汽車連接器是各個(gè)電子系統(tǒng)連接的信號(hào)樞紐

汽車連接器廣泛應(yīng)用于汽車的各個(gè)子系統(tǒng)中。傳統(tǒng)燃油車單車所用連接器數(shù)量約為 500 個(gè)，而新能源 汽車單車將運(yùn)用 800-1000 個(gè)連接器，車載連接器數(shù)量需求翻番。汽車電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化趨勢(shì)下，汽 車電子應(yīng)用將從中高端車型向低端車型滲透，在整車制造成本中的占比不斷提高，在新能源整車中成本占 比達(dá)到 45%-65%。汽車連接器作為各個(gè)電子系統(tǒng)連接的信號(hào)樞紐，廣泛應(yīng)用于動(dòng)力系統(tǒng)、車身系統(tǒng)、信息 控制系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、車載設(shè)備等方面。

汽車連接器主要分為低壓連接器、高壓連接器和高速連接器三種。按照傳輸介質(zhì)的不同，汽車連接器 可以分為傳輸交換數(shù)據(jù)信號(hào)的高速連接器和傳輸交換電流的電連接器，根據(jù)工作電壓的不同，電連接器可 以進(jìn)一步劃分為低壓連接器和高壓連接器。低壓連接器通常用于傳統(tǒng)燃油車的 BMS、空調(diào)系統(tǒng)、車燈等領(lǐng) 域；高壓連接器普遍用于新能源汽車的電池、高壓配電盒、空調(diào)、直/交流充電接口、充電槍、充電座等；高速連接器主要用于需要高頻高速處理的功能，如攝像頭、傳感器、廣播天線、GPS、藍(lán)牙、WiFi、無鑰匙 進(jìn)入、信息娛樂系統(tǒng)、導(dǎo)航與駕駛輔助系統(tǒng)等。

汽車電動(dòng)化對(duì)高壓連接器帶來全新增量

汽車電動(dòng)化增加的需求主要在高壓連接器，因?yàn)楹诵牟考娤到y(tǒng)都需要高壓連接器的支持，比如驅(qū) 動(dòng)電機(jī)需要提供大功率的驅(qū)動(dòng)能量，需要相應(yīng)的高壓和大電流，遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)燃油車的 14V 電壓。高壓連接 器通常指工作電壓在 60V 以上、主要負(fù)責(zé)傳輸大電流的連接器，主要由機(jī)殼（公端、母端）、端子（公母端 子）、搖臂、屏蔽罩/屏蔽層、防護(hù)密封（尾部、半端、線端、接觸）、尾部防護(hù)蓋、高壓互鎖系統(tǒng)（互鎖 PIN）、 CPA 系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)組成。

新能源汽車兩種補(bǔ)能方式使用的電連接器與換電連接器均屬于高壓連接器。新能源汽車主要由充電和 換電兩種能源補(bǔ)給模式，這兩種補(bǔ)能模式的載體一種是充電樁，另一種是換電站。與充電樁的充電模式不 同，換電是通過集中型充電站對(duì)大量電池集中存儲(chǔ)充電，同時(shí)在電池配送站內(nèi)直接完成對(duì)電動(dòng)車進(jìn)行電池 更換。據(jù)中國(guó)充電聯(lián)盟數(shù)據(jù)，截止 2022 年 11 月，我國(guó)公共充電樁 173.1 萬臺(tái)（同比增加 105.4%，其中包 含直流充電樁 73.2 萬臺(tái)與交流充電樁 99.9 萬臺(tái)），隨車配建充電設(shè)施 321.8 萬臺(tái)（同比增加 316.5%），共計(jì) 484.9 萬臺(tái)，同比增加 107.5%；2022 年 1-11 月，充電基礎(chǔ)設(shè)施增量為 233.2 萬臺(tái)，新能源汽車銷量為 606.7 萬輛，樁車增量比為 1：2.6，充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)能夠基本滿足新能源汽車的快速發(fā)展。

為了提高補(bǔ)能效率，大功率快充成為各車企的研發(fā)重點(diǎn)。相較于 400V 架構(gòu)，切換 800V 架構(gòu)能夠使充 電時(shí)間減少一半。車型方面，電動(dòng)汽車的續(xù)航里程逐漸向 400km 以上集中，長(zhǎng)續(xù)航里程汽車電池容量大， 一些車企的 B、C 級(jí)車型規(guī)劃電壓平臺(tái)開始從 400V 提升至 800V 左右，一些車企開始規(guī)劃 900V 以上的電 壓平臺(tái)，電池充電倍率也逐漸從 1C 向 4C 及以上邁進(jìn)。從充電樁端看，電壓提升到 1000V 時(shí)，500A 電流 其充電功率可達(dá) 500kW 可滿足 5 分鐘快充的需求。從 400V 增加至 800V 對(duì)連接器的可靠性、體積和電氣性能均提出了更高的要求，其在機(jī)械性能、電氣性能、環(huán)境性能三方面均將持續(xù)提升，帶動(dòng)高壓連接器單車 價(jià)值量上升。

高壓連接器逐步向高安全性、集成化、大電流方向發(fā)展。電動(dòng)汽車高壓連接器的發(fā)展與電動(dòng)汽車的發(fā) 展的同步進(jìn)行的，從連接器的角度來說，國(guó)內(nèi)高壓連接器發(fā)展經(jīng)歷了以下幾代，第一代高壓連接器產(chǎn)品由 工業(yè)連接器該款而來，以金屬殼體為主，不具備高壓互鎖功能，而且防誤插入效果一般；第二代高壓連接 器增加了高壓互鎖功能，連接器的外殼材料由金屬變?yōu)樗芰?；第三代高壓連接器則是以塑料+屏蔽功能+高 壓互鎖為特點(diǎn)，由代表的是行業(yè)中 800 系列產(chǎn)品，是通過操作順序來實(shí)現(xiàn)部分二級(jí)解鎖功能，不是直接機(jī) 械式結(jié)構(gòu)；第四代高壓連接器具備特殊的機(jī)械結(jié)構(gòu)從而實(shí)現(xiàn)二級(jí)解鎖功能，安全系數(shù)大大提高，有代表性 的是行業(yè)中 280 系列產(chǎn)品，通過機(jī)械結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)二級(jí)解鎖功能，更為安全；未來一代高壓連接器要解決的 問題是如何通過冷卻方式來有效提高傳輸能量的密度，降低質(zhì)量，提高產(chǎn)品綜合性能，如配合大功率充電 帶液冷、風(fēng)冷的方式。

高壓連接器成本遠(yuǎn)高于低壓連接器。高壓連接器的材料成本以及屏蔽、阻燃要求等性能指標(biāo)高于傳統(tǒng) 的低壓連接器，因此新能源汽車單車使用連接器價(jià)值遠(yuǎn)高于低壓連接器。純電動(dòng)乘用車單車使用連接器價(jià) 值區(qū)間為 3000 元左右，純電動(dòng)商用車單車使用連接器價(jià)值區(qū)間為 8000 元左右。 我國(guó)新能源汽車的銷量增長(zhǎng)會(huì)帶動(dòng)高壓連接器持續(xù)放量。隨著我國(guó)新能源汽車保有量越來越大，目前 以充電為主要補(bǔ)能的模式矛盾日益凸顯，換電模式的重要性會(huì)逐漸顯現(xiàn)，同時(shí)帶動(dòng)換電連接器發(fā)展。換電 連接器屬于高壓連接器的一種，是電池包唯一的電接口，需要同時(shí)提供高壓、低壓、通信及接地的混裝連 接；由于更換電池頻率高，換電連接器還要滿足高壽命、低維護(hù)成本的要求。2025 年中國(guó)市場(chǎng)新能源車高 壓連接器增量需求有望達(dá) 249.2 億元，2021 至 2025 年年均復(fù)合增長(zhǎng)率有望達(dá) 43.7%。

汽車智能化帶動(dòng)高速連接器需求快速增長(zhǎng)

高速連接器向集中式逐步演變，出于安全考慮傾向于本土供應(yīng)商。隨著汽車電子化程度持續(xù)提高，整 車 E/E 架構(gòu)由分布式向集中式逐步演變，疊加自動(dòng)駕駛等智能化趨勢(shì)驅(qū)動(dòng)，汽車算力及數(shù)據(jù)傳輸速率要求 顯著提升，帶來車載高速通信連接器增量需求，以自動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)為例，自動(dòng)駕駛級(jí)別為 L1 和 L2 需要 安裝的攝像頭為 3-5 顆，L4-L5 基本在 10-20 顆，攝像頭數(shù)量變多對(duì)應(yīng)的高頻高清傳輸連接器數(shù)量會(huì)相應(yīng)增 加；車企也將傾向于采用本土供應(yīng)商，從而確保數(shù)據(jù)安全。高速連接器主要包括射頻連接器（Fakra 連接器、 Mini Fakra 連接器、HSD 連接器）和以太網(wǎng)連接器，通常會(huì)組合使用以保證汽車不同的智能化需求。Fakra 連接器一般應(yīng)用于傳感器的安裝連接；Mini Fakra 連接器因其良好的集成化性能，作為傳感器數(shù)據(jù)與 AVM 系統(tǒng)的傳輸中介；HSD 連接器主要應(yīng)用在 AVM 到主機(jī)端、主機(jī)端到座艙的高速傳輸；車載以太網(wǎng)連接器 則作為車內(nèi)通信的主干網(wǎng)絡(luò)，連接車端內(nèi)部的各個(gè)子系統(tǒng)。汽車智能化水平越高，對(duì)于高頻高速連接器的 需求越大，單車連接器的價(jià)值量越大。

新一代高速連接器需滿足高數(shù)據(jù)傳輸要求。目前開發(fā)出的 HFM 連接器能滿足汽車智能化與網(wǎng)聯(lián)化需要 的高數(shù)據(jù)傳輸要求，不僅包括 ADAS 所需的攝像頭、雷達(dá)等，還包括信息娛樂系統(tǒng)所需的高分辨率顯示器， 以及車輛聯(lián)網(wǎng)所需的 V2X 天線。在傳輸數(shù)據(jù)量大幅提升的同時(shí)，體積也縮小了 80%。未來汽車智能化與網(wǎng) 聯(lián)化的趨勢(shì)會(huì)越來越清晰，汽車智能化場(chǎng)景會(huì)越來越豐富，影像清晰和連接器的頻率、速度上會(huì)有更高要 求，射頻的需求量有明顯提升，射頻連接器的使用數(shù)量和單車價(jià)值量還會(huì)提升。因此，在高頻及高速連接 器領(lǐng)域，對(duì)產(chǎn)品的小型化、精密化、高可靠性指標(biāo)要求將更高。 隨著汽車智能化的不斷發(fā)展，高速連接器應(yīng)用隨之增長(zhǎng)。高等級(jí)自動(dòng)駕駛滲透率提升打開高速連接器 需求空間，2025 年中國(guó)高速連接器市場(chǎng)空間有望達(dá) 135 億，2021 至 2025 年年均復(fù)合增長(zhǎng)率有望達(dá) 19.8%。

連接器的高性能對(duì)銅合金的高品質(zhì)提出要求

銅合金是連接器的重要組成部分

銅合金主要應(yīng)用于連接器端子，約占總成本的26.4%。連接器制造業(yè)上游主要為金屬、電鍍材料、塑膠材料等。其中金屬材料主要用于制作連接端子，為避免信號(hào)在傳輸過程中受到過多阻礙或衰退，端子多采用磷銅、黃銅、紫銅等銅材作為原材料。在電鍍材料的選擇上，以鍍金、鍍錫、鍍鎳和鍍銀等為主。塑膠材料 PA、LCP 等為主，用于制造連接器產(chǎn)品的外殼。根據(jù)電連技術(shù)公司公告，直接原材料成本在汽車連接器中占比60.29%，在射頻連接器中占比63.40%。根據(jù) Bishop&Associates 數(shù)據(jù)，銅材占連接器總成本26.4%。

根據(jù)中汽協(xié)與億歐智庫(kù)數(shù)據(jù)，我國(guó) 2021-2025 年新能源汽車銷量分別為 352 萬輛、670 萬輛、900 萬輛、 1130 萬輛、1359 萬輛。 根據(jù) ICA 數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)汽車內(nèi)燃機(jī)（ICE）用銅 23kg，混合電動(dòng)汽車（HEV）用銅 40kg，插電混合電動(dòng) 汽車（PHEV）用銅 60kg，純電動(dòng)汽車（BEV）用銅 83kg，混合電動(dòng)公交車（Ebus HEV）用銅 89kg，純電 動(dòng)公交車（Ebus BEV）根據(jù)電池容量大小用銅量位于 224-369kg 區(qū)間；我們采用 BEV 單車用銅量 83kg 進(jìn) 行測(cè)算。 根據(jù) IDTechEx 數(shù)據(jù)，新能源汽車用銅量中，電池占比 48%，電機(jī)占比 12%，高壓線束占比 6%，低壓 線束占比 28%，其他占比 6%；經(jīng)測(cè)算，每輛新能源汽車低壓線束用銅量為 23.24kg，高壓線束用銅量為 4.98kg。 低壓線束系統(tǒng)中，低壓線纜（一般采用無氧銅絲）用銅量占比約 85%，低壓連接器（一般采用紫銅合 金帶材）用銅量占比約 15%；高壓線束系統(tǒng)中，高壓線纜（一般采用退火純銅）用銅量占比約 75%，高壓 連接器（一般采用黃銅、磷青銅、鈹青銅等銅合金）用銅量占比約 15%；經(jīng)測(cè)算，單車低壓線纜用銅量約 19.75kg，單車低壓連接器用銅量約 3.49kg，單車高壓線纜用銅量約 3.74kg，單車高壓連接器用銅量約 0.75kg。 根據(jù)百川盈孚數(shù)據(jù)，無氧銅絲軟線、紫銅帶、紫銅棒、磷銅合金、鈹銅合金的 2021 年均價(jià)分別為 6.94 萬元/噸、7.62 萬元/噸、7.43 萬元噸、7.21 萬元/噸、16.68 萬元/噸。 經(jīng)測(cè)算，我國(guó)高壓連接器用高端銅合金 2022-2025 年需求量為 0.50/0.68/0.85/1.02 萬噸，2022-2025 年我 國(guó)新能源汽車線束系統(tǒng)用銅市場(chǎng)規(guī)模分別為 137/184/230/277 億元。

2.2 銅合金品質(zhì)是汽車連接器性能的關(guān)鍵因素之一

接觸件為連接器的核心部件，對(duì)銅合金的性能有很高的要求。汽車線束的接觸件是汽車連接器完成電 連接功能的核心部件，是汽車線束端子壓接和保證線束正常工作的關(guān)鍵，對(duì)接觸件用銅合金材料的力學(xué)、 導(dǎo)電、抗應(yīng)力松弛和折彎成型性能有很高的要求，所需要的性能包括高接觸力、位移形變?。ㄏ聣盒谐逃邢薜韪呓佑|力）、折彎角度?。óa(chǎn)品微型化）、交變應(yīng)力不失效（高插拔次數(shù)）、較低的接觸阻抗、好散熱 性及低溫升、持久的高接觸力/高溫環(huán)境下工作、符合環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)等。因此，這就要求銅及銅合金帶必須具備 高屈服強(qiáng)度、高彈性模量、高導(dǎo)電率、優(yōu)異的彎曲性能、優(yōu)異的抗疲勞性能、無環(huán)境有害物質(zhì)等。

連接器高壓、大電流、小型化趨勢(shì)對(duì)銅合金品質(zhì)提出新的高要求。連接器高壓、大電流和小型化是目 前階段主要的行業(yè)趨勢(shì)。小型化需要銅材具備更高的彈性模量和強(qiáng)度，來保障連接可靠性，連接器小型化 對(duì)零部件加工成型條件更為嚴(yán)苛，在具備高強(qiáng)度的同時(shí)需要更好的成型性，比如：車削和折彎。電流和電 壓的增大則需要進(jìn)一步提高銅材導(dǎo)電率，以降低連接器使用過程中產(chǎn)生的溫升。此外，汽車用連接器的使 用工況往往比較惡劣，比如：要適應(yīng)寒冷天氣和炎熱的氣候，還有行駛過程中的高頻振動(dòng)等。因此，同時(shí) 兼顧強(qiáng)度、導(dǎo)電、加工性能、熱應(yīng)力松弛和疲勞性能的平衡型合金將是一大需求方向。

銅材品質(zhì)是影響接觸件性能的根本因素。銅材是制作連接器導(dǎo)電核心零件——接觸件的基礎(chǔ)材料，其 品質(zhì)是直接影響連接器接觸件電接觸可靠性的關(guān)鍵因素。在所有影響因素中，接觸件銅材合金品質(zhì)是最根 本的，也是最基礎(chǔ)的，銅合金品質(zhì)對(duì)連接器端子的主要影響包括：1）對(duì)端子外觀和尺寸的影響，絕大多數(shù) 的端子在沖壓成型過程中都是以彎曲為主的變形方式，在彎曲成型過程中，主要存在材料彎曲回彈造成的 尺寸超差問題、彎折開裂的外觀問題等，銅合金的回彈特性造成了端子外形尺寸超差的品質(zhì)缺陷，嚴(yán)重時(shí) 將會(huì)影響到后續(xù)連接器裝配精度；2）對(duì)端子插拔力的影響，連接器端子插拔力的大小與端子材料的厚度、 彈性模量、摩擦系數(shù)、彈性結(jié)構(gòu)的寬度和位移量成正比，與彈性結(jié)構(gòu)的懸臂長(zhǎng)度呈反比，端子插拔力過小 易脫落，導(dǎo)致電接觸不穩(wěn)定或失效，插拔力過大造成裝配困難；3）對(duì)端子電器性能的影響，接觸電阻是汽 車連接器端子的主要電氣性能，它直接影響汽車各電器設(shè)備的信號(hào)傳輸和電氣連接的穩(wěn)定性和可靠性，導(dǎo) 體電阻主要取決于端子使用銅合金材料本身的導(dǎo)電性能；4）對(duì)端子環(huán)境性能的影響，汽車連接器端子的環(huán) 境性能主要包括耐溫性能和耐腐蝕性能等，端子長(zhǎng)時(shí)間在高溫條件下工作，不可避免地會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力松弛現(xiàn) 象，最終導(dǎo)致端子接觸失效，因此在連接器選材時(shí)需要根據(jù)端子的實(shí)際工作環(huán)境溫度來選擇抗應(yīng)力松弛特 性優(yōu)異的銅合金材料。