汽車正在從“油”變成“電”，小小連接器應(yīng)該怎么變

碳達(dá)峰和碳中和是最近頻繁登上熱搜的兩個(gè)關(guān)鍵詞。為應(yīng)對(duì)氣候變化，各國(guó)政府依據(jù)各自的國(guó)情紛紛制定了相應(yīng)的碳達(dá)峰目標(biāo)以及實(shí)現(xiàn)碳中和的措施。作為實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排的有效手段，在政策和技術(shù)的驅(qū)動(dòng)下，新能源汽車在近些年的發(fā)展十分迅速。與此同時(shí)，汽車制造商也在不斷加緊推動(dòng)電動(dòng)汽車的上市計(jì)劃。

根據(jù)彭博新能源財(cái)經(jīng)（BNEF）的預(yù)測(cè)，到2022年，全球多家汽車制造商將推出500多種不同型號(hào)的電動(dòng)汽車。在市場(chǎng)的帶動(dòng)下，從事電動(dòng)汽車連接器制造的企業(yè)也迎來(lái)了發(fā)展的好機(jī)會(huì)。

新能源汽車中的關(guān)鍵部件

幾經(jīng)演變，燃油車的車輛體系架構(gòu)不僅具體而且非常復(fù)雜。新能源汽車則不然，電氣化設(shè)計(jì)的傳動(dòng)系統(tǒng)使得車輛的結(jié)構(gòu)輕巧且靈活。按體系結(jié)構(gòu)劃分，新能源汽車又分為混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）和純電動(dòng)汽車（EV）。以純電動(dòng)汽車為例，其體系結(jié)構(gòu)主要由電機(jī)、電池組、逆變器、充電器、DC-DC轉(zhuǎn)換器等5個(gè)重要部件組成，通過(guò)這些部件的運(yùn)行，電動(dòng)汽車中的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)得以正常工作。

在這些重要部件之外，電動(dòng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)中還使用了一種必不可少的硬件——連接器。在車輛內(nèi)部，各重要部件之間的相互連接必須依靠連接器架起的一座座“橋”，甚至連接器已經(jīng)成為考察EV/HEV性能優(yōu)劣的關(guān)鍵因素之一。

新能源汽車接口所需的連接器種類繁多，在插拔次數(shù)、載流能力、耐熱性、密封防水和抗振動(dòng)等方面都必須表現(xiàn)出色，尤其是高壓連接器，在質(zhì)量和制造精度上的要求更高。在新能源汽車中也有一部分低壓連接器，主要用于新能源汽車的電池管理系統(tǒng)、電池均衡系統(tǒng)、整車控制系統(tǒng)以及其它信號(hào)控制系統(tǒng)，這些產(chǎn)品大多是在低頻連接器基礎(chǔ)上專門針對(duì)EV/HEV開(kāi)發(fā)出的定制產(chǎn)品。

為新能源汽車挑選合規(guī)的連接器

EV/HEV市場(chǎng)代表了一個(gè)新的細(xì)分市場(chǎng)，對(duì)所有參與EV/HEV車輛設(shè)計(jì)和制造的人來(lái)說(shuō)都具有獨(dú)特的挑戰(zhàn)。這些設(shè)計(jì)和工程挑戰(zhàn)中，就包括開(kāi)發(fā)一系列全面的汽車互連和充電插頭解決方案。

在EV用連接器的選型過(guò)程中，我們首先要面對(duì)的挑戰(zhàn)就是高電壓和大電流。EV高壓連接器的工作電壓范圍已從傳統(tǒng)汽車的14V提升至400V～800V，電流從30A到300A或更高，這些連接器必須要有嚴(yán)格的設(shè)計(jì)考慮才能避免在如此高的功率水平下出現(xiàn)電磁干擾和電弧等危險(xiǎn)。此外，要想有效延長(zhǎng)EV的續(xù)航里程，還需從每個(gè)部件的小型化和輕量化入手，此時(shí)，連接器的重量和成本也是需要考慮的重點(diǎn)。

然而，在實(shí)際中選擇一款正確的連接器并不容易。如圖1所示，電動(dòng)汽車需要許多不同的連接器，比如：?jiǎn)蝹€(gè)鋰離子模塊需要連接在一起，形成一個(gè)電池存儲(chǔ)系統(tǒng)。此外，各種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)換器、輔助模塊、充電和監(jiān)控系統(tǒng)也必須組合并連接在一起才能正常工作。下面我們就電動(dòng)汽車中幾個(gè)關(guān)鍵模塊所需的連接器，逐一介紹它們對(duì)連接器選型的要求，并列舉一些符合要求的連接器產(chǎn)品。

專為充電插頭設(shè)計(jì)的連接器

現(xiàn)在，各國(guó)采用的電動(dòng)汽車充電插頭的差別很大。在北美、日本、歐盟等國(guó)家和地區(qū)，Type1和Type2用于交流（AC）充電樁，CHAdeMo和CCS（聯(lián)合充電系統(tǒng)）用于直流（DC）充電樁。在中國(guó)，充電樁采用的連接器需要符合GB/T20234標(biāo)準(zhǔn)。特斯拉有符合自己充電標(biāo)準(zhǔn)的專用插頭。有關(guān)電動(dòng)汽車充電插頭的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)和選型，詳細(xì)內(nèi)容可參見(jiàn)本公眾號(hào)的另一篇文章：

JAE Electronics（日本航空電子工業(yè)公司）的KW系列是專門為電動(dòng)汽車充電樁市場(chǎng)打造的連接器。其中，KW02/KW03系列在符合CHAdeMO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格范圍內(nèi)滿足V2H各項(xiàng)指標(biāo)。KW04系列是符合在歐洲普及的CCS標(biāo)準(zhǔn)的快速充電用連接器。

Phoenix Contact的E-Mobility解決方案可用于EV/HEV的快速直流充電以及交流充電，它能適合多種車身樣式。該公司提供的組合式交/直流連接系統(tǒng)支持對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行交/直流充電，系統(tǒng)采用通用針式連接器模式，直流和交流充電共用一個(gè)插座。

專為電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的連接器

電池是電動(dòng)汽車中非常關(guān)鍵的部件。為了確保電池正常和安全的工作，所有電動(dòng)汽車都必須配備電池管理系統(tǒng)（BMS）。在電池充電過(guò)程中，BMS能防止電池在超出安全極限的情況下運(yùn)行，并在充電和放電過(guò)程中始終監(jiān)控電池組的工作狀態(tài)，然后通過(guò)平衡電池組內(nèi)的電池來(lái)優(yōu)化性能，從而提高電池的壽命和容量。此外，BMS還能夠滿足其他功能，如檢查故障、確定可用能量和剩余使用壽命等。

通常，BMS的性能和可靠性由系統(tǒng)內(nèi)使用的組件來(lái)定義，連接器是其中的一個(gè)重要組件。Amphenol公司為BMS設(shè)計(jì)提供了一系列緊湊、靈活、高性能的連接器產(chǎn)品。WireLock 1.8mm線對(duì)板連接器是汽車級(jí)連接器系列中的一款新品，專為BMS應(yīng)用而設(shè)計(jì)，緊湊的1.8mm連接器符合汽車應(yīng)用中日益增長(zhǎng)的小型化需求。

此外，Amphenol Minitek MicroSpace是擁有獨(dú)特設(shè)計(jì)的汽車線對(duì)板連接器，可支持包括BMS在內(nèi)的許多汽車應(yīng)用。其中，LV214適配連接器提供1.50mm和1.27mm間距的單排和雙排兩個(gè)產(chǎn)品系列，具有主動(dòng)鎖存功能以及可選的TPA和CPA功能。其中，1.27mm連接器的載流量為1A，電纜外徑為28AWG至26AWG，而1.50mm連接器的載流量為2A，電纜外徑為24AWG至28AWG。

專為電池應(yīng)用設(shè)計(jì)的高壓連接器

除電動(dòng)機(jī)和電池外，電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)由各種電氣和電子系統(tǒng)組成，如逆變器、電源接線盒或充電器等，這些系統(tǒng)通過(guò)專用的高壓連接器和電纜相互連接。對(duì)于那些接觸“高功率”僅限于幾百瓦或10A以下的設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，選擇EV/HEV所需的高壓連接器需要一種不同的思維方式。比如在選擇線對(duì)板和線對(duì)線連接器時(shí)，因考慮振動(dòng)、應(yīng)力和溫度等較惡劣的應(yīng)用環(huán)境，這些連接器均需符合插/拔次數(shù)和機(jī)械堅(jiān)固性等一些頗具挑戰(zhàn)性的標(biāo)準(zhǔn)。

我們知道，傳統(tǒng)燃油汽車采用額定電流為30A的12V電池供電。在EV/HEV上，最高電壓甚至可達(dá)1000V，額定電流最高達(dá)到400A，這意味著傳統(tǒng)的電源連接器解決方案將不再適用于EV/HEV設(shè)計(jì)。

除了高電壓和大電流等考慮，EV/HEV連接器還需符合其他規(guī)范。例如，它們要能夠抵抗高溫、沖擊、振動(dòng)、液體污損、灰塵、污垢等惡劣環(huán)境條件的影響。在尺寸和重量上，也要力求在更小、更輕的包裝中提供安全、耐用的電氣性能。

Amphenol的UPC系列連接器適用于電池連接、配電裝置、電動(dòng)機(jī)、電源轉(zhuǎn)換器/逆變器、BMS等應(yīng)用，該連接器包含EMI屏蔽、HVIL（高壓聯(lián)鎖回路）和用于高壓和電流連接的鎖定功能。此外，Amphenol UPC高壓連接器還能承受至少500個(gè)插拔周期，其工作電流范圍很寬，約為200A～450A，工作電壓為1000V。

汽車制造商一直在積極地尋找能夠滿足下一代EV/HEV特定高壓要求的智能和高性能部件。為了滿足這一需求，TE Connectivity開(kāi)發(fā)了HC-STAK 25高壓（HV）互連系統(tǒng)，這是一種緊湊、堅(jiān)固、可靠的高性能連接器解決方案，可有效地將電源從電池組傳輸?shù)津?qū)動(dòng)電機(jī)。

TE的HC-STAK 25互連系統(tǒng)解決了EV/HEV面臨的挑戰(zhàn)，如在車輛整個(gè)使用壽命內(nèi)可靠處理高功率浪涌的能力，同時(shí)在緊湊靈活的包裝幾何結(jié)構(gòu)、重量和成本方面提供優(yōu)異的組件設(shè)計(jì)。除了緊湊的尺寸，HC-STAK 25互連系統(tǒng)及其雙端叉觸點(diǎn)還具有可擴(kuò)展性，能夠在車輛的整個(gè)使用壽命內(nèi)可靠地向每個(gè)集合分配高功率。因HC-STAK 25是一個(gè)預(yù)組裝插頭，與鋁和銅兼容，非常便于使用。同時(shí)，產(chǎn)品還符合IP2XB、IP67/IP6K9K密封和V0易燃性的防觸摸安全要求。

TE擁有豐富的汽車連接器產(chǎn)品陣營(yíng)，AMP+HVA 1200高壓端子和連接器系統(tǒng)是公司EV/HEV高壓連接器系列的重要補(bǔ)充。HVA 1200連接器的額定電壓高達(dá)1000V，在85°C下的載流能力為100A，專門用于確保充電接口、車載充電器和蓄電池之間的安全可靠連接。有了AMP+HVA 1200高壓端子和連接器系統(tǒng)，汽車制造商將受益于其下一代車輛的高性能互連系統(tǒng)。

Rosenberger HVR連接系統(tǒng)的HPK系列在85°C和高達(dá)1000V時(shí)載流能力可達(dá)到275A。憑借其出色的振動(dòng)和電流容量性能，HPK連接器非常適合典型的高壓電動(dòng)汽車應(yīng)用，如電池、逆變器和PDU之間的連接。該系列包括單極、雙極或三極連接器，可與四種不同電纜橫截面的銅或鋁電纜一起使用?？商峁Щ虿粠VIL（高壓聯(lián)鎖）的直線和角度電纜耦合器以及相應(yīng)的頭。

結(jié)語(yǔ)

根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查機(jī)構(gòu)Canalys報(bào)告，2021年上半年全球新能源汽車銷售量總計(jì)為260萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)160%。預(yù)計(jì)全球電動(dòng)汽車市場(chǎng)的強(qiáng)勁需求將覆蓋整個(gè)2021年，這其中，以中國(guó)大陸和歐洲兩大市場(chǎng)的表現(xiàn)最為搶眼，二者銷量合計(jì)將占全球電動(dòng)汽車市場(chǎng)的87%。而彭博新能源財(cái)經(jīng)發(fā)布的一份報(bào)告對(duì)這一市場(chǎng)的預(yù)測(cè)也非常樂(lè)觀，預(yù)計(jì)到2025年，電動(dòng)汽車將占全球乘用車銷量的10%左右，2030年和2040年將分別增長(zhǎng)至28%和58%。

隨著電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車的日益普及，對(duì)電動(dòng)汽車連接器和充電電纜從未有過(guò)如此高的市場(chǎng)需求。來(lái)自Verified的市場(chǎng)研究，2018年全球電動(dòng)汽車連接器的市場(chǎng)價(jià)值為2850萬(wàn)美元，預(yù)計(jì)到2026年將達(dá)到1.0966億美元，2019年至2026年的復(fù)合年增長(zhǎng)率為18.4%。從這些數(shù)據(jù)可以看出，全球電動(dòng)汽車連接器市場(chǎng)的發(fā)展正處于快速上升階段，未來(lái)前景可期！

審核編輯：郭婷