新能源汽车连接器的应用种类及特点

一、背景

在汽车电动化、智能化的发展趋势之下，以高压动力电池及相关系统作为整车动力源正在取代传统的发动机及系统，而在数据的传输方面，如视频、图像等具有高实时性传输要求的应用对于传统的CAN/Lin等通信技术提出了挑战，在此应用背景之下，为了适应新的整车电子电气架构要求并满足数据的安全性与可靠性，作为连接整车各电子系统之间的信号枢纽的连接器也正从传统的以低压、低频为主的应用领域向高压、高频的应用方向扩展。

二、新能源汽车连接器

众所周知的是汽车零部件的发展必然是跟随整车的发展趋势而变化的，在传统汽车向电动化发展的过程中，以低压控制为主的发动机动力系统被高压动力系统所取代，同时其电子电气架构也朝着集成化方向转变，这便导致整车电动化引发的车内电气的改变从而引出了高压连接器以及低压连接器的变化。而随着汽车智能化进程的加深，整车对数据传输的要求不断提高，这又促使车端对于高速连接器提出了更高的要求。在当前整车电子电气架构由域向中央集成发展以及以400V为主向800V高压平台发展的技术状态下，连接器于车身的分布示意如下：

图1 新能源汽车连接器分布示意图

在基于传统的车用连接器的基础上，新能源汽车在连接器的应用种类方面较之传统汽车要更为复杂，为了便于区分，业内将其按传输介质的不同分为高速连接器和电连接器两大类，图示如下：

图2 新能源汽车连接器分类

对上述分类释义如下：

电连接器按其应用环境的电压不同，可分为高压连接器与低压连接器，其主要功能是起到传输系统之间电流的作用。在整车环境中，低压连接器主要被应用于车内电压低于60V的环境下，就车身控制系统而言，12V、24V低压应用是其主要的应用场景。

高压连接器是随着汽车电动化的出现而出现的，在电动化技术的不断深入下，其至今以历四次迭代，在电气、机械、环境等性能上也在不断得到提升与优化。就当前以400V高压平台为主的新能源汽车上，高压连接器根据其应用特点，所承受的耐压等级通常在60V-380V之间，且能为系统提供10A-300A的电流传输，一般被应用于整车的大小三电以及其他相关高压辅件上。

图3 车用高压连接器迭代历程

在当前主流的400V高压架构下，整车具有高压互锁需求的主要零部件节点如下图所示，此阶段下单车根据具体功能及配置所需的高压连接器数量约为15-20对，而随着800V高压架构的推进，由于对DC/DC转换需求的增加，其数量或将会提升至20-25对。

图4 常规新能源汽车高压互锁示意图

在智能化的推动下，以座舱域和自动驾驶域为主要应用的高速车载网络技术得以迅速普及，在该领域的应用过程中，车端对数据在高速性、安全性、稳定性以及灵活可扩展性等方面提出了新的需求。而面对主流数据的传输速率从150Mbps延伸至24Gbps的巨大变化，传统的在相对低速的车载网络应用过程中的连接器由于在性能、安全等方面的不足，在以新一代以太网为主干网或部分专用网络的架构中，将被以Fakra、Mini-Fakra为代表的车载射频连接器和车载以太网连接器所取代。

图5 高速数据速率要求

在车载信号的传输过程中，按其信号类别的不同，可分为模拟信号与数字信号。高频高速连接器作为高速车载网络技术实现的物理支撑，按其传输数据的不同同样被分为了用于传输模拟信号的同轴连接器，如Fakra、Mini-Fakra以及用于传输数字信号的差分连接器，如以太网连接器、HSD连接器等。

图6 高速连接器分类

其中，Fakra连接器是在射频连接器SMB的基础上增加塑壳而来，由于其所具有的6GHz频率可满足大多数车载数据的传输需求，因此当前该连接器成为了行业通用的标准射频连接器，主要被应用于如GPS、收音机等车载RF应用层面上。

在汽车集成化及功能多样化的趋势之下，整车应用端对于高速连接器在传输频率及物理体积等方面提出了新的要求。在市场需求的推动下，以Fakra为基础具有更小体积、更高集成度以及更高频率的Mini-Fakra被推出。在传输频率方面，Mini-Fakra从传统的6GHz提升到了20GHz，而其体积却较之传统的Fakra缩小了80%，该连接器当前主要被应用于自动驾驶模块、摄像系统和GPS等功能中。由于Mini-Fakra本就是从Fakra演化而来，在车端对数据信息要求不断提高的背景之下，继承并优化了Fakra的Mini-Fakra将会在后续的整车应用中取代Fakra。

在差分连接器中，HSD连接器是专为汽车应用而设计的，其传输速率可达5-6Gbit/s，传输频率在1GHz左右，在整车应用中常与Fakra和Mini-Fakra配合使用，主要用于低压差分信号（LVDS）的高性能、高屏蔽数据系统，如USB连接、LVDS摄像头、数字信息电子设备等。以AVM（环视系统）为例，车辆感知传感器将采集的数据流通过Fakra/Mini-Fakra连接器传输到AVM后，由HSD连接器传输到主机端，再通过HSD连接器连接主机端与座舱端对数据进行传输并显示，架构如下图所示：

图7 环视系统中HSD连接器

车载以太网作为智能汽车发展的主要网络技术，通常情况下以太网连接器可满足数据传输速率为100Mb/s-1Gb/s的需求，而在360°全屏蔽差分连接器系统中，其最高速率可达20GHz/28Gbps，同时通过其高稳定性、低成本和小体积的优势将确保车载高速通信技术的安全、稳定实现。

由于以太网连接器与HSD连接器在应用领域大多重合，又由于HSD连接器在传输频率以及线束成本上不占优势，而相反的是以太网连接器具有速率更高、带宽更大且可传输距离更远的特点，在汽车智能化的推动之下，以太网技术的应用将被扩大，此时以太网连接器或将会进一步压缩HSD连接器的应用。

车载连接器的发展将与车载网络在车端的应用相同，在当前技术状态下，整车还处于多网络融合应用的环境之下，而随着技术的普及与应用，车载网络将会得到统一，而于此同时相关连接器的优势与劣势也将被暴露，其也将随着车端的应用而得到统一。就当前而言，高速连接器在车端的主要应用分布如下图：

图8 高速连接器在车端应用分布