汽車電氣化之路面臨的挑戰(zhàn)和解決方案

汽車電氣化發(fā)展所面臨的難題與解決方案

在各種工業(yè)和消費(fèi)環(huán)境中，產(chǎn)品、系統(tǒng)和流程的電氣化正在加速發(fā)展，這些變革由先進(jìn)的電子技術(shù)推動(dòng)，取代了傳統(tǒng)的液壓和氣動(dòng)方法。其中尤以交通運(yùn)輸行業(yè)的電氣化進(jìn)程尤為明顯，配備尖端功能和純電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)的車輛數(shù)量正在以創(chuàng)紀(jì)錄的速度增長(zhǎng)。本文將為您介紹汽車電氣化發(fā)展的現(xiàn)況與趨勢(shì)，以及由Molex（莫仕）所能提供的解決方案。

汽車電氣化之路所面臨的挑戰(zhàn)

汽車的電氣化之路，除了通過(guò)替代長(zhǎng)期使用的內(nèi)燃機(jī)（ICE）而迅速崛起的純電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)外，普通車輛上的電氣元器件也在顯著增加。像是許多曾采用機(jī)械結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵系統(tǒng)，現(xiàn)在使用了電子器件來(lái)提高安全性和可靠性，例如制動(dòng)輔助和轉(zhuǎn)向（電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向――EPAS）系統(tǒng)。目前，支持高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）的解決方案正在迅速發(fā)展，朝著全自動(dòng)駕駛的終極目標(biāo)邁進(jìn)。

在過(guò)去幾年中，全球電動(dòng)汽車（EV）和混動(dòng)汽車（HEV）的數(shù)量不斷增加，預(yù)計(jì)到2025年將占新車銷量的20%。盡管前景光明，但汽車電氣化仍然面臨重重障礙。要搶占預(yù)計(jì)價(jià)值達(dá)2,363億美元（復(fù)合年增長(zhǎng)率為10.6%）的市場(chǎng)，汽車制造商仍面臨著許多挑戰(zhàn)，像是過(guò)多的電子系統(tǒng)和模塊給典型車輛的電氣架構(gòu)帶來(lái)了相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。

為滿足消費(fèi)者需求，高端車輛的設(shè)計(jì)可能由100多個(gè)電子控制單元（ECU）組成。車輛中越來(lái)越多的ECU帶來(lái)了挑戰(zhàn)，即如何連接、封裝和管理這些系統(tǒng)，以傳輸對(duì)車輛至關(guān)重要的命令和控制特定功能。通過(guò)將車輛劃分為多個(gè)區(qū)域，即可為每個(gè)區(qū)域分配功能，然后根據(jù)需要在區(qū)域之間傳遞信息，分區(qū)架構(gòu)不僅能優(yōu)化和減少布線總量，還可以整合ECU。

此外，隨著汽車（包括內(nèi)燃機(jī)汽車和電動(dòng)汽車）中電子設(shè)備的激增，熱管理成為一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。當(dāng)計(jì)算機(jī)或移動(dòng)設(shè)備等電子設(shè)備變得過(guò)熱時(shí)將會(huì)關(guān)閉，這對(duì)于在公路上高速行駛的車輛來(lái)說(shuō)不啻是一個(gè)災(zāi)難。

微型化和增加的電氣設(shè)備需要更高的元器件密度，在微型化系統(tǒng)的表面積縮小的情況下，在更小的空間內(nèi)散發(fā)相同或更多的熱量可能會(huì)導(dǎo)致過(guò)熱風(fēng)險(xiǎn)，因此必須加以管理。如果電子器件位于密封的ECU中，并處于極端環(huán)境的車輛區(qū)域（例如，引擎蓋下），則過(guò)熱風(fēng)險(xiǎn)可能會(huì)增加。若設(shè)計(jì)不當(dāng)，惡劣的環(huán)境加上下一代連接系統(tǒng)的高電路密度和小封裝尺寸要求，可能會(huì)造成散熱挑戰(zhàn)。連接器中的熱問(wèn)題可能會(huì)導(dǎo)致安全性、可靠性和使用壽命問(wèn)題，必須在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段認(rèn)真加以解決。

電氣化和能源管理技術(shù)引發(fā)科學(xué)復(fù)興

電氣化和能源管理技術(shù)的進(jìn)步正在引發(fā)電力領(lǐng)域的科學(xué)復(fù)興，其中的電池技術(shù)現(xiàn)在能支持一系列應(yīng)用，從為電動(dòng)汽車供電到儲(chǔ)存能量以供最需要的時(shí)候使用。政府正在對(duì)電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施、電網(wǎng)現(xiàn)代化、農(nóng)村連通和發(fā)展中部落進(jìn)行投資。

在這場(chǎng)復(fù)興中，出現(xiàn)了兩個(gè)主要且密切相關(guān)的主題：電氣化和能源管理。在電氣化方面，使用傳統(tǒng)燃料來(lái)源的技術(shù)正由可再生能源驅(qū)動(dòng)的等效系統(tǒng)補(bǔ)充或取代。另一方面，能源管理是指能量的儲(chǔ)存、監(jiān)測(cè)和分配。

首先，通過(guò)智能電網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)現(xiàn)代化，圍繞傳統(tǒng)發(fā)電廠建造的老化基礎(chǔ)設(shè)施正在轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代電氣化網(wǎng)絡(luò)或智能電網(wǎng)，它們以可再生能源為補(bǔ)充，由各種傳感器組成，用以密切監(jiān)測(cè)使用情況，并在系統(tǒng)故障成為更嚴(yán)重的問(wèn)題之前將其識(shí)別出來(lái)，這是一個(gè)很關(guān)鍵的需求。

智能電網(wǎng)平衡了傳統(tǒng)能源和可再生能源的優(yōu)勢(shì)，太陽(yáng)能和風(fēng)能等可再生能源存在周期性低谷，所以將電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（BESS）納入更廣范圍的電網(wǎng)，用來(lái)捕獲剩余能量以供日后使用。由于總消耗也有其自身的節(jié)奏，存在周期性的高峰和非高峰使用階段，因此智能電網(wǎng)可以在最需要的地方、在最需要的時(shí)候以及從什么來(lái)源分配能量，這些來(lái)源可能是傳統(tǒng)能量、可再生的能量或儲(chǔ)存的能量。

汽車的功能和電氣化發(fā)展推動(dòng)48V標(biāo)準(zhǔn)

自20世紀(jì)50年代以來(lái)，12V電源模型一直是汽車行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，因此成為了汽車設(shè)計(jì)和器件的默認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)。即使功能和電氣化程度已隨著時(shí)間不斷發(fā)展，該標(biāo)準(zhǔn)使汽車制造商依然能夠降低成本，并保持簡(jiǎn)單的電氣架構(gòu)。

12V標(biāo)準(zhǔn)有其優(yōu)點(diǎn)，但隨著現(xiàn)代消費(fèi)者對(duì)性能和車內(nèi)體驗(yàn)的期望不斷提高，12V標(biāo)準(zhǔn)也必須演進(jìn)。隨著軟件定義汽車的出現(xiàn)，向輕度混合架構(gòu)的轉(zhuǎn)變，以及排放法律日益嚴(yán)格，48V設(shè)計(jì)對(duì)于滿足消費(fèi)者需求和監(jiān)管要求變得越來(lái)越必不可少。

雖然采用48V標(biāo)準(zhǔn)面臨一些挑戰(zhàn)，但電氣創(chuàng)新者現(xiàn)在已開(kāi)始根據(jù)這個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)為更高效的系統(tǒng)鋪平道路。向更強(qiáng)大的電源標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)變不可能一蹴而就，但一些關(guān)鍵的電氣因素和消費(fèi)者因素會(huì)影響汽車制造商采用48V作為輕度混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車的標(biāo)準(zhǔn)，其中的關(guān)鍵因素包括各國(guó)政府的減排立法行動(dòng)，以及消費(fèi)者具有低碳意識(shí)，購(gòu)買者表現(xiàn)出對(duì)混合動(dòng)力汽車、插電式混合動(dòng)力汽車（PHEV）和增程電動(dòng)汽車的強(qiáng)烈偏好。

此外，電動(dòng)渦輪增壓系統(tǒng)使用電機(jī)來(lái)旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)并增強(qiáng)進(jìn)入到發(fā)動(dòng)機(jī)的氣流，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能。與使用12V或24V系統(tǒng)供電的傳統(tǒng)渦輪增壓系統(tǒng)相比，這種渦輪增壓系統(tǒng)需要更大的電力。隨著更高效、更強(qiáng)大的電動(dòng)渦輪增壓系統(tǒng)成為標(biāo)配，48V電源將會(huì)變得舉足輕重。

48V標(biāo)準(zhǔn)在工程方面的好處包括可減小封裝尺寸、節(jié)省生產(chǎn)成本、提供更好的功能、減少排放、提高燃油經(jīng)濟(jì)性，對(duì)消費(fèi)者而言，48V標(biāo)準(zhǔn)可提高汽車性能、降低汽車成本、提高操控性能，這使得48V標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展日趨重要。

不過(guò)，12V設(shè)計(jì)在汽車生產(chǎn)中已是根深蒂固，因此，過(guò)渡到48V標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)程將會(huì)比預(yù)期更漫長(zhǎng)。過(guò)渡速度在一定程度上取決于滿足48V系統(tǒng)的技術(shù)要求所需的元器件設(shè)計(jì)變化，其中需要考慮系統(tǒng)本身的生產(chǎn)方法和現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的配合。

MX150中壓連接器

滿足48伏電氣系統(tǒng)的需求

Molex推出的MX150中壓連接器旨在滿足汽車行業(yè)對(duì)48伏電氣系統(tǒng)不斷增長(zhǎng)的需求。中壓解決方案的推出使客戶能夠放心地使用中壓產(chǎn)品升級(jí)其汽車電氣系統(tǒng)。這些連接器基于經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的MX150設(shè)計(jì)，為滿足運(yùn)輸行業(yè)的中壓連接要求提供可靠且經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的解決方案。

MX150密封連接器系統(tǒng)經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，可在極端溫度、不同程度的振動(dòng)，以及暴露于濕氣和化學(xué)品的情況下提供高度可靠的性能，適合各種應(yīng)用。MX150密封連接器系統(tǒng)可提供連接器位置保證（CPA）選項(xiàng)，有助于消除連接器之間的意外斷開(kāi)，并提供預(yù)組裝端子位置保證（TPA）外殼，有助于確保壓接端子引線正確鎖定到連接器中，且具有索環(huán)帽以保護(hù)墊片的密封，并有助于確保端子正確對(duì)齊。MX150符合IEC 60664-1規(guī)范并通過(guò)USCAR-2、USCAR-21和GMW3191認(rèn)證，可滿足嚴(yán)格的汽車行業(yè)要求。

MX150提供單排和雙排V0版本，可滿足嚴(yán)格的安全要求，支持適用于MX150（1.50mm）端子的墊片密封技術(shù)，有助于消除對(duì)單獨(dú)電纜密封件的需求，從而減小包裝尺寸，其具有一體式3.50mm間距外殼，可提供緊湊的連接器，并有助于消除組裝成本，其支持60V中壓能力，可升級(jí)至48V接線，并通過(guò)使用經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的MX150外形規(guī)格，簡(jiǎn)化升級(jí)到更輕量的48V接線。

MX150可與照明、電動(dòng)車窗或雨刷器電機(jī)等應(yīng)用升級(jí)的48V接線配合使用，無(wú)需更改連接器類型即可將現(xiàn)有12V汽車接線升級(jí)至48V，通過(guò)使用與經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的MX150連接器相同的封裝尺寸和外殼設(shè)計(jì)，可以從現(xiàn)有MX150連接器直接升級(jí)，并在升級(jí)到48V接線時(shí)降低工程成本。

MX150是同類產(chǎn)品中唯一一款將多功能低壓選項(xiàng)和堅(jiān)固的密封連接器設(shè)計(jì)與一系列中壓連接器相結(jié)合的汽車連接器，支持48V應(yīng)用和高達(dá)60V的應(yīng)用。從12V接線升級(jí)到48V接線時(shí)，MX150中壓連接器使制造商能夠利用經(jīng)過(guò)驗(yàn)證且堅(jiān)固耐用的MX150外形尺寸來(lái)降低工程和設(shè)計(jì)成本。這允許過(guò)渡到更高電壓的48V布線架構(gòu)，通過(guò)使用更小的電線尺寸減少銅的使用和重量，同時(shí)最大限度地減少額外工程時(shí)間和所需的成本。

結(jié)語(yǔ)

汽車產(chǎn)業(yè)正面臨電氣化所推動(dòng)的變革，其不僅是電動(dòng)汽車的快速發(fā)展，傳統(tǒng)汽車也開(kāi)始采用大量的電子系統(tǒng)來(lái)增加汽車的功能性與安全性，這都對(duì)汽車產(chǎn)業(yè)帶來(lái)重大的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。Molex擁有多種解決方案，可幫助客戶從現(xiàn)有的傳統(tǒng)方法過(guò)渡，貫穿所有中間階段，最終提供各類行業(yè)領(lǐng)先的靈活產(chǎn)品，以實(shí)現(xiàn)客戶面臨的分區(qū)架構(gòu)、散熱問(wèn)題、噪聲消除等問(wèn)題，并推出可滿足48伏電氣系統(tǒng)需求的MX150中壓連接器，將使汽車制造商能夠設(shè)計(jì)和部署更輕、更高性能、更靈活、更高效的解決方案。