电动汽车电池包低压线束模组连接器选型分析

薛桂红，张红兵，王永超

（鹤壁天海环球电器有限公司研发部，河南 鹤壁 458030）

随着国家节能减排，环保、绿色发展的号召，新能源纯电动汽车迅猛发展。纯电动汽车以电能为唯一能源，电池包作为纯电动汽车的核心部件，为整车提供电能存储，是纯电动汽车的动力源泉。电池包低压模组线束是电池包内部核心部件之一。通过线束连接器，采集各模组的电压和温度等信息传递给BMS，与整车进行信息交互。电池模组连接器的性能可靠性决定着电池包正常工作的可靠性和安全性，进而影响到电动汽车的稳定性和安全性，所以线束和模组对接的连接器性能对电池包正常工作至关重要。因为电池包模组特殊的结构和环境，模组连接器分为板端和线端，板端连接器作为内部连接器与模组内部电路板连接，而线束端连接器作为外部连接器，则要经受线束生产制造和电池包装配时的外力。线束端连接器的机械性能要求比板端连接器更高。在线对板的连接器选型或设计时易忽略两种不同的情况，造成连接器选用或设计不合适，在使用和装配时出现问题，带来后期的品质风险和成本增加。下面结合实际工作中的经历和遇到的困扰，分析探讨电池包模组连接器的选型及设计。

1 案例1

某款SUV纯电动汽车，模组供应商在开发模组时选用了一套连接器 （板端和线端），板端连接器在使用时没有问题。而与之匹配的线束端连接器，在线束装配制造时出现端子弹舌变形折弯 （图1），在后期线束与电池包模组装配时出现端子退位现象 （图2）。

图1 线束端子弹舌变形

图2 线束端子退位

线束制造商经过测试数据分析对比，发现此连接器退针原因如下。

1）端子在护套中保持力不合格。此款SUV纯电动汽车，模组通信线束比较长，在线束生产过程中，经过预装，工装布线固定，胶带缠绕，装配波纹管等工序，端子和护套在导线等的拉动下受到拉应力，端子弹舌发生变形，后期存在因折断而脱出的风险；端子弹舌变形即使未退出，但已经降低端子在护套中的保持力。在线束装配到电池包的过程中，连接器再次受到装配外力导致端子退位。实测将端子从护套中拉出的力在25～48N （多组数据）。汽车连接器规范USCAR-2性能试验标准第6修订版5.4.1.4条款，增加了0.50系列端子在护套中保持力最小值要求40N（Primary+Secondary Lock，车辆装配要求），见图3。

图3 USCAR-2性能试验标准 （保持力）

2）护套无二次锁止结构TPA，无法满足线束生产制造及车辆装配所产生的拉应力。

在线束和电池包装配过程中，出现线束端子退位，造成接触不良，电池包通信异常，出现电池包诊断故障，切断电源，同时带来大量的返修成本。

最终因多种因素，此款连接器使用了一段时间，线束供应商为此改变线束正常装配工艺，但是端子退位问题依然发生，多方都付出了较大代价。而且此款连接器因设计无法再改进，连接器供应商又新开发了一款连接器，经过测试验证，最终更换了原模组连接器，且护套增加了二次锁止结构TPA，问题彻底解决。

这个案例可以看出，对于线束上连接器选型不合适，这对连接器在其它部位连接使用时可能不会出现问题 （装配环境相对简单，来自外部的拉应力较小），在装配环境相对复杂的线束上使用确实出现了严重的问题；所以电池包模组连接器在选型或设计时，应充分考虑板端和线端不同的装配环境空间狭小的特点，选择合适的连接器保证电池包模组通信功能正常可靠。

2 案例2

某款SUV纯电动汽车，电池模组供应商选用了一款低压连接器，包括板端和线端。线束端连接器有二次锁止结构，但线束预装配过程中，在端子回拉 （确认是否装到位）的过程中，发现端子有直接被拉出的现象，操作工判定护套一次锁定失效，此护套有品质问题。后经测试数据分析，护套一次锁对端子保持力不符合USCAR-2标准，使用过程中会造成TPO的风险。虽然护套二次锁定后端子保持力满足USCAR-2标准，但一次锁保持力过小困扰着线束装配工，生产过程不稳定，影响生产效率和品质。后经多方分析协调，连接器供应商改善了护套一次锁结构，装配问题得到改善。

从这个案例看出，对于模组连接器，线束端连接器由于装配环境相对复杂，连接器一次锁机械强度也是必须的，USCAR-2标准里将Primary Lock Retention单列出来，也是经过了大量实践经验验证的。所以，连接器不能降低一次锁机械强度，而仅靠二次锁保持力来保证最终使用目的。端子二次锁定保持力是保证整车装配及使用，一次锁机械强度是为了线束生产制造，试想下，如果线束制造过程不稳定，最终装配使用的安全系数可能也会降低。

从两个案例侧面也说明了电动汽车电池模组线束上使用的低压连接器，属于特定的使用结构和环境，在实际整车使用时连接模组的低压连接器所通电流很小，通常是mA级别，因此端子趋向于小型化，小型化连接器对于汽车的节能减排有非常重要的实用价值。0.50系列小型端子性能标准是在USCAR-2第6修订版里新增加的。目前可能对它的应用不很成熟。虽然在实际车辆使用时模组连接器所通电流很小，端子变小，但它的机械强度不应降低，应能适配复杂的线束及整车装配环境。

3 总结

通过纯电动汽车电池包内模组连接器选型失效案例分析探讨，在电池包模组连接器选型或设计时应充分考虑不同的装配环境，选择或设计相适配的接插件，为提高和保证电池包线束的可靠性，最好选用带有二次锁止结构TPA的连接器，避免后期品质风险，少走弯路，降低成本。电池包作为电动汽车的核心部件，为整车提供电能存储，模组连接器作为电池电压、温度等信号的传输载体，它的性能可靠对动力电池包正常工作起着关键性的作用。在纯电动汽车，电池工作的正常可靠是纯电动汽车行驶安全可靠的保证。为此电池模组连接器的开发或选型应作为一个关键重要风险因素去评估，针对特定的使用结构和环境 （比如内部连接和外部连接），连接器均应能在极端恶劣的车用环境下保持可靠性。

4 专业术语

1）BMS：Battery Management System 电池管理系统。

2）TPA：Terminal Position Assurance.端子位置保证。有时也称Second Lock（二次自锁），它是在端子插入护套后被安装或者固定，以确保端子被正确地定位。它加固端子一次锁止机械机构或者提供独立的端子锁止力冗余。

3）TPO：TerminalPush Out.端子拉出或端子退位。