特斯拉，在各種爭(zhēng)議聲中獨(dú)占鰲頭，無(wú)可置疑的成為世界電動(dòng)汽車(chē)的標(biāo)桿。Model 3的問(wèn)世，更是把令人望塵莫及的電動(dòng)跑車(chē)推到了普通大眾面前。而Model3在上海臨港的投產(chǎn)并交付，則讓國(guó)人真切感受到特斯拉已經(jīng)來(lái)到了我們的身邊。

人們可以體驗(yàn)到百公里3.4s瞬間加速產(chǎn)生的超強(qiáng)震撼，可以享受到智能召喚、自動(dòng)變道、車(chē)道保持、自動(dòng)泊車(chē)的安全便捷，還可以領(lǐng)略到到8個(gè)攝像頭、12個(gè)雷達(dá)和12個(gè)超聲波傳感器等硬件系統(tǒng)的保駕護(hù)航，以及隨時(shí)隨地OTA空中升級(jí)的Autopilot自動(dòng)駕駛軟件系統(tǒng)的先進(jìn)智能。業(yè)內(nèi)各大整車(chē)廠更是全面拆解，精研細(xì)究，4416顆21700電芯組成了當(dāng)今世界能量密度最高的動(dòng)力電池用于提供超長(zhǎng)續(xù)航里程，一體化的PCS系統(tǒng)（Power Conversion System）把高壓配電、車(chē)載充電、直流轉(zhuǎn)換等功能以及BMS電池管理系統(tǒng)等電子模塊高度集成，驅(qū)動(dòng)電橋則把動(dòng)力電機(jī)、控制器和減速器等傳動(dòng)系統(tǒng)集成于前后車(chē)橋上……在這充斥全車(chē)內(nèi)外的各種創(chuàng)新技術(shù)中，終于有越來(lái)越多的業(yè)內(nèi)人士關(guān)注到了那最容易忽視、又最不容忽視的高壓連接器。

近段時(shí)間以來(lái)，接連不斷的收到來(lái)自主機(jī)廠、三電供應(yīng)商以及線束廠等業(yè)界同仁的相關(guān)議題，老邁特撰此文，跟大家一起分享觀點(diǎn)，交流看法，探究趨勢(shì)。

上圖No.1是Model3的高壓系統(tǒng)簡(jiǎn)圖，這是一個(gè)非常精煉的高壓系統(tǒng)，平鋪在底盤(pán)上的動(dòng)力電池③，動(dòng)力電池后上方的PCS電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，后驅(qū)電橋⑤，充電線束總成⑥，以及位于前部的空調(diào)壓縮機(jī)①和用于取暖的加熱器②。

動(dòng)力電池-電驅(qū)動(dòng)之高壓連接器—— HC Stak 25

從底盤(pán)上卸下車(chē)輛后橋驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，首先躍入眼簾的，便是這橙色的高壓線束。這套高壓線束承載著把動(dòng)力電池350V的直流電輸送到驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的光榮使命，一端連接動(dòng)力電池，另一端連接驅(qū)動(dòng)電橋，線束兩端選用的連接器均為同一款：HC Stak 25。這款連接器看似普通，但稍加留意即可發(fā)現(xiàn)其不同尋常之處。

首先，體現(xiàn)在外型尺寸上。跟市面上相同電流等級(jí)Class4的主流高壓連接器放在一起，你會(huì)驚訝的發(fā)現(xiàn)：尺寸竟然小了三分之一還多！事實(shí)的確如此，HC Stak在相同電流等級(jí)的連接器中以最嬌小的身軀為特斯拉高度集成的電氣系統(tǒng)的布局最大限度地節(jié)約了空間。

我們不禁疑問(wèn)，HC Stak這魔鬼的身材究竟是如何煉成的呢？經(jīng)過(guò)進(jìn)一步拆解之后便不難發(fā)現(xiàn)，關(guān)鍵因素在于連接器核心零件 - 端子的獨(dú)特設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)連接器通常線束端是方形端子或圓形端子，插座端為片狀端子或者圓柱形端子，而這款HC Stak的線束端端子竟然是銅板，它的插座端更是令人匪夷所思！

通過(guò)No.5的圖示，我們可以清楚的看到，插座端的兩組端子分別由20片叫做DEFCON的端子疊加而成，英文全稱(chēng)Double-Ended Fork Contact，雙端刀叉型端子。沒(méi)錯(cuò)，就是疊加，就是這么簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單、整整齊齊的碼在一起，安裝在中間白色的塑殼當(dāng)中（實(shí)際并非白色而是塑料粒子的本色）。這看似簡(jiǎn)單的白色塑殼卻蘊(yùn)藏了工程師的奇思妙想，既對(duì)端子起到固定作用，又在端子和金屬屏蔽之間起到絕緣作用，另外還有一層更重要的作用，那就是防止手指觸碰的安全保護(hù)作用。根據(jù)國(guó)際電工標(biāo)準(zhǔn)IEC60529/IP2XB，手指防護(hù)涉及生命安全，必須嚴(yán)格執(zhí)行安全標(biāo)準(zhǔn)。

正是這2.5mm厚的銅板和這20片DEFCON端子，組成了端子世界中的最佳伴侶。

正是這20片DEFCON端子的松散疊加和自由活動(dòng)，把實(shí)際應(yīng)用中可能發(fā)生的偏移或者扭轉(zhuǎn)以及振動(dòng)所造成的影響降到了最低，確保了多達(dá)64個(gè)接觸點(diǎn)的最佳接觸性能，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于最多30個(gè)接觸點(diǎn)的同級(jí)別連接器。

正是這獨(dú)具匠心的端子組合，接上50mm2的銅線，可以達(dá)到260A@85℃持續(xù)電流的載流能力，突破了Class4連接器200A@85℃左右的持續(xù)電流，跨越到Class5連接器的能力級(jí)別。

正是這樣的端子組合，配上耐磨抗拉的塑料件，屏蔽效能高、接觸阻抗低的屏蔽環(huán)，以及壓變特性好、拉伸強(qiáng)度高、耐高溫抗老化的硅膠密封圈，再加上設(shè)計(jì)精巧的CPA、HVIL、Lever等等附屬零件，造就了這款卓爾不群的高壓連接器HC Stak 25，源源不斷地支持著特斯拉最大功率239kW的驅(qū)動(dòng)電機(jī)強(qiáng)勁可靠的動(dòng)力輸出。

老邁忍不住驚嘆于這小小連接器竟然可以如此創(chuàng)新，忍不住向那些平凡之中見(jiàn)偉大、細(xì)微之處見(jiàn)品質(zhì)的工程師們致以崇高的敬意！

直流快充-動(dòng)力電池之高壓連接器—— HC?Stak 35

讓我們把目光轉(zhuǎn)向車(chē)輛后部的充電線束吧。沿著充電插座，我們可以看到兩條又長(zhǎng)又粗的橙色電纜一直延伸到動(dòng)力電池，這是外部電網(wǎng)給動(dòng)力電池充電的高壓線束和連接器。

位于電池一端的高壓連接器，跟電驅(qū)動(dòng)與電池之間的HC Stak 25同屬一個(gè)家族，但是略高一個(gè)電流等級(jí)Class5，型號(hào)HC Stak 35。這是DEFCON端子的又一大亮點(diǎn)：強(qiáng)大的擴(kuò)展性——通過(guò)增加或減少刀叉型端子的片數(shù)便可輕而易舉的實(shí)現(xiàn)載流能力的提升或降低。HCStak 35的端子恰恰就是通過(guò)3.5mm厚的銅板結(jié)合32片刀叉型端子，同時(shí)匹配95平方的高壓屏蔽線，從而達(dá)到330A@85℃的載流能力，強(qiáng)力支持特斯拉Model3 充電30分鐘增加274公里的續(xù)航里程。

高壓連接器匹配線纜 —— 鋁導(dǎo)線

除了HC Stak 35連接器，引人注目的還有與之相連的兩根橙色大線。而隱藏在這耐溫超過(guò)180℃的塑膠表皮里面的，是被銅網(wǎng)和鋁箔屏蔽著的鋁導(dǎo)線。沒(méi)錯(cuò)，就是鋁導(dǎo)線！HC Stak家族的高壓連接器既可以匹配銅導(dǎo)線，還可以匹配鋁導(dǎo)線，而相同線徑的導(dǎo)線所配接插件均可直接共用。提到鋁導(dǎo)線，大家并不陌生，因?yàn)榻陙?lái)鋁導(dǎo)線在傳統(tǒng)汽車(chē)上已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但把鋁導(dǎo)線成功應(yīng)用在電動(dòng)汽車(chē)高壓系統(tǒng)的，卻是寥若晨星。這里要提到兩個(gè)基本常識(shí)：鋁的密度是銅的三分之一（2.7kg/m3 Vs 8.9 kg/m3），鋁導(dǎo)線代替銅導(dǎo)線可以大大減輕重量；鋁材比銅材便宜超過(guò)一半以上，鋁導(dǎo)線代替銅導(dǎo)線可以大大節(jié)約成本。面對(duì)這眾所周知的優(yōu)勢(shì)和顯而易見(jiàn)的利益，為什么絕大多數(shù)電動(dòng)車(chē)設(shè)計(jì)者都只是側(cè)目而視但卻躊躇不前呢？

老邁經(jīng)過(guò)進(jìn)一步調(diào)查發(fā)現(xiàn)，鋁導(dǎo)線取代銅導(dǎo)線應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)高壓系統(tǒng)，總結(jié)起來(lái)尚有如下六大疑團(tuán)在人們心中揮之不去：

首先是最核心的電氣性能，鋁的電導(dǎo)率只有銅的60%，直接影響到導(dǎo)線的載流能力。

這里的電導(dǎo)率是兩種金屬的電氣特性，具體到我們實(shí)際應(yīng)用的導(dǎo)線，大家都知道，橫截面積越大載流能力就越強(qiáng)。因此通過(guò)增加線徑即可提升鋁導(dǎo)線的載流能力，比如要求通過(guò)同樣大小的持續(xù)電流，50平方的銅線，可以使用70平方的鋁線等量替換，即便如此，重量依然可以減輕45%左右，成本可以節(jié)約一半以上。美國(guó)USCAR推薦了一份兩種導(dǎo)線等量替換的對(duì)照表，在此僅截取部分作為參考。

第二是鋁的抗拉強(qiáng)度只有銅的64%，直接影響到實(shí)際應(yīng)用中的機(jī)械性能。

事實(shí)上，鋁的抗拉強(qiáng)度可以通過(guò)金屬熱處理工藝得到提升，在此基礎(chǔ)上還可以通過(guò)增加不同比例的鐵、硅、銅、鋅等成分來(lái)進(jìn)一步加強(qiáng)，從而達(dá)到跟銅完全相同的抗拉強(qiáng)度。

關(guān)于鋁導(dǎo)線（包括屏蔽和非屏蔽），行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)早已制定出完善的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)發(fā)布的ISO6722-2和ISO19642-2，歐洲AK Group發(fā)布的LV112-2 和LV216-2等都是針對(duì)車(chē)用鋁導(dǎo)線的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范（參考下圖No.10部分標(biāo)準(zhǔn)）。Aptiv、General Cable、Leoni、Coroplast、Sumitomo、LS、和G&G等業(yè)內(nèi)的線纜/線束供應(yīng)商已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了成熟量產(chǎn)的鋁導(dǎo)線產(chǎn)品，可以完全滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)對(duì)電氣性能、機(jī)械性能以及環(huán)境性能的要求。

接下來(lái)的四個(gè)疑慮是鋁和銅的性能差異引發(fā)的鋁導(dǎo)線跟銅端子結(jié)合后的負(fù)面影響。

第三，? 關(guān)于膨脹系數(shù)，鋁的膨脹系數(shù)是23.5，銅是16.6。在反復(fù)熱循環(huán)之后，鋁導(dǎo)線和銅端子的結(jié)合界面將會(huì)產(chǎn)生空隙，導(dǎo)致阻抗增加，進(jìn)而在實(shí)際工作中造成溫升過(guò)高。

第四，? 銅和鋁分屬兩種不同的活性金屬，一起結(jié)合會(huì)因原電池效應(yīng)而發(fā)生化學(xué)腐蝕。

第五，??隨著時(shí)間的推移，鋁線會(huì)有應(yīng)力松弛和發(fā)生蠕變的風(fēng)險(xiǎn)。這種現(xiàn)象同樣會(huì)導(dǎo)致鋁導(dǎo)線跟銅端子之間接觸變差，導(dǎo)致阻抗增大，進(jìn)而溫升過(guò)高。

第六，? 鋁導(dǎo)線表面極易形成氧化鋁薄膜，這層薄膜還有一定的絕緣作用，跟銅端子結(jié)合面的接觸性能可能會(huì)受到影響。

鋁導(dǎo)線-銅端子之連接工藝—— 超聲波焊接

解決以上四個(gè)問(wèn)題，只需一臺(tái)qualified的超聲波焊接機(jī)。超聲波金屬焊接的原理是，利用超聲頻率（20-40kHz）的振動(dòng)能量將振動(dòng)波傳遞到兩個(gè)需要焊接的金屬物體表面，在靜壓力之下，使兩個(gè)金屬表面相互摩擦，從而形成分子層之間的融合。目前市面上比較優(yōu)質(zhì)的超聲波焊接機(jī)品牌有Sonobond、Telsonic和Branson（Emerson）等等。美國(guó)汽車(chē)工程師學(xué)會(huì)和美國(guó)汽車(chē)調(diào)查委員會(huì)聯(lián)合發(fā)布的最具權(quán)威的焊接標(biāo)準(zhǔn)SAE/USCAR-38，對(duì)汽車(chē)線纜和端子之間的超聲波焊接工藝進(jìn)行了全面的定義，為行業(yè)規(guī)范提供了重要參考。

這是一種沒(méi)有電流、不需加熱、母材不發(fā)生熔化的固態(tài)焊接。在0.5秒的極速時(shí)間之內(nèi)，鋁導(dǎo)線和銅端子穿破表面，晶格重組，焊接之后幾乎等同于銅鋁合金。而在最外面，鋁導(dǎo)線的表面自然形成致密的氧化物保護(hù)膜，銅端子表面具有一定厚度的銀鍍層作為保護(hù)層，都不易受到腐蝕。下面的兩項(xiàng)基本測(cè)試足以證明其可靠性：

1. 在高溫高濕的環(huán)境中（85℃@85%Rh），連續(xù)帶載測(cè)試1000小時(shí)，沒(méi)有任何腐蝕發(fā)生，且電氣性能保持正常。

2. 老化測(cè)試結(jié)束時(shí)，從鋁導(dǎo)線經(jīng)過(guò)焊接部位一直到板端銅排，全程接觸電阻小于等于LV215標(biāo)準(zhǔn)定義的0.24mΩ。

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行文至此，一套完整的高壓線束解決方案完美呈現(xiàn)！刀叉端子配以嬌小玲瓏的連接器，輕裝上陣又物美價(jià)廉的鋁導(dǎo)線，高頻高速又適合自動(dòng)化生產(chǎn)的超聲波焊接機(jī)，以及精密可靠的焊接工藝，這一整套方案的每一個(gè)環(huán)節(jié)無(wú)不凝聚著工程師們的智慧和心血，再次致敬特斯拉、泰科電子以及致力于技術(shù)革新的那些工程師們，是他們的大膽嘗試，他們的開(kāi)拓創(chuàng)新，他們的精益求精，在引領(lǐng)著科技進(jìn)步，推動(dòng)著行業(yè)發(fā)展，改變著人類(lèi)體驗(yàn)……

高壓連接器的發(fā)展趨勢(shì)

那么，特斯拉Model3的獨(dú)特應(yīng)用是否正在引領(lǐng)著行業(yè)潮流、代表著未來(lái)趨勢(shì)呢？Not Really！放眼全球，且看眾多挑戰(zhàn)者爭(zhēng)相上市的電動(dòng)車(chē)型，美系如通用Volt，福特Mustang Mach-E，日系如本田Urban EV，日產(chǎn)Leaf，歐系如寶馬i3s，戴姆勒F-Cell，奧迪Elaine，沃爾沃Polestar，以及捷豹I-PACE等等，這些電動(dòng)汽車(chē)上的高壓連接器，有的繼續(xù)延用當(dāng)前主流的AK Class4 360°全屏蔽、壓銅線，有的另辟蹊徑，開(kāi)創(chuàng)性的采用非屏蔽、壓銅線，有的緊跟特斯拉采用全屏蔽、焊鋁線。

因此，哪種高壓連接器將是未來(lái)的趨勢(shì)，當(dāng)下還難以分辨，但可以確定的是，在百花齊放、百家爭(zhēng)鳴的全球化時(shí)代，電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)系統(tǒng)架構(gòu)日新月異，應(yīng)用的高壓連接器也在隨之不斷的更新?lián)Q代，安全、可靠、尺寸小、成本少一定是行業(yè)所需，有利于線束的自動(dòng)化組裝，有利于整車(chē)的自動(dòng)化安裝，也將是大勢(shì)所趨，就讓我們拭目以待吧！