电动汽车正在以超乎人们预期的速度“驶入”我们的生活。根据Deloitte Insights的预测,到2030年,全球电动汽车销量将增长到3,000多万辆,电动汽车在汽车总销量中的占比也将达到32%——这个比例是2021年的10倍!
当然,随着电动汽车市场渗透率和保有量的增加,用户也会变得更为“贪心”,他们希望电动汽车能够搭载更多的智能设备、实现更快的充电速度、提供更长的续航能力……而所有这些诉求,都需要通过新的技术升级才能美梦成真。
从400V到800V
在诸多技术升级路径中,电动汽车电源系统架构的升级尤为引人关注:目前大多数电动汽车采用的都是400V架构,而为了支持更高的功率,向800V架构迈进已经是大势所趋。
人们对800V架构的青睐不难理解。众所周知,想要支持更高的功率,可以通过增加电压和/或电流来解决。如果使用增流方案,必须采用更粗更重的电缆,且随着电流的增加,电源传输链路上的电阻也会产生更大的能量损耗,降低效率,这对于车载应用来说无疑是不小的挑战;而如果采用增压方案,则可以在提升功率的同时有效规避上述的挑战。
具体来讲,电源系统升级到800V之后,对于电动汽车性能的提升是全方位的:
更快的充电速度
800V系统支持更高的充电功率,是实现真正超级快充的技术基石,而且由于承载的电流较小,可减少充电电缆和相关硬件过热的现象,是实现更安全、更可靠、更高效充电的保障。保时捷的一项研究表明,相较于400V系统,800V系统的总充电耗时可减少80%。
更轻的电池系统
800V架构有助于让电池和电池管理系统 (BMS) 变得更小,重量变得越轻,从而为整车“减重”,以实现更长的续航。
更小的电机尺寸
通过提高电动汽车电源系统电压,可以大幅减少电机中铜的用量,打造出更小、更轻、更环保的电机,让电动汽车产品在节能减排上获得加分。
更高效的配电系统
对于整个汽车的配电单元 (PDU),更高的电压意味着可以使用更细、更轻的电缆,汽车中的其他电气元件也可以做得更薄、更小,同时带来小型化、低成本、高效率等多重优势。
总之,800V的电动汽车充电更快、发热更少、电缆更细(更轻)、效率更高,面对这样一个理想的解决方案,没有人不会心动。
图1:电动汽车电源系统架构(图源:Amphenol)
800V系统的电源连接器
心动当然就会行动。不过,对于开发者来讲,从400V迈向800V毕竟是一次系统级的迭代,将触及到诸多底层技术的优化和创新,电源连接器就是其中关键的一环。
打造面向800V电动汽车的电源连接器,首先要考虑的是,其要具有更出色的电气连接特性、更低的接触电阻,以支持更高的载流能力和传输功率。
其次,针对汽车应用的特殊性,这些连接器还应具有重量轻、结构紧凑、经济实惠的特点,为整车性能和功能优化提供更大的空间。
此外,作为车用连接器,可靠耐用的特性也是必须的。经受成百上千次的插拔、支持防触摸和防水功能、配置高压互锁回路 (HVIL)、提供EMI屏蔽性能等,这些特性都需要在连接器设计时给予全面的考虑。
面对这些要求,传统的电源连接器可能会在某些方面胜任,而想要“一站式”解决所有痛点,则难免会捉襟见肘。想要开发出集上述众多优势特性于一身的电源连接器产品,就需要创新技术的加持。
独特的RADSOK®技术
Amphenol Industrial的RADSOK®️技术就是这样的创新技术。RADSOK是RADialSOcKet的缩写,最初是由K&K Stamping开发的一种高性能电接触技术,并随着公司并购,被Amphenol收入囊中。彼时,Amphenol就敏锐地意识到,市场对于具有高载流能力的高效、高可靠电源连接器的需求将会不断攀升,而RADSOK®技术正是应对这一需求的理想解决方案!
图2:RADSOK®电接触技术(图源:Amphenol)
从图2可以直观地看出,与传统连接器的插针和插座相比,RADSOK®️技术的独特之处在于:该技术将基于冲压和成型的扁平合金网格,扭曲成独特的双曲线几何形状。当连接器公头和母头配接后,母头中的轴向元件会随之偏转,更大限度地增加接触面积,降低接触电阻,以减少施加大电流时在连接器触点上的电压损耗。
此外,传统连接器的插针和插座是依靠触点中的弹簧梁臂提供接触力,弹簧的特性往往会随着时间的推移而减弱;而RADSOK®️技术所采用的扁平、高导电性合金网格设计,具有更为出色的抗拉强度,在保持低插入力的同时,也提供了导电性所需的高法向力。
具体来讲,RADSOK®️技术在高功率、高载流、高可靠电源互连中的优势体现在以下三个方面:
1、低接触电阻
触点配接界面面积大,使得接触电阻非常低,因此与传统的电源连接器触点相比,RADSOK®触点具有更大的载流能力。
2、低接触啮合力/分离力
双曲形片状插座触点结构,在配接时将法向力广泛分布在插针引脚表面上,在实现稳固连接的同时,也提供了出色的抗振特性,并具有抗微动腐蚀的能力,可靠性更佳。
3、高插拔周期
镀银的RADSOK®端子可经受高达20,000次插拔,即使持续暴露在恶劣环境中,依然可以保持出色的耐久性。Amphenol的测试表明,RADSOK®触点在10,000次插拔后,仍能保持很低的接触电阻。
RADSOK®技术这样的“法宝”,Amphenol当然不会让其束之高阁,在不断优化设计和工艺的同时,也一直在积极推动这一专利技术的市场化。目前,Amphenol Industrial已经基于RADSOK®技术开发出了丰富的产品组合,广泛应用于汽车、航空航天、国防、可再生能源和工业自动化等领域各类高功率、可靠性电源连接中。
图3:丰富的RADSOK®连接器产品组合(图源:Amphenol)
用于电动汽车的RADSOK®连接器
回到我们最初的话题,面向800V电动汽车这一全新的应用场景,是否有适合的RADSOK®电源连接器可供使用呢?答案当然是——有!
ePower-Lite塑料电源连接器
ePower-Lite塑料电源连接器是Amphenol Industrial基于RADSOK®技术开发的一款中等电流连接器,可支持高达70A额定连续电流、800VDC的工作电压,以及最低100次插配周期。
这些连接器具有IP67级防水保护、IEC 60529级触摸保护、UL 94V-0阻燃等级,同时还提供可选的高压互锁回路 (HVIL) 和电磁干扰 (EMI) 屏蔽功能,可以根据目标应用提供更佳的安全性和可靠性。
ePower-Lite电源连接器提供2极、3极和4极三种不同的配置。由于采用了紧凑的塑料外壳结构,轻质、小巧且经济,在节省整车重量、空间和成本上,优势特别突出。
图4:ePower-Lite塑料电源连接器(图源:Amphenol)
SurLok Plus™重载电源连接器
SurLok Plus™重载电源连接器是一款具有IP67防护等级、便于现场安装、高度可靠的电源连接器。得益于全新的R4 RADSOK®技术,该连接器通过冲压成型、高传导性的铝网格触点技术,实现了高抗拉强度、低插入力、较大的接触面积。
SurLok Plus™电源连接器提供符合业界标准的压接、螺丝和汇流条端接选项,不需要特殊的扭力工具,现场安装便利。SurLok器件还采用了快锁和压放式功能,以及可避免误插的“防误插键”设计;此外还提供EMI屏蔽和HVIL功能(8mm和14mm),以及UL 94V-0的阻燃等级。这些特性都十分有助于该连接器在高功率、高可靠性的电动汽车应用中一展身手。
图5:SurLok Plus™重载电源连接器(图源:Amphenol)
UPC系列连接器
Amphenol Industrial的UPC系列产品,是专为混动和电动汽车而打造的系列塑料电源连接器。这些基于RADSOK®技术的2极和3极连接器产品,可实现更大的电流、更低温升和压降,以及更小的接触电阻。RADSOK®️独特的螺旋状网格设计,使其能够以相同尺寸的引脚多承载50%的电流。
UPC连接器紧凑的塑料外壳结构,也具有重量轻、占位面积小的优势,可满足空间有限的电动车应用设计要求。其同样可提供高压互锁回路、EMI屏蔽、防触电 (UL 2251)、阻燃性(UL 94V-0等级)等特性。在200A至400A较大电流的电动汽车应用中,UPC连接器无疑是非常理想的选择。
图6:UPC系列连接器(图源:Amphenol)
本文小结
迈向800V系统,是电动汽车电气化技术迭代的重要一步。想迈好这一步,汽车电源连接器也需要做出相应的升级。
基于独具一格的RADSOK®技术,Amphenol Industrial为电动汽车开发者提供了丰富的电源连接器产品组合,其高可靠性、低插入力、低接触电阻、高插配次数的特性,可以让开发者一站式地应对电动汽车电源连接器升级之路中的所有挑战。
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