電動汽車行業(yè)期待已久的轉折點已然到來，隨著消費者對電動汽車的需求越來越大。隨著日益收緊的法規(guī)、日趨成熟的電池技術、下降的電池價格等因素的驅動，整車制造商們正加緊提升電動汽車的制造能力。據(jù)波士頓咨詢公司預測，電池驅動的純電動汽車的全球市場份額預計將從 2020 年的 3% 飆升至 2035 年的 45%。

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這場邁向電動汽車架構的變革對汽車制造帶來了一系列新的挑戰(zhàn)。汽車基礎架構如何支撐日益升高的電壓水平？整車廠如何進行成本優(yōu)化設計，實現(xiàn)批量生產(chǎn)？設計 人員如何解決高壓組件的電磁干擾問題？

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高壓連接的技術和應用在解決電動汽車開發(fā)挑戰(zhàn)中起著十分重要的作用。然而，在技術應用的初期階段，各種方案紛紛登場，而行業(yè)標準卻寥寥無幾。因而，對一級供應商來說，為整車廠提供靈活的解決方案就變得十分關鍵，以保證整車廠能夠根據(jù)自己的個性化設計要求，靈活地對整車重量、質量和成本進行優(yōu)化。因此說，對于高壓連接來說，不能搞“一刀切”。

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將一切相連

高壓連接技術在電動汽車中發(fā)揮著關鍵作用。高壓導線及連接器將電流從 AC/DC 充電接口導 向車輛電池，而后將電力分配于分布在整車架構中的各個用電設備，包括驅動電機、逆變器等大功率設備，空調壓縮機、電加熱裝置等輔助設備，以及高壓配電盒、電池包斷路單元等中央電氣設備。

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要為整車中這么多子設備供電，電氣架構本就非常復雜，更糟的是，目前行業(yè)沒有一個統(tǒng)一的標準。在沒有行業(yè)標準或普遍接受的模板可供參考的情況下，整車廠們各自定義電氣架構的規(guī)格及標準，甚至同一家整車廠的不同品牌、不同車型的規(guī)格標準也不盡相同。甚至同一品牌的汽車，由于尺寸、重量、或者車輛是否有需要額外功率的豪華功能等，電氣架構都會有很大的不同。

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因此，與整車廠合作的電氣架構合作伙伴的能力就非常重要。他要能夠根據(jù)整車的特定要求，幫助整車廠設計高效、安全、性能可靠、并且最具成本效益的定制化電氣架構，同時，他還需具備相應的技術專長和完整的產(chǎn)品線，能夠交付全面的集成式解決方案。

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挑戰(zhàn)

曾幾何時，混合動力汽車還被視作邁向純電動汽車的合理過渡。然而，據(jù)波士頓咨詢公司的調查，今天考慮購置電動汽車的消費者更有可能選擇購置純電動汽車而非混合動力汽車，而且純電動汽車的銷量已經(jīng)是插電式混合動力汽車的兩倍。

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這個轉變在架構設計方面對整車廠帶來了重大影響，因為純電動汽車不僅必須為驅動車輛的車輪提供電力，還必須同時為車內其它設備運行提供電力；而在燃氣動力或混合動力汽車中，發(fā)動機不僅為驅動汽車提供動力，還為車內其它設備提供電力。沒有了發(fā)動機，純電動汽車必須采用全新的電氣架構設計。

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從內燃機或混合動力汽車轉向純電動車型，需要采用更粗更重的導線及連接器，以適配更大的功率。然而，車輛底盤的空間有限，而大功率配電系統(tǒng)卻有更大的尺寸與質量，這為車輛封裝設計帶來了更大的挑戰(zhàn)。

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另一個主要趨勢是電池也變得更大更重，以解決消費者的“里程焦慮”。阻礙電動汽車銷售的最大因素是對電動汽車續(xù)航里程不足的擔憂，消費者擔心車輛電量耗盡了，而自己距離最近的充電站還很遠。

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當下，整車廠大多選擇安裝更大更重的電池來增大續(xù)航里程，擠占了電氣系統(tǒng)的空間。因此，電氣系統(tǒng)采用更輕、更小的組件來抵消增加的電池空間及重量，也變得十分重要。

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值得慶幸的是，我們已經(jīng)找到了一些創(chuàng)新方法，達到減輕電氣系統(tǒng)的重量、減少導線和接頭的數(shù)量、減小電子組件的尺寸的目的，同時，還使車輛組裝變得更加安全、更加簡單。

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屏蔽、布線和連接器

在決策電氣架構時，行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)包括如何保證導線的屏蔽性以避免電子電磁干擾、連接器的安全性、采用銅質導線還是鋁質導線、以及如何減少布線總量，等等。

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屏蔽

高壓電氣組件比傳統(tǒng)布線更復雜，尤其是還要考慮到電磁干擾的屏蔽。更高的功率會產(chǎn)生更強的電磁噪聲，因此，導線必須被包裹起來，以屏蔽電磁干擾。

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目前有四種基本的屏蔽方案，取決于具體的應用情況，每種方案都有其優(yōu)勢及不足：

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單芯屏蔽是當下針對輔助連接器和電源轉換應用最廣泛的屏蔽方法。根導線都包裹在金屬編織物中，在達到屏蔽的目的同時，保持了導線的柔性。單芯屏蔽的導線布線和彎曲會更容易，方便線束制造商進行組裝。

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多芯屏蔽指將多條導線包裹在一個屏障內，其體積比采用單芯屏蔽更大且柔性稍差，不過這樣可以簡化布線和連接。多芯屏蔽最常用于輔助連接器。

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捆綁屏蔽使用外部編織層進行屏蔽。與多芯屏蔽相似，捆綁屏蔽由于尺寸、重量和柔性方面的缺點而不如單芯屏蔽應用廣泛，不過，取決于導線長度和應用方式，它可以以低廉的成本實現(xiàn)出眾的屏蔽性能。

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非屏蔽也是一種可采用的方案，搭配非屏蔽導線以優(yōu)化成本。非屏蔽方案可應用在與非屏蔽電網(wǎng)設施相連的充電線束上，主要在車輛靜止時使用。非屏蔽導線也可應用在其它線束中，不過需要添加其它抗干擾設備。

除此之外，還有一些其它屏蔽方案，整車廠可以根據(jù)需要選擇。

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布線

就汽車電氣化進程而言，每減少一克重量都很重要，因此，對布線進行優(yōu)化將起到至關重要的作用，因為布線不僅涉及到高壓電氣組件，還涉及到汽車中數(shù)百個低壓電氣組件。通過細致優(yōu)化，安波福曾幫助一家整車廠將總體布線質量減少了 10% ，將導線長度縮短了 150 米。在另一個案例中，安波福成功幫助一家 SUV 制造商將導線長度縮短了 300 米，使配電系統(tǒng)的質量減少了15%。

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另一個減重的方法是用鋁導線替代銅導線。但是，應用鋁導線時，鋁導線與銅質連接器之間會出現(xiàn) 腐蝕。這個難題今天已經(jīng)得到了解決，工程師們在鋁導線或端子處，采用一種預防腐蝕的輕質涂層，從而克服了這一難題。用鋁導線替代銅導線可以減少多達 50%的布線質量和成本。

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分線連接器的應用也可減少導線用量及成本。一個安裝于電池包上的分線連接器便能與多個用電設備連接，無需下游線束分線裝置，因而減少了汽車內的連接器數(shù)量和布線量。

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組合使用分線連接器和高壓輔助連接器，將有助于減少汽車上的連接器數(shù)量，簡化整體架構。

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高壓匯流排

在布線設計中，除了要盡量減輕布線的重量，節(jié)省布線空間也是工程師們考慮的重要方面。高壓匯流排可以替代圓形導線，不僅節(jié)省了空間，也使組裝更加方便，因此，它還有助于提高自動化組裝水平，使組裝質量及統(tǒng)一性進一步提高。安波福開發(fā)了獨有的高壓連接設計解決方案，以解決匯流排的熱膨脹和屏蔽問題。

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四通道分線連接器

四通道分線連接器可幫助整車減少連接器數(shù)量，從而優(yōu)化架構

• 電池上的一個連接器可以為多個設備供電

• ?無需部署下游線束分線裝置

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端子

有兩種類型的端子可供選擇，具體將取決于車輛架構的特定設計。圓形套筒式設計更重，但也更緊湊。刀片式設計更薄、更易于生產(chǎn)且更方便與連接橋連接。

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安全的對配方案

要保證高壓電源安全地為經(jīng)常受到振動、顛簸、行駛過坑洼路面或遭遇輕微碰撞等情況的汽車供電，對配件的安全性對每個人而言都至關重要，這包括組裝、修理車輛的人員和駕駛車輛的人員。

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在裝配方面，高壓互鎖回路技術 (HVIL) 確保連接安全性。高壓互鎖是一種斷路裝置，如果工人不小心拔下了連接器，此時互鎖斷開，設備將自動斷開電源。一些整車廠甚至正在考慮在系統(tǒng)層面應用此技術。

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與應用杠桿或滑塊機構的小型連接器不同，大型高壓連接器需要在對配方案方面進行創(chuàng)新。螺栓式連接器在對汽車進行安裝修理時需要輔助工具，但它可以測量扭矩，而且可以追溯。

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助力桿式連接器安裝相對簡單，但轉動杠桿需要一定的空間。

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滑塊式連接器同樣需要預留空間，不過只需要預留一個方向上的空間，而且它可以在有限的空間里提供最大應力面。出于多種多樣的考慮因素，每家整車廠都有自己的偏好，選擇哪種方案完全取決于車輛的設計以及哪種方案符合整車廠的生產(chǎn)線條件。

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我們的目標是明確的，那就是要絕對確保連接安全鎖定，并防止在不利的駕駛條件連接處產(chǎn)生松動。

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高壓輔助設備連接器

隨著傳統(tǒng)燃油汽車逐步讓位于電動汽車，通常由發(fā)動機供電的車內設備轉而開始依賴汽車的高壓電氣架構供電。原來的一些 12V 設備（如電加熱、空調壓縮機、車載充電器、或一些通常低于 100A 的直流/直流轉換器）還可以轉而采用高電壓，提高運行效率。輔助設備的高壓連接器需要實現(xiàn)緊湊的封裝，從而在提供所需電源的同時，盡量地節(jié)約空間，減小體積。輔助設備的連接器解決方案多種多樣，包括單芯（獨立）屏蔽、多芯屏蔽、捆綁屏蔽和非屏蔽系統(tǒng)。

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四通道分線連接器可以通過一個連接器為多個設備供電，從而減少布線，降低成本，體現(xiàn)了創(chuàng)新性。不同的整車廠可能會根據(jù)各自整車的架構特征在設計決策方面采取不同的方案。另一個需要考慮的重要問題是確保連接器可以承受高頻振動。令工程師們擔憂的是，隨著時間，振動可能使端子連接處出現(xiàn)微磨損，使阻力增加。與內燃機汽車比，消費者期望電動汽車的使用壽命更長，易磨損運動部件更少，因此，連接器也需要更加經(jīng)久耐用。

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電氣化動力總成連接器

車輛中的其它設備需要更高的功率才能運行，如驅動電機、高壓電池包、逆變器、以及需要高達 400A 電流的直流/直流轉換器。電氣化動力總成設備的連接形狀和配置各異，以材料劃分有塑料或金屬兩大類，以形狀劃分則有直通式或直角式連接器，以主回路數(shù)量劃分有單通道、雙通道或三通道等，以屏蔽方式劃分則分為獨立屏蔽式、捆綁屏蔽式或非屏蔽式，等等。在更高的電流環(huán)境下，設計合理安全，且在溫度、振動、密封和屏蔽方面性能穩(wěn)健的連接系統(tǒng)更加重要。當然，沒有一種方案適用于所有的場景，一切都取決于哪種選擇對具體的車輛架構最合適。

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當然，這些針對架構的決策不會憑空做出，一切都以優(yōu)化整體架構的系統(tǒng)集成、降低成本、節(jié)省空間、減輕重量為核心。整車廠還必須考慮這些設計決策是否有助于簡化整車的組裝，尤其是對那些希望盡可能提高自動化組裝的整車廠來說，更是如此。

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面向未來的千伏連接方案

電池技術發(fā)展迅速，整車廠因而可以為車輛配備容量更大的新款電池，延長續(xù)航里程。當前，車輛電池可以提供大約?50?千瓦時的電力，但隨著能量密度的提升和電池成本的迅速降低，未來的電池容量正在逐步攀升至?200?千瓦時。

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雖然容量的提升可以幫助消費者消除里程焦慮并提供更強勁的加速度，但為電池設計合理的充電時長又成為了一項新的挑戰(zhàn)。

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為了縮短充電時間，可以通過增加電流、增加電壓或同時增加電流及電壓的方法。增加電流的方法需要在架構中采用更粗的導線，這會增加成本和重量，占用更多空間。因此，工程師們也在考慮以增加電壓的方法來縮短充電時間。

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比如，一輛安裝 100 kWh 電池組的電動汽車，在 250A 和 400V 條件下充電大約需要 48 分鐘才能充滿 80%的電量。而使用 800V 系統(tǒng)，充電時間可以縮短一半。

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電壓更高則充電速度更快，產(chǎn)生熱量更少，導線或連接橋可以更細。

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增加電壓意味著需要確保組件和端子之間、以及端子與接地/屏蔽之間留有安全間隙。設計時必須將空氣間隙距離和表面爬電距離同時考慮在內，以防止產(chǎn)生電弧或小股電流從一個端子流向另一個端子。

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安波福的多數(shù)高壓連接器產(chǎn)品設計可承受高達?1000 伏的高壓，不僅可以滿足當前最高功率的電池組的需求，同時滿足整車廠未來采用更高功率電池組的需求。

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整車廠應該關注的問題

成功從燃油汽車過渡到純電動汽車的整車廠，將是那些在開發(fā)安全、高效、具有成本效益，且能夠實現(xiàn)大批量生產(chǎn)的電氣化方案方面脫穎而出的企業(yè)。

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面對電池變得更大更重這一趨勢，減少高壓連接器等電氣架構組件的尺寸和重量是重要的挑戰(zhàn)。然而這一問題并沒有一個通用的解決方案。

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整車廠需要與能夠為開發(fā)整車或系統(tǒng)級方案提供經(jīng)驗、創(chuàng)新和定制服務的電氣化技術供應商合作，而不是零敲碎打地尋求解決方案。

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安波福深知，要解決汽車電氣化挑戰(zhàn)，僅著眼電池及高壓連接系統(tǒng)是遠遠不夠的；高壓及低壓電氣架構、以及整體架構的優(yōu)化，同樣重要。

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作為汽車電氣化領域的全球領導者，安波福可以通過合作提供涵蓋充電槍、充電插座、線束、匯流排、連接器、配電單元、電池包斷路單元等全面的高壓產(chǎn)品組合。安波福遍布全球的生產(chǎn)基地實現(xiàn)了高水平的垂直統(tǒng)一管理，以保證在全球的主要市場為整車廠提供高效的本地支持。除此之外，安波福獨有的專利技術，如集成連接器分線技術，為整車客戶提供獨特的價值。安波福還是鋁導線技術應用的領導者。安波福豐富的連接器及導線產(chǎn)品組合，以及系統(tǒng)集成能力，使我們成為整車廠的理想合作伙伴。最為重要的是，我們對高壓連接技術如何應用于下一代整車電子電氣架構擁有獨到的見解（詳情請參考安波福智能汽車架構 Smart Vehicle Architecture?方案）。

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