么是正旋振动和随机振动，一般来说，正旋振动是用来试验找出局部的振动能力，因为它是一个频率一个频率的处理振动问题，主要是为了找出产品设计在哪个点上是脆弱点，就是所谓的共振的点；而随机振动相对比较随机，也更贴实际，比如我们坐飞机，穿过气流时，会有剧烈的振动，那个振动就是随机振动，在汽车行业也是一样的，目前ISO的车辆标准主要给了两种振动形式，正旋扫频和随机振动，基本上连接器主要以随机振动为主，具体随机振动的定义感兴趣的朋友可以自己度娘，同样ISO里针对乘用车和商用车不同的位置给出的随机振动的要求也不同；

如上所说，目前车辆的振动ISO的标准主要是参考ISO16750-3的要求，16750根据乘用车和商用车不同位置，分了好几种振动的测试要求，同时ISO的标准目前也是其它区域性标准的参考基础，原则上，区域性的标准严格程度只能高于ISO的标准的；

我们以欧洲和北美为例，在欧洲主要以VW(大众）为主，围绕电缆、高压连接器等形成一套完整的标准，主要以LV体系为主；涉及高压连接器是LV215，而LV215里面涉及到振动部分的又是参照LV214的要求（补充一点，LV214是传统车辆的连接器标准，LV215是针对高压连接的，是在LV214的基础上增加的）

OK,回到上面的内容，LV214里面针对振动的测试，根据严重程度不同，分成了几个等级，老版的标准是分了四个等级，分别是 “非密封”件、“密封”件、“靠近”发动机、“安装”在发动机上（Severity 1、Severity 2 、Severity 3 、Severity 4）； 最新的LV214的标准里面把在发动机上又延申出了2个新的等级：“安装”在发动机上-额外要求、“安装”在发动机上-特殊应用（Severity 5、Severity 6)，和之前的区别是其每个方向的正旋振动的时间更长，加速值、频率更大；很显然这是针对EV motor的；因为LV214包含了针对传统和EV车型，所以对于要求密封的高压连接器而言，测试所要参照的等级是 严重2、3、4、5、6；  严重2主要是针对非振动剧烈的场合，比如电池、电加热、空调等，针对逆变、多合一（取决于其是否集成逆变，以及和电机的距离）适用严重程度3 ;电机上适用严重程度4/5/96,具体的要求需要和OEM沟通，所以在选用连接器时，需要看你的产品应用的位置在哪里，对应的要求是什么，你想选择的产品是否能满足这个要求的思路；

其测试要求和ISO的测试要求是差不多的，比如连接器应无电气连续性损失，例如电阻＞7Ω＞1µs，等，在试验前后，试验样品应满足干电路电阻要求，具体的数值要求可以参见对应标准的测试要求， 因为是带温度循环的测试，所以还有对于腐蚀要求，当放大 10 – 40 倍观察时，在试验样品的接触表面不能露出基材金属，也无明显的侵蚀腐蚀等等；

北美的标准是主要参照,USCAR-2&37,USCAR-2&37里依据安装在车身不同部位将振动分了5个等级，V1-V5; 一般来说，大多数连接器是符合V1的，V2-V5符合的比较少；比如电池、高压盒的连接器都是需要满足V2的要求，类似IPT穿孔端子连接的连接器都则满足更为严格的V3或者V4的要求的；目前我们国内连接器的相关振动要求，参照这个的比较多，主要因为其群组试验比较严格，同时要求 温度环境+振动+机械冲击 相比而言是比较严格的；

V1-V5的相应要求，一般如下：

• V1是指不与发动机连接的车辆弹性部件，一般都是底盘件等

• V2是指可能带有严重振动的靠近发动机部件区域，

• V3是指受到严重振动的部件，比如发动机变速箱本身

•  V4 V5是指根据需要与极端振动相关

因为篇幅关系，我们不展开去叙述每个标准的内容，其它的常用的还有日系的HES比如HESD3217，这是本田供应商的测试标准，相比而言，其内容参照的SAE的比较多； 除此之外，还有GW体系的3191等，很多标准之前都是相互应用的，我把常用的几个做了一个梳理，感兴趣的朋友，可以看看，也欢迎私下我进行探讨；

对于电动汽车高压连接器，我们看见国际同行通用的做法是IS0标准+区域性标准双要求，比如欧洲就需要满足ISO16750-3 和欧洲市场的LV(或者VDE）的要求；以此同理；个人认为，我们的OEM可以加一条自己的企业标准，当然如果企业标准也是来自引用标准，那就直接引用标准就行：自己企标+ISO标准+区域性标准（比如GB或者LV双重标准等）

3.振动测试需要关注高压连接器的影响点以及容易失效的点

对于高压连接器而言，如果从FEMA的角度梳理，比较繁琐，我根据主观经验大概整理了几个重要的点，不对之处，欢迎各位指正，针对这几个点，我们简单的聊聊：

• 1.高压互锁在振动下的瞬断问题

• 2.插座铜排在振动下的温升影响

• 3.振动对高压连接器接触对的影响

• 4.振动对高压连接器防护的影响

• 5.振动对高压连接器屏蔽的影响

• 6.振动对高压连接器板端的安装影响

3.1.高压互锁在振动下的瞬断问题

为了保证高压系统操作的绝缘安全，引入了高压互锁的设计（HVIL)，原理讲太多了，这个地方就不讲了，不了解的朋友可以上度娘查一下；目前高压连接器在振动下出现的最多问题当属高压连接器的高压互锁不连续的这个问题，这个问题主要体现在其不稳定性上，而且这个问题很麻烦，一旦有问题，电池就会反馈绝缘故障，整车就会下电，这是困扰很多主机厂的问题，而且很多的情况是接触不良，维护起来成本昂贵，虽然不会出大问题，但是比如你开车，开着开着如果检测瞬断，下电了，车可能就趴窝了，这可都是售后处理成本啊；一般来说连接器互锁端子设计结构缺陷 和选材占了很大一部分，包括在老化后的弹片的回弹力等相关题，其实从经验来看，很多厂家做低成本化设计，很多时候没有认真的分析这个地方设计的失效模式，更有的为了降低成本简化设计的；那我们怎么知道选择的连接器这个地方不会出问题呢？我个人的建议是问题加群组测试双重方式，一般来说可以咨询一下高压连接器厂家这个地方的设计结构形式？如何保证其稳定性，以及应力释放的点，温升变化对其影响等等，另外通过其提供完整的群组测试报告（测试标准可以依照上面内容定向选择）等。

3.2.插座铜排在振动下的温升影响

这个地方我们需要特别注意的是，长期的振动，尤其是微动磨损对螺栓的连接可靠性影响，从而影响铜排连接的温升，严重的时候会引起烧蚀，所以我们需要针对性去注意这个地方在振动要求下其螺栓连接的稳固性，可靠性，当然，常规的问题是这个地方很多螺栓没有安装要求的扭力进行扭紧，所以个人认为，车辆是一个和人生命息息相关的的产品，所以我们在设计时需要更多考虑其产品的鲁棒性，连接器也不例外，至少需要设计一种机制在极端情况下依然可以使用；

3.3振动对高压连接器接触对的影响

这个地方需要特别注意振动对其微观层面的影响，比如微动磨损下对镀层的影响，从而影响其接触电阻，影响温升，而温升过高，一旦腔内温度超过腔外温度，那材料会长期处于高温下，会导致在极短时间内老化变形，严重的会引起烧毁；当然磨损带来的正向力下降的问题也是不容忽视的，因为这都会在一定程度上引起温升的问题；在选型的时候多注意连接器厂商这方面的可靠性设计是如何保证的；

3.4.振动对高压连接器防护的影响

因为有了振动要求，所以对于连接器防护挑战也是很大，而且尤其是高压情况下，防护的稳定性极为重要，特别是高压连接器大电流的场景下，其电缆一般比较粗，我们也要注意因为振动导致的电缆应力对线端连接器防护的影响，当然也包括其压接温升的影响；一般来说我们是要求出线的时候能够对电缆进行固定，尽量最大化的减小整车的振动通过电缆对连接器的影响；

3.5.振动对高压连接器屏蔽的影响

主要是电缆屏蔽层和屏蔽件连接受其振动的影响，需要特别注意的是其屏蔽压接电阻的变化，以及屏蔽电流的温升在振动下的变化，以及屏蔽环和屏蔽housing或者屏蔽罩之间连接的可靠性在振动下的可靠性；

3.6.振动对高压连接器板端的安装影响

我们需要注意，尤其在螺栓固定的安装孔位置，容易形成应力集中，随着应用时间的增长，要防止这个地方在振动下出现老化后的开裂等问题，当然现在很多安装孔都增加了金属嵌套，可以降低这个问题的发生；

4.标准之外的考量 

当我们不了解一个要求时，我们可以参考标准内容，比如什么情况下要求什么防护等级，什么环境什么振动要求等，但是除此之外，我们同时需要了解标准之外的东西，比如我们看到ISO的标准里就有提及比如车辆振动下飞石对连接器等悬挂较低的电子件的影响，具体的要求是什么样的，我没有看见，是否一定有必要做？什么情况下需要？什么环境下需要？等等，

这些不会在标准里详细提及，很多时候来自于OEM和供应商之间的商榷确定；

所以这个地方我想表达的是，很多的产品特殊要求是来源于实际的工况应用要求的，而这些是很少在标准里面体现的；再比如我前几天还和朋友聊天说到的，如今城市道路一到雨季就有很多积水，车辆泡在水里，甚至在水里行驶一段距离已经快成为常态了，但是我们没有在标准上看见能够说测振动的同时还测防水性能的，但是这个的确是工况环境的实际需要的，那是不是标准上没有，我们就不需要去做了呢？我认为不是！！车辆是一个复杂的系统，系统里有很多的点构成，每个点都有很多问题，那我们就应该每个点的逐一想办法解决，想办法通过试验最大化程度的模拟实际的状态，当然这个过程里我们的确需要追求性能和成本的双平衡，但是那些往往看不见的地方，才是别人领先你的地方，这也同时应该是一个优秀的高压连接器厂家需要去考虑的问题，你设计的产品是不是已经“知其然知其所以然了”？是否能够根据客户的实际工况环境、技术要求，特殊要求等输入 建立完整而又详细的设计模型框架？是否能保证这些框架上的每个点都能根据客户的特殊要求而改变调整；我想这个地方是一个企业能否做下去，健康的活下去非常关键的地方；

其实之前留言朋友希望同时分享提高连接器和线束振动等级的措施有哪些，我觉得这是常规的一些问题，有些是设计的基础性问题，有些是根据实际安装做调整的现场问题，这个地方我没法展开叙述了，但是欢迎朋友私下联系我，我们可以一起探讨，我也随时愿意和你现场交流；