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碳達峰和碳中和是最近頻繁登上熱搜的兩個關鍵詞。為應對氣候變化，各國政府依據各自的國情紛紛制定了相應的碳達峰目標以及實現碳中和的措施。作為實現二氧化碳減排的有效手段，在政策和技術的驅動下，新能源汽車在近些年的發展十分迅速。與此同時，汽車制造商也在不斷加緊推動電動汽車的上市計劃。 根據彭博新能源財經（BNEF）的預測，到2022年，全球多家汽車制造商將推出500多種不同型號的電動汽車。在市場的帶動下，從事電動汽車連接器制造的企業也迎來了發展的好機會。 新能源汽車中的關鍵部件 幾經演變，燃油車的車輛體系架構不僅具體而且非常復雜。新能源汽車則不然，電氣化設計的傳動系統使得車輛的結構輕巧且靈活。按體系結構劃分，新能源汽車又分為混合動力電動汽車（HEV）和純電動汽車（EV）。以純電動汽車為例，其體系結構主要由電機、電池組、逆變器、充電器、DC-DC轉換器等5個重要部件組成，通過這些部件的運行，電動汽車中的動力傳動系統得以正常工作。 
圖1：新能源汽車中的關鍵部件及其所需的連接器類型 在這些重要部件之外，電動汽車的動力系統體系結構中還使用了一種必不可少的硬件——連接器。在車輛內部，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”，甚至連接器已經成為考察EV/HEV性能優劣的關鍵因素之一。 新能源汽車接口所需的連接器種類繁多，在插拔次數、載流能力、耐熱性、密封防水和抗振動等方面都必須表現出色，尤其是高壓連接器，在質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、電池均衡系統、整車控制系統以及其它信號控制系統，這些產品大多是在低頻連接器基礎上專門針對EV/HEV開發出的定制產品。 為新能源汽車挑選合規的連接器 EV/HEV市場代表了一個新的細分市場，對所有參與EV/HEV車輛設計和制造的人來說都具有獨特的挑戰。這些設計和工程挑戰中，就包括開發一系列全面的汽車互連和充電插頭解決方案。 在EV用連接器的選型過程中，我們首先要面對的挑戰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格的設計考慮才能避免在如此高的功率水平下出現電磁干擾和電弧等危險。此外，要想有效延長EV的續航里程，還需從每個部件的小型化和輕量化入手，此時，連接器的重量和成本也是需要考慮的重點。 然而，在實際中選擇一款正確的連接器并不容易。如圖1所示，電動汽車需要許多不同的連接器，比如：單個鋰離子模塊需要連接在一起，形成一個電池存儲系統。此外，各種驅動系統、轉換器、輔助模塊、充電和監控系統也必須組合并連接在一起才能正常工作。下面我們就電動汽車中幾個關鍵模塊所需的連接器，逐一介紹它們對連接器選型的要求，并列舉一些符合要求的連接器產品。 專為充電插頭設計的連接器 現在，各國采用的電動汽車充電插頭的差別很大。在北美、日本、歐盟等國家和地區，Type1和Type2用于交流（AC）充電樁，CHAdeMo和CCS（聯合充電系統）用于直流（DC）充電樁。在中國，充電樁采用的連接器需要符合GB/T20234標準。特斯拉有符合自己充電標準的專用插頭。有關電動汽車充電插頭的執行標準和選型，詳細內容可參見本公眾號的另一篇文章： 充電樁和可穿戴：這兩個熱門應用中的連接器，應該怎么選？ JAE Electronics（日本航空電子工業公司）的KW系列是專門為電動汽車充電樁市場打造的連接器。其中，KW02/KW03系列在符合CHAdeMO標準規格范圍內滿足V2H各項指標。KW04系列是符合在歐洲普及的CCS標準的快速充電用連接器。
圖2：KW04系列連接器 （圖源：JAE） 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（見圖3）。該公司提供的組合式交/直流連接系統支持對電動汽車進行交/直流充電，系統采用通用針式連接器模式，直流和交流充電共用一個插座。
圖3：Phoenix Contact E-mobility推出的連接器為所有國際標準提供通用的充電插頭，用于快速直流充電以及通過交流連接充電（圖源：Phoenix） 專為電池管理系統設計的連接器 電池是電動汽車中非常關鍵的部件。為了確保電池正常和安全的工作，所有電動汽車都必須配備電池管理系統（BMS）。在電池充電過程中，BMS能防止電池在超出安全極限的情況下運行，并在充電和放電過程中始終監控電池組的工作狀態，然后通過平衡電池組內的電池來優化性能，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內使用的組件來定義，連接器是其中的一個重要組件。Amphenol公司為BMS設計提供了一系列緊湊、靈活、高性能的連接器產品。WireLock 1.8mm線對板連接器是汽車級連接器系列中的一款新品，專為BMS應用而設計，緊湊的1.8mm連接器符合汽車應用中日益增長的小型化需求。 此外，Amphenol Minitek MicroSpace是擁有獨特設計的汽車線對板連接器，可支持包括BMS在內的許多汽車應用。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產品系列，具有主動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。
圖4：Minitek MicroSpace線對板連接器 （圖源：Amphenol） 專為電池應用設計的高壓連接器 除電動機和電池外，電動汽車的結構由各種電氣和電子系統組成，如逆變器、電源接線盒或充電器等，這些系統通過專用的高壓連接器和電纜相互連接。對于那些接觸“高功率”僅限于幾百瓦或10A以下的設計人員來說，選擇EV/HEV所需的高壓連接器需要一種不同的思維方式。比如在選擇線對板和線對線連接器時，因考慮振動、應力和溫度等較惡劣的應用環境，這些連接器均需符合插/拔次數和機械堅固性等一些頗具挑戰性的標準。 我們知道，傳統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1000V，額定電流最高達到400A，這意味著傳統的電源連接器解決方案將不再適用于EV/HEV設計。 除了高電壓和大電流等考慮，EV/HEV連接器還需符合其他規范。例如，它們要能夠抵抗高溫、沖擊、振動、液體污損、灰塵、污垢等惡劣環境條件的影響。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、電動機、電源轉換器/逆變器、BMS等應用，該連接器包含EMI屏蔽、HVIL（高壓聯鎖回路）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個插拔周期，其工作電流范圍很寬，約為200A～450A，工作電壓為1000V。
圖5：UPC系列連接器 （圖源：Amphenol） 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開發了HC-STAK 25高壓（HV）互連系統，這是一種緊湊、堅固、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到驅動電機。
圖6：HC-STAK 25高壓互連系統 （圖源：TE Connectivity） TE的HC-STAK 25互連系統解決了EV/HEV面臨的挑戰，如在車輛整個使用壽命內可靠處理高功率浪涌的能力，同時在緊湊靈活的包裝幾何結構、重量和成本方面提供優異的組件設計。除了緊湊的尺寸，HC-STAK 25互連系統及其雙端叉觸點還具有可擴展性，能夠在車輛的整個使用壽命內可靠地向每個集合分配高功率。因HC-STAK 25是一個預組裝插頭，與鋁和銅兼容，非常便于使用。同時，產品還符合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品陣營，AMP+HVA 1200高壓端子和連接器系統是公司EV/HEV高壓連接器系列的重要補充。HVA 1200連接器的額定電壓高達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，汽車制造商將受益于其下一代車輛的高性能互連系統。
圖7：AMP+HVA 1200高壓端子和連接器 （圖源：TE） Rosenberger HVR連接系統的HPK系列在85°C和高達1000V時載流能力可達到275A。憑借其出色的振動和電流容量性能，HPK連接器非常適合典型的高壓電動汽車應用，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。可提供帶或不帶HVIL（高壓聯鎖）的直線和角度電纜耦合器以及相應的頭。
圖8：HPK連接器 （圖源：Rosenberger） 結語 根據市場調查機構Canalys最新報告，2021年上半年全球新能源汽車銷售量總計為260萬輛，同比增長160%。預計全球電動汽車市場的強勁需求將覆蓋整個2021年，這其中，以中國大陸和歐洲兩大市場的表現最為搶眼，二者銷量合計將占全球電動汽車市場的87%。而彭博新能源財經發布的一份報告對這一市場的預測也非常樂觀，預計到2025年，電動汽車將占全球乘用車銷量的10%左右，2030年和2040年將分別增長至28%和58%。 隨著電動汽車和混合動力汽車的日益普及，對電動汽車連接器和充電電纜從未有過如此高的市場需求。來自Verified的市場研究，2018年全球電動汽車連接器的市場價值為2850萬美元，預計到2026年將達到1.0966億美元，2019年至2026年的復合年增長率為18.4%。從這些數據可以看出，全球電動汽車連接器市場的發展正處于快速上升階段，未來前景可期！ 來源：貿澤電子 作者：M |
