汽车电气化之路面临的挑战和解决方案

汽车电气化发展所面临的难题与解决方案

在各种工业和消费环境中，产品、系统和流程的电气化正在加速发展，这些变革由先进的电子技术推动，取代了传统的液压和气动方法。其中尤以交通运输行业的电气化进程尤为明显，配备尖端功能和纯电动动力系统的车辆数量正在以创纪录的速度增长。本文将为您介绍汽车电气化发展的现况与趋势，以及由Molex（莫仕）所能提供的解决方案。

汽车电气化之路所面临的挑战

汽车的电气化之路，除了通过替代长期使用的内燃机（ICE）而迅速崛起的纯电动动力系统外，普通车辆上的电气元器件也在显着增加。像是许多曾采用机械结构的关键系统，现在使用了电子器件来提高安全性和可靠性，例如制动辅助和转向（电动助力转向――EPAS）系统。目前，支持高级驾驶辅助系统（ADAS）的解决方案正在迅速发展，朝着全自动驾驶的终极目标迈进。

在过去几年中，全球电动汽车（EV）和混动汽车（HEV）的数量不断增加，预计到2025年将占新车销量的20%。尽管前景光明，但汽车电气化仍然面临重重障碍。要抢占预计价值达2,363亿美元（复合年增长率为10.6%）的市场，汽车制造商仍面临着许多挑战，像是过多的电子系统和模块给典型车辆的电气架构带来了相当大的挑战。

为满足消费者需求，高端车辆的设计可能由100多个电子控制单元（ECU）组成。车辆中越来越多的ECU带来了挑战，即如何连接、封装和管理这些系统，以传输对车辆至关重要的命令和控制特定功能。通过将车辆划分为多个区域，即可为每个区域分配功能，然后根据需要在区域之间传递信息，分区架构不仅能优化和减少布线总量，还可以整合ECU。

此外，随着汽车（包括内燃机汽车和电动汽车）中电子设备的激增，热管理成为一个严峻的挑战。当计算机或移动设备等电子设备变得过热时将会关闭，这对于在公路上高速行驶的车辆来说不啻是一个灾难。

微型化和增加的电气设备需要更高的元器件密度，在微型化系统的表面积缩小的情况下，在更小的空间内散发相同或更多的热量可能会导致过热风险，因此必须加以管理。如果电子器件位于密封的ECU中，并处于极端环境的车辆区域（例如，引擎盖下），则过热风险可能会增加。若设计不当，恶劣的环境加上下一代连接系统的高电路密度和小封装尺寸要求，可能会造成散热挑战。连接器中的热问题可能会导致安全性、可靠性和使用寿命问题，必须在项目设计阶段认真加以解决。

电气化和能源管理技术引发科学复兴

电气化和能源管理技术的进步正在引发电力领域的科学复兴，其中的电池技术现在能支持一系列应用，从为电动汽车供电到储存能量以供最需要的时候使用。政府正在对电动汽车充电基础设施、电网现代化、农村连通和发展中部落进行投资。

在这场复兴中，出现了两个主要且密切相关的主题：电气化和能源管理。在电气化方面，使用传统燃料来源的技术正由可再生能源驱动的等效系统补充或取代。另一方面，能源管理是指能量的储存、监测和分配。

首先，通过智能电网技术实现电网现代化，围绕传统发电厂建造的老化基础设施正在转变为现代电气化网络或智能电网，它们以可再生能源为补充，由各种传感器组成，用以密切监测使用情况，并在系统故障成为更严重的问题之前将其识别出来，这是一个很关键的需求。

智能电网平衡了传统能源和可再生能源的优势，太阳能和风能等可再生能源存在周期性低谷，所以将电池储能系统（BESS）纳入更广范围的电网，用来捕获剩余能量以供日后使用。由于总消耗也有其自身的节奏，存在周期性的高峰和非高峰使用阶段，因此智能电网可以在最需要的地方、在最需要的时候以及从什么来源分配能量，这些来源可能是传统能量、可再生的能量或储存的能量。

汽车的功能和电气化发展推动48V标准

自20世纪50年代以来，12V电源模型一直是汽车行业的标准，因此成为了汽车设计和器件的默认标准。即使功能和电气化程度已随着时间不断发展，该标准使汽车制造商依然能够降低成本，并保持简单的电气架构。

12V标准有其优点，但随着现代消费者对性能和车内体验的期望不断提高，12V标准也必须演进。随着软件定义汽车的出现，向轻度混合架构的转变，以及排放法律日益严格，48V设计对于满足消费者需求和监管要求变得越来越必不可少。

虽然采用48V标准面临一些挑战，但电气创新者现在已开始根据这个新标准为更高效的系统铺平道路。向更强大的电源标准转变不可能一蹴而就，但一些关键的电气因素和消费者因素会影响汽车制造商采用48V作为轻度混合动力汽车和纯电动汽车的标准，其中的关键因素包括各国政府的减排立法行动，以及消费者具有低碳意识，购买者表现出对混合动力汽车、插电式混合动力汽车（PHEV）和增程电动汽车的强烈偏好。

此外，电动涡轮增压系统使用电机来旋转涡轮机并增强进入到发动机的气流，从而提高发动机性能。与使用12V或24V系统供电的传统涡轮增压系统相比，这种涡轮增压系统需要更大的电力。随着更高效、更强大的电动涡轮增压系统成为标配，48V电源将会变得举足轻重。

48V标准在工程方面的好处包括可减小封装尺寸、节省生产成本、提供更好的功能、减少排放、提高燃油经济性，对消费者而言，48V标准可提高汽车性能、降低汽车成本、提高操控性能，这使得48V标准的发展日趋重要。

不过，12V设计在汽车生产中已是根深蒂固，因此，过渡到48V标准的过程将会比预期更漫长。过渡速度在一定程度上取决于满足48V系统的技术要求所需的元器件设计变化，其中需要考虑系统本身的生产方法和现有基础设施的配合。

MX150中压连接器

满足48伏电气系统的需求

Molex推出的MX150中压连接器旨在满足汽车行业对48伏电气系统不断增长的需求。中压解决方案的推出使客户能够放心地使用中压产品升级其汽车电气系统。这些连接器基于经过验证的MX150设计，为满足运输行业的中压连接要求提供可靠且经过现场测试的解决方案。

MX150密封连接器系统经过现场验证，可在极端温度、不同程度的振动，以及暴露于湿气和化学品的情况下提供高度可靠的性能，适合各种应用。MX150密封连接器系统可提供连接器位置保证（CPA）选项，有助于消除连接器之间的意外断开，并提供预组装端子位置保证（TPA）外壳，有助于确保压接端子引线正确锁定到连接器中，且具有索环帽以保护垫片的密封，并有助于确保端子正确对齐。MX150符合IEC 60664-1规范并通过USCAR-2、USCAR-21和GMW3191认证，可满足严格的汽车行业要求。

MX150提供单排和双排V0版本，可满足严格的安全要求，支持适用于MX150（1.50mm）端子的垫片密封技术，有助于消除对单独电缆密封件的需求，从而减小包装尺寸，其具有一体式3.50mm间距外壳，可提供紧凑的连接器，并有助于消除组装成本，其支持60V中压能力，可升级至48V接线，并通过使用经过验证的MX150外形规格，简化升级到更轻量的48V接线。

MX150可与照明、电动车窗或雨刷器电机等应用升级的48V接线配合使用，无需更改连接器类型即可将现有12V汽车接线升级至48V，通过使用与经过验证的MX150连接器相同的封装尺寸和外壳设计，可以从现有MX150连接器直接升级，并在升级到48V接线时降低工程成本。

MX150是同类产品中唯一一款将多功能低压选项和坚固的密封连接器设计与一系列中压连接器相结合的汽车连接器，支持48V应用和高达60V的应用。从12V接线升级到48V接线时，MX150中压连接器使制造商能够利用经过验证且坚固耐用的MX150外形尺寸来降低工程和设计成本。这允许过渡到更高电压的48V布线架构，通过使用更小的电线尺寸减少铜的使用和重量，同时最大限度地减少额外工程时间和所需的成本。

结语

汽车产业正面临电气化所推动的变革，其不仅是电动汽车的快速发展，传统汽车也开始采用大量的电子系统来增加汽车的功能性与安全性，这都对汽车产业带来重大的挑战与机遇。Molex拥有多种解决方案，可帮助客户从现有的传统方法过渡，贯穿所有中间阶段，最终提供各类行业领先的灵活产品，以实现客户面临的分区架构、散热问题、噪声消除等问题，并推出可满足48伏电气系统需求的MX150中压连接器，将使汽车制造商能够设计和部署更轻、更高性能、更灵活、更高效的解决方案。