電動汽車正在以超乎人們預期的速度“駛入”我們的生活。根據Deloitte Insights的預測,到2030年,全球電動汽車銷量將增長到3,000多萬輛,電動汽車在汽車總銷量中的占比也將達到32%——這個比例是2021年的10倍!
當然,隨著電動汽車市場滲透率和保有量的增加,用戶也會變得更為“貪心”,他們希望電動汽車能夠搭載更多的智能設備、實現(xiàn)更快的充電速度、提供更長的續(xù)航能力……而所有這些訴求,都需要通過新的技術升級才能美夢成真。
從400V到800V
在諸多技術升級路徑中,電動汽車電源系統(tǒng)架構的升級尤為引人關注:目前大多數(shù)電動汽車采用的都是400V架構,而為了支持更高的功率,向800V架構邁進已經是大勢所趨。
人們對800V架構的青睞不難理解。眾所周知,想要支持更高的功率,可以通過增加電壓和/或電流來解決。如果使用增流方案,必須采用更粗更重的電纜,且隨著電流的增加,電源傳輸鏈路上的電阻也會產生更大的能量損耗,降低效率,這對于車載應用來說無疑是不小的挑戰(zhàn);而如果采用增壓方案,則可以在提升功率的同時有效規(guī)避上述的挑戰(zhàn)。
具體來講,電源系統(tǒng)升級到800V之后,對于電動汽車性能的提升是全方位的:
更快的充電速度
800V系統(tǒng)支持更高的充電功率,是實現(xiàn)真正超級快充的技術基石,而且由于承載的電流較小,可減少充電電纜和相關硬件過熱的現(xiàn)象,是實現(xiàn)更安全、更可靠、更高效充電的保障。保時捷的一項研究表明,相較于400V系統(tǒng),800V系統(tǒng)的總充電耗時可減少80%。
更輕的電池系統(tǒng)
800V架構有助于讓電池和電池管理系統(tǒng) (BMS) 變得更小,重量變得越輕,從而為整車“減重”,以實現(xiàn)更長的續(xù)航。
更小的電機尺寸
通過提高電動汽車電源系統(tǒng)電壓,可以大幅減少電機中銅的用量,打造出更小、更輕、更環(huán)保的電機,讓電動汽車產品在節(jié)能減排上獲得加分。
更高效的配電系統(tǒng)
對于整個汽車的配電單元 (PDU),更高的電壓意味著可以使用更細、更輕的電纜,汽車中的其他電氣元件也可以做得更薄、更小,同時帶來小型化、低成本、高效率等多重優(yōu)勢。
總之,800V的電動汽車充電更快、發(fā)熱更少、電纜更細(更輕)、效率更高,面對這樣一個理想的解決方案,沒有人不會心動。
圖1:電動汽車電源系統(tǒng)架構(圖源:Amphenol)
800V系統(tǒng)的電源連接器
心動當然就會行動。不過,對于開發(fā)者來講,從400V邁向800V畢竟是一次系統(tǒng)級的迭代,將觸及到諸多底層技術的優(yōu)化和創(chuàng)新,電源連接器就是其中關鍵的一環(huán)。
打造面向800V電動汽車的電源連接器,首先要考慮的是,其要具有更出色的電氣連接特性、更低的接觸電阻,以支持更高的載流能力和傳輸功率。
其次,針對汽車應用的特殊性,這些連接器還應具有重量輕、結構緊湊、經濟實惠的特點,為整車性能和功能優(yōu)化提供更大的空間。
此外,作為車用連接器,可靠耐用的特性也是必須的。經受成百上千次的插拔、支持防觸摸和防水功能、配置高壓互鎖回路 (HVIL)、提供EMI屏蔽性能等,這些特性都需要在連接器設計時給予全面的考慮。
面對這些要求,傳統(tǒng)的電源連接器可能會在某些方面勝任,而想要“一站式”解決所有痛點,則難免會捉襟見肘。想要開發(fā)出集上述眾多優(yōu)勢特性于一身的電源連接器產品,就需要創(chuàng)新技術的加持。
獨特的RADSOK?技術
Amphenol Industrial的RADSOK??技術就是這樣的創(chuàng)新技術。RADSOK是RADialSOcKet的縮寫,最初是由K&K Stamping開發(fā)的一種高性能電接觸技術,并隨著公司并購,被Amphenol收入囊中。彼時,Amphenol就敏銳地意識到,市場對于具有高載流能力的高效、高可靠電源連接器的需求將會不斷攀升,而RADSOK?技術正是應對這一需求的理想解決方案!
圖2:RADSOK?電接觸技術(圖源:Amphenol)
從圖2可以直觀地看出,與傳統(tǒng)連接器的插針和插座相比,RADSOK??技術的獨特之處在于:該技術將基于沖壓和成型的扁平合金網格,扭曲成獨特的雙曲線幾何形狀。當連接器公頭和母頭配接后,母頭中的軸向元件會隨之偏轉,更大限度地增加接觸面積,降低接觸電阻,以減少施加大電流時在連接器觸點上的電壓損耗。
此外,傳統(tǒng)連接器的插針和插座是依靠觸點中的彈簧梁臂提供接觸力,彈簧的特性往往會隨著時間的推移而減弱;而RADSOK??技術所采用的扁平、高導電性合金網格設計,具有更為出色的抗拉強度,在保持低插入力的同時,也提供了導電性所需的高法向力。
具體來講,RADSOK??技術在高功率、高載流、高可靠電源互連中的優(yōu)勢體現(xiàn)在以下三個方面:
1、低接觸電阻
觸點配接界面面積大,使得接觸電阻非常低,因此與傳統(tǒng)的電源連接器觸點相比,RADSOK?觸點具有更大的載流能力。
2、低接觸嚙合力/分離力
雙曲形片狀插座觸點結構,在配接時將法向力廣泛分布在插針引腳表面上,在實現(xiàn)穩(wěn)固連接的同時,也提供了出色的抗振特性,并具有抗微動腐蝕的能力,可靠性更佳。
3、高插拔周期
鍍銀的RADSOK?端子可經受高達20,000次插拔,即使持續(xù)暴露在惡劣環(huán)境中,依然可以保持出色的耐久性。Amphenol的測試表明,RADSOK?觸點在10,000次插拔后,仍能保持很低的接觸電阻。
RADSOK?技術這樣的“法寶”,Amphenol當然不會讓其束之高閣,在不斷優(yōu)化設計和工藝的同時,也一直在積極推動這一專利技術的市場化。目前,Amphenol Industrial已經基于RADSOK?技術開發(fā)出了豐富的產品組合,廣泛應用于汽車、航空航天、國防、可再生能源和工業(yè)自動化等領域各類高功率、可靠性電源連接中。
圖3:豐富的RADSOK?連接器產品組合(圖源:Amphenol)
用于電動汽車的RADSOK?連接器
回到我們最初的話題,面向800V電動汽車這一全新的應用場景,是否有適合的RADSOK?電源連接器可供使用呢?答案當然是——有!
ePower-Lite塑料電源連接器
ePower-Lite塑料電源連接器是Amphenol Industrial基于RADSOK?技術開發(fā)的一款中等電流連接器,可支持高達70A額定連續(xù)電流、800VDC的工作電壓,以及最低100次插配周期。
這些連接器具有IP67級防水保護、IEC 60529級觸摸保護、UL 94V-0阻燃等級,同時還提供可選的高壓互鎖回路 (HVIL) 和電磁干擾 (EMI) 屏蔽功能,可以根據目標應用提供更佳的安全性和可靠性。
ePower-Lite電源連接器提供2極、3極和4極三種不同的配置。由于采用了緊湊的塑料外殼結構,輕質、小巧且經濟,在節(jié)省整車重量、空間和成本上,優(yōu)勢特別突出。
圖4:ePower-Lite塑料電源連接器(圖源:Amphenol)
SurLok Plus?重載電源連接器
SurLok Plus?重載電源連接器是一款具有IP67防護等級、便于現(xiàn)場安裝、高度可靠的電源連接器。得益于全新的R4 RADSOK?技術,該連接器通過沖壓成型、高傳導性的鋁網格觸點技術,實現(xiàn)了高抗拉強度、低插入力、較大的接觸面積。
SurLok Plus?電源連接器提供符合業(yè)界標準的壓接、螺絲和匯流條端接選項,不需要特殊的扭力工具,現(xiàn)場安裝便利。SurLok器件還采用了快鎖和壓放式功能,以及可避免誤插的“防誤插鍵”設計;此外還提供EMI屏蔽和HVIL功能(8mm和14mm),以及UL 94V-0的阻燃等級。這些特性都十分有助于該連接器在高功率、高可靠性的電動汽車應用中一展身手。
圖5:SurLok Plus?重載電源連接器(圖源:Amphenol)
UPC系列連接器
Amphenol Industrial的UPC系列產品,是專為混動和電動汽車而打造的系列塑料電源連接器。這些基于RADSOK?技術的2極和3極連接器產品,可實現(xiàn)更大的電流、更低溫升和壓降,以及更小的接觸電阻。RADSOK??獨特的螺旋狀網格設計,使其能夠以相同尺寸的引腳多承載50%的電流。
UPC連接器緊湊的塑料外殼結構,也具有重量輕、占位面積小的優(yōu)勢,可滿足空間有限的電動車應用設計要求。其同樣可提供高壓互鎖回路、EMI屏蔽、防觸電 (UL 2251)、阻燃性(UL 94V-0等級)等特性。在200A至400A較大電流的電動汽車應用中,UPC連接器無疑是非常理想的選擇。
圖6:UPC系列連接器(圖源:Amphenol)
本文小結
邁向800V系統(tǒng),是電動汽車電氣化技術迭代的重要一步。想邁好這一步,汽車電源連接器也需要做出相應的升級。
基于獨具一格的RADSOK?技術,Amphenol Industrial為電動汽車開發(fā)者提供了豐富的電源連接器產品組合,其高可靠性、低插入力、低接觸電阻、高插配次數(shù)的特性,可以讓開發(fā)者一站式地應對電動汽車電源連接器升級之路中的所有挑戰(zhàn)。
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