去年年底,特斯拉Cybertruck的交付在汽車圈激起了不小的波瀾,其頗具科幻感的外觀以及出色的駕控性能,都成了人們津津樂道的話題。不過,所謂內(nèi)行看門道,對于開發(fā)者來說,Cybertruck在設(shè)計上一個跨越性的變化,才更能吸引他們的眼球,那就是——它首次搭載了48V電源架構(gòu),徹底讓傳統(tǒng)的12V電源架構(gòu)成為“過去時”,算是一款真正意義上的“48V純電車型”。
1.向48V電源系統(tǒng)邁進
汽車電源系統(tǒng)架構(gòu),是伴隨著汽車用電需求的增長而不斷發(fā)展的。初代的汽車沒有什么用電設(shè)備,自然也就無需考慮電源系統(tǒng)。直到1918年,為了給發(fā)動機點火,人們才在汽車中加裝了6V電源系統(tǒng)。隨后,車載電子設(shè)備逐漸興起,“用電”的地方越來越多,于是在1950年代,人們將汽車電源系統(tǒng)升級到12V,以支持12V的車載電池為照明、車載娛樂、電子控制單元和其他小功率電子設(shè)備供電。這種12V的汽車電源架構(gòu)順勢成為汽車行業(yè)的標準,并一直沿用至今。
而隨著汽車電氣化和智能化的發(fā)展,車上的用電負載也越來越多,需要汽車電源系統(tǒng)承載和傳輸?shù)墓β室苍絹碓酱?,這就要求其進一步升級。因此在2011年,奧迪、寶馬、戴姆勒、保時捷和大眾等頭部車企聯(lián)合推出了48V電源系統(tǒng),并制定了相關(guān)的LV148標準,以滿足日益增長的車載電子和電氣設(shè)備的用電需求。
與傳統(tǒng)的12V電源系統(tǒng)相比,48V架構(gòu)帶來的好處主要有三個方面:
首先,當(dāng)然是支持更高的功率輸出,能夠“帶動”更多的用電負載。12V電源軌可以支持高達3kW的功率輸出,這在驅(qū)動更大功率負載時難免捉襟見肘;而48V系統(tǒng)則可以支持高達10kW的負載,支持更多數(shù)量、更多類型的車載應(yīng)用。
其次,48V電源系統(tǒng)有利于提升能效,滿足日益嚴苛的排放標準要求。這是因為12V系統(tǒng)的電壓“天花板”較低,傳輸更大功率能量時,不得不提高電流,而高電流也會帶來更高的功耗,且對于緊湊車載空間中的熱管理也會帶來更大的挑戰(zhàn);而48V系統(tǒng)則可以通過“高電壓低電流”的模式,規(guī)避掉高電流導(dǎo)致的高功耗問題,實現(xiàn)更高的效率。據(jù)測算,48V電源系統(tǒng)可將能源消耗總量減少30%。
再有,為了承載更高的電流(更大的功率),12V電源系統(tǒng)就要采用更粗的線束,這無疑會占用更大的空間,增大汽車的自重,很不利于整車成本和能耗的控制。而傳輸相同的功率,48V系統(tǒng)所需的線纜則更細、更輕,這對于整車設(shè)計的優(yōu)化十分有利。
綜上所述不難看出,無論從降本增效,還是電氣化、智能化的角度考慮,48V電源架構(gòu)都是更佳的選擇,代表著未來的大趨勢。這也是特斯拉無保留地押寶48V系統(tǒng)的原因所在。
2.48V電源系統(tǒng)的技術(shù)考量
不過現(xiàn)實中,從12V向48V電源系統(tǒng)的遷移似乎并沒有想象得那么快。一方面,這是汽車行業(yè)特性決定的,任何一個技術(shù)的導(dǎo)入,在汽車行業(yè)都要經(jīng)歷更為漫長的測試和驗證過程。另一方面,技術(shù)升級的經(jīng)濟性和可行性也很重要,因為經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展,從上游的元器件到下游的車載設(shè)備,12V電源系統(tǒng)已經(jīng)形成了一個完整的技術(shù)生態(tài),想要完成替代,要考慮到原有研發(fā)和供應(yīng)鏈體系的平滑過渡。
因此現(xiàn)階段,12V + 48V的雙電壓汽車電源系統(tǒng),成了很多車型的選擇,即在同一車輛中并行提供兩個電源系統(tǒng)——12V系統(tǒng)負責(zé)驅(qū)動傳統(tǒng)負載,如照明、點火、信息娛樂和音頻、電動車窗和門鎖等小功率應(yīng)用;而48V系統(tǒng)則支持其他更高功率的負載,如主動底盤系統(tǒng)、空調(diào)壓縮機、電動增壓器/渦輪增壓器和再生制動等。
當(dāng)然,不論是激進的“純”48V系統(tǒng)(如特斯拉Cybertruck),還是穩(wěn)健的雙電壓汽車電源方案,都需要圍繞著48V電源架構(gòu)這個終極目標,建立一套完整的技術(shù)生態(tài),在各個環(huán)節(jié)進行周密而具有前瞻性的準備。而相關(guān)汽車連接器的開發(fā),就是其中必不可少的一環(huán)。
那么,48V汽車電源系統(tǒng)需要什么樣的連接器呢?我們可以根據(jù)設(shè)計需求,做一個概括性的歸納:
在性能上,連接器要滿足48V技術(shù)標準的要求,支持更高的電壓和功率。
作為車規(guī)產(chǎn)品,新的連接器也要在可靠性和安全性上進行優(yōu)化,以適應(yīng)惡劣環(huán)境應(yīng)用,確保穩(wěn)固連接。
同時也要考慮到與現(xiàn)有12V架構(gòu)技術(shù)和產(chǎn)品的兼容性,讓升級過程盡可能“絲滑”,減少由此產(chǎn)生的額外成本。
3.48V電源系統(tǒng)的連接器
Molex的MX150中壓連接器,就是為滿足汽車行業(yè)日益增長的48V電源系統(tǒng)需求而開發(fā)的。
從性能上看,MX150中壓連接器具有60V的中壓能力,高達22.0A的電流額定值,可支持48V汽車電源系統(tǒng)的設(shè)計要求。而且從名稱上可以看出,該連接器采用了Molex經(jīng)驗證的MX150連接器封裝尺寸和外殼設(shè)計——和傳統(tǒng)的USCAR連接器相比,MX150連接器系統(tǒng)具有更小的封裝尺寸,提供簡單安全的插配操作——這使得開發(fā)者可以從現(xiàn)有MX150連接器直接升級,有效降低升級到48V系統(tǒng)時的布線工程成本。
同時在高可靠性方面,MX150中壓連接器采用了一系列優(yōu)化設(shè)計,包括預(yù)組裝的端子位置保證(TPA)外殼、連接器位置保證(CPA)選項,以及基于保護墊的密封特性,以確保在惡劣環(huán)境下提供高質(zhì)量、可靠的連接。
MX150中壓連接器采用3.50mm間距一體化的外殼設(shè)計,提供4電路單排配置,以及4、6、20電路雙排配置,產(chǎn)品組合豐富,而且Molex還提供基于MX150完整的系統(tǒng)解決方案,設(shè)計人員可以選擇兼容的公母連接器和端子,以及各種電鍍選項的產(chǎn)品,以滿足特定的應(yīng)用需求。
該系列連接器符合IEC 60664-1規(guī)范和USCAR-2、USCAR-21和GMW3191認證,因此如果你正在尋找一種可靠、堅固且經(jīng)過驗證的連接器設(shè)計,以相同外形尺寸同時滿足低壓和中壓功能,平滑地升級到48V電源系統(tǒng),MX150中壓連接器無疑是一個理想的解決方案。
4.為未來汽車全面賦能
48V電源系統(tǒng)可以看做是未來汽車發(fā)展的一個縮影:它們將提供更豐富的功能、更高的能效,同時在小型化、成本優(yōu)化上追求極致。這樣的需求不僅反映在48V系統(tǒng)上,也廣泛影響著汽車互連的方方面面,特別是在一些前沿性的應(yīng)用中,表現(xiàn)得尤為明顯。為此,Molex提供了豐富的解決方案,全面賦能未來汽車的互連。
在未來汽車中,信息娛樂系統(tǒng)是提升用戶體驗、提供更大附值的一個關(guān)鍵領(lǐng)域。不斷擴展的功能需求,使得車載信息娛樂系統(tǒng)在設(shè)備和模塊互連設(shè)計上的復(fù)雜性大大增加,而另一方面,支持這種功能性和復(fù)雜性增長的同時,成本還不能“失控”,這就需要一種具有較強可擴展性和靈活性的解決方案。為此,Molex的stAK50h非密封式連接器系統(tǒng)應(yīng)運而生了。
stAK50h連接器系統(tǒng)采用業(yè)內(nèi)認可的端子設(shè)計,提供非密封式混合插頭和插座,能夠在很小的空間內(nèi)同時實現(xiàn)信號連接和以太網(wǎng)連接。這就意味著,在汽車信息娛樂系統(tǒng)中,只需一個stAK50h連接器接口即可同時處理信號和以太網(wǎng)連接,而不需要兩個單獨的連接系統(tǒng)。
而且,stAK50h連接器具有可堆疊的特性,開發(fā)者可以利用這一特性,輕松地擴展出所需的解決方案,而無需昂貴的專門定制的產(chǎn)品。
stAK50h連接器系統(tǒng)還提供顏色編碼外殼,通過插頭和插座的顏色匹配避免誤插配和錯誤連接。stAK50h連接器系列提供從12到56路的配置,支持從低電流信號(5.0A)到高功率(30.0A)的各類應(yīng)用,適用于車身電子、安全系統(tǒng)、信息娛樂系統(tǒng)和其它各種汽車互連應(yīng)用。
電氣化是未來汽車發(fā)展的另一個重要趨勢。為了支持電氣化轉(zhuǎn)型和電動汽車市場的成長,能夠承載更高功率的快充充電樁的部署,成為剛需。
在加速充電樁的開發(fā)和部署上,Molex也有與之相配套的大功率互連解決方案,其中PowerWize BMI大電流連接器就是一個值得推薦的產(chǎn)品。
與同類產(chǎn)品相比,PowerWize BMI連接器有三個突出的優(yōu)勢:
大電流承載能力
PowerWize BMI連接器采用Molex獨特的COEUR錐形插座技術(shù),其具有多個接觸梁,提供低接觸電阻和低壓降,因此在觸點接口產(chǎn)生的熱量更少,與其他類型觸點技術(shù)相比具有更高的載流能力,可高達175A。
盲插/自調(diào)心設(shè)計
PowerWize BMI連接器采用盲插設(shè)計,面板安裝插座外殼的導(dǎo)柱在母端觸點和外螺紋插針接合之前與插座頭側(cè)壁的內(nèi)表面對齊,有助于在難以觸及和視覺受限的空間內(nèi)實現(xiàn)準確插配。同時,當(dāng)安裝到面板上時,電纜組件具有+/- 2.00mm的徑向自調(diào)心特性,減輕了公差疊加問題。
制造的靈活性
該連接器支持回流焊/波峰焊工藝,適合大批量裝配,提供增強的制造靈活性。
總之,汽車的電氣化帶來了越來越高的功率密度,面對這樣的設(shè)計挑戰(zhàn),PowerWize BMI連接器提供了一種兼具性能、安全和成本優(yōu)勢的高功率連接解決方案。
5.本文小結(jié)
伴隨著汽車的電氣化和智能化,一臺車輛上裝載的電子電氣設(shè)備越來越多,這就需要汽車電源系統(tǒng)迭代升級至48V架構(gòu),以支持更高功率的負載,同時在能效、成本、小型化等方面為車企和終端用戶提供更高的價值。
向新一代48V電源系統(tǒng)邁進,需要新一代互連技術(shù)的賦能。為此,Molex已經(jīng)做好了前瞻性的技術(shù)布局,提供豐富的產(chǎn)品和解決方案,讓你能夠在這條技術(shù)升級之路上加速馳騁。