汽車電氣化發展所面臨的難題與解決方案

在各種工業和消費環境中，產品、系統和流程的電氣化正在加速發展，這些變革由先進的電子技術推動，取代了傳統的液壓和氣動方法。其中尤以交通運輸行業的電氣化進程尤為明顯，配備尖端功能和純電動動力系統的車輛數量正在以創紀錄的速度增長。本文將為您介紹汽車電氣化發展的現況與趨勢，以及由Molex（莫仕）所能提供的解決方案。

汽車電氣化之路所面臨的挑戰

汽車的電氣化之路，除了通過替代長期使用的內燃機（ICE）而迅速崛起的純電動動力系統外，普通車輛上的電氣元器件也在顯著增加。像是許多曾采用機械結構的關鍵系統，現在使用了電子器件來提高安全性和可靠性，例如制動輔助和轉向（電動助力轉向――EPAS）系統。目前，支持高級駕駛輔助系統（ADAS）的解決方案正在迅速發展，朝著全自動駕駛的終極目標邁進。

在過去幾年中，全球電動汽車（EV）和混動汽車（HEV）的數量不斷增加，預計到2025年將占新車銷量的20%。盡管前景光明，但汽車電氣化仍然面臨重重障礙。要搶占預計價值達2,363億美元（復合年增長率為10.6%）的市場，汽車制造商仍面臨著許多挑戰，像是過多的電子系統和模塊給典型車輛的電氣架構帶來了相當大的挑戰。

為滿足消費者需求，高端車輛的設計可能由100多個電子控制單元（ECU）組成。車輛中越來越多的ECU帶來了挑戰，即如何連接、封裝和管理這些系統，以傳輸對車輛至關重要的命令和控制特定功能。通過將車輛劃分為多個區域，即可為每個區域分配功能，然后根據需要在區域之間傳遞信息，分區架構不僅能優化和減少布線總量，還可以整合ECU。

此外，隨著汽車（包括內燃機汽車和電動汽車）中電子設備的激增，熱管理成為一個嚴峻的挑戰。當計算機或移動設備等電子設備變得過熱時將會關閉，這對于在公路上高速行駛的車輛來說不啻是一個災難。

微型化和增加的電氣設備需要更高的元器件密度，在微型化系統的表面積縮小的情況下，在更小的空間內散發相同或更多的熱量可能會導致過熱風險，因此必須加以管理。如果電子器件位于密封的ECU中，并處于極端環境的車輛區域（例如，引擎蓋下），則過熱風險可能會增加。若設計不當，惡劣的環境加上下一代連接系統的高電路密度和小封裝尺寸要求，可能會造成散熱挑戰。連接器中的熱問題可能會導致安全性、可靠性和使用壽命問題，必須在項目設計階段認真加以解決。

電氣化和能源管理技術引發科學復興

電氣化和能源管理技術的進步正在引發電力領域的科學復興，其中的電池技術現在能支持一系列應用，從為電動汽車供電到儲存能量以供最需要的時候使用。政府正在對電動汽車充電基礎設施、電網現代化、農村連通和發展中部落進行投資。

在這場復興中，出現了兩個主要且密切相關的主題：電氣化和能源管理。在電氣化方面，使用傳統燃料來源的技術正由可再生能源驅動的等效系統補充或取代。另一方面，能源管理是指能量的儲存、監測和分配。

首先，通過智能電網技術實現電網現代化，圍繞傳統發電廠建造的老化基礎設施正在轉變為現代電氣化網絡或智能電網，它們以可再生能源為補充，由各種傳感器組成，用以密切監測使用情況，并在系統故障成為更嚴重的問題之前將其識別出來，這是一個很關鍵的需求。

智能電網平衡了傳統能源和可再生能源的優勢，太陽能和風能等可再生能源存在周期性低谷，所以將電池儲能系統（BESS）納入更廣范圍的電網，用來捕獲剩余能量以供日后使用。由于總消耗也有其自身的節奏，存在周期性的高峰和非高峰使用階段，因此智能電網可以在最需要的地方、在最需要的時候以及從什么來源分配能量，這些來源可能是傳統能量、可再生的能量或儲存的能量。

汽車的功能和電氣化發展推動48V標準

自20世紀50年代以來，12V電源模型一直是汽車行業的標準，因此成為了汽車設計和器件的默認標準。即使功能和電氣化程度已隨著時間不斷發展，該標準使汽車制造商依然能夠降低成本，并保持簡單的電氣架構。

12V標準有其優點，但隨著現代消費者對性能和車內體驗的期望不斷提高，12V標準也必須演進。隨著軟件定義汽車的出現，向輕度混合架構的轉變，以及排放法律日益嚴格，48V設計對于滿足消費者需求和監管要求變得越來越必不可少。

雖然采用48V標準面臨一些挑戰，但電氣創新者現在已開始根據這個新標準為更高效的系統鋪平道路。向更強大的電源標準轉變不可能一蹴而就，但一些關鍵的電氣因素和消費者因素會影響汽車制造商采用48V作為輕度混合動力汽車和純電動汽車的標準，其中的關鍵因素包括各國政府的減排立法行動，以及消費者具有低碳意識，購買者表現出對混合動力汽車、插電式混合動力汽車（PHEV）和增程電動汽車的強烈偏好。

此外，電動渦輪增壓系統使用電機來旋轉渦輪機并增強進入到發動機的氣流，從而提高發動機性能。與使用12V或24V系統供電的傳統渦輪增壓系統相比，這種渦輪增壓系統需要更大的電力。隨著更高效、更強大的電動渦輪增壓系統成為標配，48V電源將會變得舉足輕重。

48V標準在工程方面的好處包括可減小封裝尺寸、節省生產成本、提供更好的功能、減少排放、提高燃油經濟性，對消費者而言，48V標準可提高汽車性能、降低汽車成本、提高操控性能，這使得48V標準的發展日趨重要。

不過，12V設計在汽車生產中已是根深蒂固，因此，過渡到48V標準的過程將會比預期更漫長。過渡速度在一定程度上取決于滿足48V系統的技術要求所需的元器件設計變化，其中需要考慮系統本身的生產方法和現有基礎設施的配合。

MX150中壓連接器

滿足48伏電氣系統的需求

Molex推出的MX150中壓連接器旨在滿足汽車行業對48伏電氣系統不斷增長的需求。中壓解決方案的推出使客戶能夠放心地使用中壓產品升級其汽車電氣系統。這些連接器基于經過驗證的MX150設計，為滿足運輸行業的中壓連接要求提供可靠且經過現場測試的解決方案。

MX150密封連接器系統經過現場驗證，可在極端溫度、不同程度的振動，以及暴露于濕氣和化學品的情況下提供高度可靠的性能，適合各種應用。MX150密封連接器系統可提供連接器位置保證（CPA）選項，有助于消除連接器之間的意外斷開，并提供預組裝端子位置保證（TPA）外殼，有助于確保壓接端子引線正確鎖定到連接器中，且具有索環帽以保護墊片的密封，并有助于確保端子正確對齊。MX150符合IEC 60664-1規范并通過USCAR-2、USCAR-21和GMW3191認證，可滿足嚴格的汽車行業要求。

MX150提供單排和雙排V0版本，可滿足嚴格的安全要求，支持適用于MX150（1.50mm）端子的墊片密封技術，有助于消除對單獨電纜密封件的需求，從而減小包裝尺寸，其具有一體式3.50mm間距外殼，可提供緊湊的連接器，并有助于消除組裝成本，其支持60V中壓能力，可升級至48V接線，并通過使用經過驗證的MX150外形規格，簡化升級到更輕量的48V接線。

MX150可與照明、電動車窗或雨刷器電機等應用升級的48V接線配合使用，無需更改連接器類型即可將現有12V汽車接線升級至48V，通過使用與經過驗證的MX150連接器相同的封裝尺寸和外殼設計，可以從現有MX150連接器直接升級，并在升級到48V接線時降低工程成本。

MX150是同類產品中唯一一款將多功能低壓選項和堅固的密封連接器設計與一系列中壓連接器相結合的汽車連接器，支持48V應用和高達60V的應用。從12V接線升級到48V接線時，MX150中壓連接器使制造商能夠利用經過驗證且堅固耐用的MX150外形尺寸來降低工程和設計成本。這允許過渡到更高電壓的48V布線架構，通過使用更小的電線尺寸減少銅的使用和重量，同時最大限度地減少額外工程時間和所需的成本。

結語

汽車產業正面臨電氣化所推動的變革，其不僅是電動汽車的快速發展，傳統汽車也開始采用大量的電子系統來增加汽車的功能性與安全性，這都對汽車產業帶來重大的挑戰與機遇。Molex擁有多種解決方案，可幫助客戶從現有的傳統方法過渡，貫穿所有中間階段，最終提供各類行業領先的靈活產品，以實現客戶面臨的分區架構、散熱問題、噪聲消除等問題，并推出可滿足48伏電氣系統需求的MX150中壓連接器，將使汽車制造商能夠設計和部署更輕、更高性能、更靈活、更高效的解決方案。