汽車電氣化、互聯(lián)化趨勢明顯推升連接器和傳感器大增量
隨著新能源汽車的持續(xù)走俏,新技術(shù)對傳統(tǒng)汽車行業(yè)的沖擊正在加速汽車業(yè)的變革?,F(xiàn)在汽車已經(jīng)不僅僅是一輛交通工具,人們對汽車在安全性、環(huán)保性、舒適性、智慧化等要求越來越高,這將給連接器帶來全新的發(fā)展機遇。
一般汽車需要用到的連接器有近百種,單一車型所使用的連接器約有數(shù)百個??巳R門森大學(xué)的車輛電子實驗室曾列出 54個在典型的現(xiàn)代汽車中處于基于計算機的電子控制下的功能項。其中包括一系列明顯用于電子控制的項目,例如氣囊展開、剎車防抱死、發(fā)動機控制以及娛樂和導(dǎo)航系統(tǒng)等,另外還有許多讓人為之驚嘆的功能。“保守估計,如果這54個項目中的每一項平均都需要10個連接器,那么一輛汽車可能使用多達540個連接器。” Molex 中國銷售總監(jiān)Clark Chou在接受本刊采訪時說。
從全球市場來看,目前汽車連接器約占整個連接器產(chǎn)業(yè)10%以上。“隨著市場對汽車 ‘智能互聯(lián)’、‘綠色環(huán)保’ 、‘安全出行’ 這三大趨勢需求的提升,汽車電子產(chǎn)品的應(yīng)用也將日益增加,這將促進汽車連接器的應(yīng)用數(shù)量進一步增長,未來可望占更大比重。” TE汽車事業(yè)部的項目經(jīng)理如是說。
應(yīng)時而動 各大連接器廠商多產(chǎn)品線齊飛
無疑,汽車市場是一個龐大的市場。針對汽車市場,各大連接器廠家皆有所布局,并推出了一系列解決方案。
“數(shù)據(jù)表明,至2020年, 全球預(yù)計會有2.5億輛的互聯(lián)汽車出現(xiàn),而TE在每輛車上的產(chǎn)品數(shù)量也將以每年4-6%的速度增長。”TE汽車事業(yè)部的項目經(jīng)理表示,目前中國市場以每年兩位數(shù)的增長成為全球最重要的戰(zhàn)略市場之一。隨著新能源汽車和互聯(lián)汽車的發(fā)展,TE汽車事業(yè)部將不斷豐富產(chǎn)品組合,助力中國汽車產(chǎn)業(yè)的變革。
據(jù)介紹,TE汽車事業(yè)部主要擁有的幾大產(chǎn)品條線包括新能源汽車解決方案、車載信息娛樂系統(tǒng)解決方案、傳感器解決方案、端子和連接器,以及汽車特殊線組的應(yīng)用開發(fā)。
由于新能源汽車車內(nèi)電壓電流的升級,高電壓電流環(huán)境對于各部件的性能要求更為苛刻。安全、可靠、高效的配電及傳導(dǎo)成為新能源汽車整車安全的核心和關(guān)鍵。因此,TE為新能源汽車高壓電路的連接、保護和管理提供了全套的解決方案。在車載信息娛樂系統(tǒng)解決方案方面,TE除了提供MATEnet模塊化連接器,用于車載以太網(wǎng)的新型模塊化和可擴展連接器,還提供HSD、HSL高速數(shù)據(jù)傳輸系列等產(chǎn)品,能為客戶提供完整的連接解決方案,滿足車與人、車與物、車與車之間的高速、穩(wěn)定互聯(lián)需求。當(dāng)然,作為汽車傳感器(壓力、位移、角度、速度、電流、溫濕度等)的制造專家,TE亦能為汽車復(fù)雜多變的應(yīng)用環(huán)境提供有針對性的傳感器解決方案。另外,TE還可為客戶量身定制應(yīng)用于汽車發(fā)動機系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、車身及底盤等系統(tǒng)的端子及連接器,并不斷致力于產(chǎn)品的小型化和輕量化,為更安全、更智能、更環(huán)保的汽車提供更多具有創(chuàng)新力的產(chǎn)品。比如: TE的NanoMQS 產(chǎn)品系列有助于減小電子元件的 PCB 尺寸,將線徑減小至 0.13mm2,并減小連接器總體封裝尺寸。同時,NanoMQS 還可提供非常優(yōu)秀的抗振性。TE 的 LITEALUM鋁線壓接技術(shù)可為客戶提供一個無縫連接、穩(wěn)定安全的解決方案。 此外,TE還致力于汽車特殊線組的應(yīng)用開發(fā),利用獨特的端子壓接技術(shù)和連接器優(yōu)勢為客戶提供線組總成的解決方案。
歐度連接器廣泛應(yīng)用于各類尖端科技領(lǐng)域,包括醫(yī)療器械,軍事安全,汽車,高端儀器儀表,測試測量,能源等行業(yè)。“其中汽車業(yè)務(wù)在歐度連接器業(yè)務(wù)中的比重在10%以上。” 龔海晏表示,目前,歐度增長最快的是新能源交通領(lǐng)域,包括新能源汽車,新能源軌道交通行業(yè)。
歐度是一家總部位于德國,擁有70多年歷史的連接器方案供應(yīng)商。在汽車領(lǐng)域,其已有諸多成功應(yīng)用案例。龔海晏舉例說,例如,用于新能源汽車充電樁和充電座的單芯針孔;用于連接電池包,電控單元,電機的高可靠性,極地接觸阻抗,優(yōu)異電磁屏蔽特性的全新GEN2大電流連接器;用于各類汽車零部件測試的ODU-MAC連接器方案。同時,歐度還擁有豐富的連接器定制方案設(shè)計和研發(fā)、制造經(jīng)驗,可為客戶的特殊應(yīng)用需求提供專業(yè)的解決方案。
Molex亦為汽車行業(yè)提供范圍廣泛的連接解決方案,其客戶主要來自于汽車制造商以及汽車部門中相應(yīng)的電子系統(tǒng)及設(shè)備的 OEM 供應(yīng)商。
在Clark Chou看來,車載信息娛樂系統(tǒng)和安全配置的迅猛增長是汽車制造商需求的催化劑,不過,他們需要尺寸更小的互連系統(tǒng),以便在相同的空間中放置更多的電子元件。據(jù)Clark Chou介紹,Molex 的 Mini50™ 密封和非密封線對板插座可供設(shè)備制造商使用尺寸更小的插針、端子和電線,將電路封裝到更小的空間內(nèi),同時還可降低成本。“在采用了密封或非密封 Mini50 單排和雙排插座后,與傳統(tǒng)的 USCAR 0.64 毫米連接器相比,Mini50 連接系統(tǒng)產(chǎn)品線可以節(jié)省多達 50% 的空間。”
為了滿足當(dāng)今汽車對電子設(shè)備不斷增長的要求,Molex 還開發(fā)出了 Stac64™ 這種模塊化的 0.64、1.50 和 2.80 毫米端子接頭系統(tǒng)。Stac64 連接系統(tǒng)為 OEM 和設(shè)備制造商提供了更高的設(shè)計靈活性,從而支持低電平信號要求以及高達 30.0 安的電源應(yīng)用。Stac64 系統(tǒng)可供汽車制造商將接頭組件作為獨立的元件,能夠?qū)⒍鄠€接頭組合到一起使用,滿足設(shè)備和模塊對信號和電源提出的一系列要求。
此外,stAK50h™ 信息娛樂連接器系統(tǒng)還為 Stac64 系統(tǒng)做出良好的補充。這一系統(tǒng)提供的解決方案通過一個 stAK50h 連接器接口即可同時處理信號與以太網(wǎng)連接,無需再使用兩套獨立的連接系統(tǒng)。 “在 OEM 堅持使用行業(yè)認可的 0.50 毫米及 1.20 毫米端子互連系統(tǒng)的同時,這一解決方案使 stAK50h™ 信息娛樂連接系統(tǒng)成為了一種終極的互連解決方案。” Clark Chou說。
實際上,Molex 的汽車行業(yè)解決方案的范例還包括 CMC 連接系統(tǒng),用于各種動力總成應(yīng)用,包括發(fā)動機控制單元 (ECU)、車廂應(yīng)用、齒輪箱、電子駐車制動和懸掛控制器;以及 MX150™ 密封連接器系統(tǒng),為發(fā)動機上的汽車應(yīng)用支持低電平信號以及電源應(yīng)用。
新能源汽車電氣化特性愈發(fā)明顯 對連接器提出更高要求
不過,對于電動車來說,無論是混合動力車還是全電動車,都需要高電壓/大電流 (HVHC) 的電氣系統(tǒng),從而保證商用車在當(dāng)今常見的最極端條件下也可保持可靠的性能,因為在這類環(huán)境下電氣配件和元件常常會受到?jīng)_擊和振動,以及面臨著種種侵蝕性、腐蝕性的化學(xué)品。
歐度(上海)國際貿(mào)易有限公司總經(jīng)理龔海晏表示,隨著車載電子輔助設(shè)備的高速發(fā)展以及新能源汽車產(chǎn)業(yè)的政策支持和快速發(fā)展的背景下,汽車的電氣化特性愈發(fā)明顯,對于車用連接器將會提出更高的需求。例如,高可靠性,更大功率的傳輸,連接器的電磁屏蔽性要能滿足諸多電子設(shè)備不會出現(xiàn)干擾的情況。
為了滿足電動車的各種需求,Molex現(xiàn)在提供加固的 Imperium 高電壓/大電流 (HVHC) 連接器系統(tǒng)。Clark Chou解釋稱,這是一種高電壓和電流的解決方案,可理想用于混合式電動技術(shù)及全電技術(shù)。連接器在每個觸點上能夠承受 1000 伏的電壓以及 250.0 安的電流,為車輛的 OEM 和電氣化系統(tǒng)的架構(gòu)師提供出色的屏蔽性能與電流密度。多種配置正在開發(fā)當(dāng)中,現(xiàn)提供 8.00 和 11.00 毫米直徑的版本,可滿足客戶特定應(yīng)用的需求。
無疑,混合動力以及全電動商用車可以顯著的降低排放以及耗油量,對環(huán)境產(chǎn)生極為積極的影響。“這其中先進的電氣化技術(shù)發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用,而在采用了 Imperium 連接器系統(tǒng)后,Molex 提供了一種可以在極端惡劣的條件下可靠而又安全的輸送功率產(chǎn)品。” Clark Chou表示,Imperium 品牌的 HVHC 系統(tǒng)采用了集成的 MX150 高電壓互鎖回路 (HVIL) 壓線端子,有助于在斷開過程中防止產(chǎn)生高壓電弧放電,并且還可以確保操作人員的安全。這種閉路的 360 度屏蔽設(shè)計采用了接地片,可以減輕電磁干擾及射頻干擾,提高車載通信的可靠性,同時接頭的端面屏蔽功能還為設(shè)備制造商簡化接地流程。另外,一體式觸點(插頭和插座處)可降低電阻,進而降低功率損耗,而保護性的絕緣插頭和插座觸點帽則可滿足免觸摸的行業(yè)安全性要求。連接器還符合 IP6K9K 等級標(biāo)準(zhǔn),插入后在惡劣環(huán)境下保護免受流體影響。
龔海晏表示,歐度自成立之初,一直深耕于連接器行業(yè),擁有極其豐富的連接器設(shè)計經(jīng)驗和尖端的連接器仿真,測試方法和設(shè)備。同時歐度一直貼近客戶,不斷聆聽客戶需求并以自身豐富的連接器專業(yè)知識以提供各種出色解決方案。
在TE汽車事業(yè)部的項目經(jīng)理看來,無論是來自電動、氫動力、混合動力和天然氣動力汽車快速變化的動力需求,還是日趨嚴格的政府法規(guī)要求,全球市場的競爭,以及對各種動力的汽車越來越高的安全要求,使得以客戶為導(dǎo)向、快速發(fā)展的汽車行業(yè)在諸多方面都承受著巨大的挑戰(zhàn)。包括整車層面的挑戰(zhàn),如安全隱患,電池續(xù)航里程短,系統(tǒng)架構(gòu)可靠性不足,高成本和充電難等;零部件層面的挑戰(zhàn),如高壓架構(gòu),電池包的連接和保護,電機電控等。這其中,又以高壓系統(tǒng)架構(gòu)和電池包的可靠性為最主要的挑戰(zhàn)。
應(yīng)對這一系列挑戰(zhàn),TE汽車事業(yè)部的項目經(jīng)理表示,TE可提供用于混合動力和電動汽車的整套連接器、端子、傳感器、電纜組件、繼電器、接觸器和電池連接保護元件。據(jù)介紹,TE的創(chuàng)新型電池到電池模塊到汽車解決方案正在應(yīng)對混合動力汽車和電動汽車提出的巨大挑戰(zhàn)。憑借對新技術(shù)的不懈研究、與客戶共同完成的工程設(shè)計,TE正在悄然改善新能源汽車的功率重量比、電池續(xù)航時間以及總航程。
TE汽車事業(yè)部的項目經(jīng)理舉例稱,比如,TE能夠提供豐富的動力系統(tǒng)產(chǎn)品,以應(yīng)用于當(dāng)前最新的系統(tǒng)之中。其中包括硬連線配電系統(tǒng)、模塊部件、發(fā)動機和電動機傳感器,以及變速器傳感器、底盤傳感器和壓力傳感器。TE還為12V、24V和48V電源系統(tǒng)提供的高性能ISO插拔式繼電器,以及用在TE與安德雷蒂科技合作的電動方程式試驗車上的F4插拔式繼電器。此外,TE應(yīng)用工具采用經(jīng)CE認證的M2000MC熔斷器和繼電器自動插入機,為汽車行業(yè)的大批量生產(chǎn)提供了高質(zhì)量的解決方案。
再如,與標(biāo)準(zhǔn)的 12V / 24V 電力網(wǎng)相比,應(yīng)對由于機動車輛采用電動動力系統(tǒng)而產(chǎn)生的高電壓與電開關(guān)器件有著完全不同的要求。對于將動力電池與逆變器連接和斷開的主接觸器,這些要求不僅包括處理非常高的連續(xù)電流,而且包括高過電流的安全中斷。一旦電池發(fā)生短路,這些接觸器必須能夠承載數(shù)千安培的電流,直至主保險絲中斷短路。因此,與先前的設(shè)計相比,短路耐受能力可提高到 6kA。當(dāng)該幅度的電流通過一對閉合的開關(guān)端子時,形成的洛倫茲力產(chǎn)生端子一個懸浮力,將端子推開。該懸浮力的增加與電流的平方成正比。在 1kA 時,懸浮力已達到約 1N。如果電流足夠高,接觸彈簧力被克服,端子將分開,立即形成大電弧。因此,當(dāng)重新閉合時,端子會熔接,或者,接觸器可能由于在觸點腔室內(nèi)形成過大的壓力而斷裂。由于 6kA 的更高懸浮極限和觸點腔室的非密封設(shè)計,EVC 250 接觸器大大降低了這種故障模式的風(fēng)險。
互聯(lián)汽車時代已經(jīng)來臨 將推動高性能連接器和傳感器需求
從2017年開始,汽車已經(jīng)進入互聯(lián)車輛時代。車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)成為、并且今后將日益成為那些重視互聯(lián)駕駛體驗的領(lǐng)先汽車制造商與消費者的最關(guān)注的方面。當(dāng)前已發(fā)貨的車輛中僅有約五分之一配備了連接功能。根據(jù) TrendForce 市場研究機構(gòu)的研究結(jié)果,截至 2020 年,75% 的汽車將連接到互聯(lián)網(wǎng)。另據(jù)思邁汽車信息咨詢公司預(yù)計,到2020年,全球互聯(lián)網(wǎng)汽車銷量將翻六番。 Gartner數(shù)據(jù)顯示,屆時投入使用的互聯(lián)汽車將達到2.5億輛。
“到那時,如果互聯(lián)汽車未來能達到我們所預(yù)期的多功能性和穩(wěn)定性,配備與內(nèi)外設(shè)施進行資源共享的網(wǎng)絡(luò)連接能力和數(shù)據(jù)傳感能力,整車廠就必須開發(fā)高性能的連接器和傳感器,從而確?;ヂ?lián)汽車的連接性,這一點在當(dāng)前汽車內(nèi)外信息交換量越來越大的情況下尤為重要。” TE汽車事業(yè)部的項目經(jīng)理稱,在汽車內(nèi)部,各種傳感器能為如何以及何時控制車輛操控提供反饋信息。在汽車外部,通過對信息的采集和傳遞來幫助汽車定位,監(jiān)測車輛速度、油量,進行故障診斷以及許多其他功能。
Clark Chou也表示,對于汽車來說,一個總趨勢就是傳感器在車輛設(shè)計中的使用日益增加,這進一步推動了電子元件密度的增長,并且提高了對連接解決方案的需求??巳R門森大學(xué)的車輛電子實驗室發(fā)現(xiàn),現(xiàn)在至少有 25 種傳感器正在進入到汽車電子系統(tǒng)當(dāng)中。而對于微型化電子元件領(lǐng)域來說,一個主要的趨勢就是使用印刷型傳感器。
當(dāng)前,TE和Molex皆有推出了一系列傳感器,只不過,二者的側(cè)重有所不同。Molex 側(cè)重在微型化、高柔性的傳感器方案。Molex Soligie® 產(chǎn)品線的印刷型傳感器在塑料、紙質(zhì)和金屬箔之類的柔性基板上制作組件和互連系統(tǒng)時具有充分的優(yōu)勢。在這一基礎(chǔ)上,Molex 的制造工藝可以實現(xiàn)小尺寸、高柔性的集成傳感器解決方案,可理想用于一系列車載應(yīng)用,而且與傳統(tǒng)電路相比總成本也要低得多。
Clark Chou進一步稱,對于連接功能,汽車業(yè)的 OEM 需要采用全系統(tǒng)的方式來實現(xiàn),因為他們將會把各種新功能與新特點集成到車輛當(dāng)中。為了滿足這一需求,Molex 和 Excelfore 在一項全球戰(zhàn)略協(xié)作中共同開發(fā)出了全套的車輛端對端連接解決方案,具有 FOTA/SOTA、Wi-Fi、以太網(wǎng)、OTA 以及邊緣傳感器的 eCAM 功能。
TE的傳感器則包括位置、速度和溫度(座艙和引擎進氣口)、壓力(高壓制動和汽車尿素),以及溫度的測量。TE汽車事業(yè)部的項目經(jīng)理進一步舉例稱,比如TE可以提供一系列高效節(jié)能的濕度傳感器,適用于設(shè)備性能受溫差影響較大的場合,從而提高設(shè)備的安全性能。流體性傳感器不僅可以對引擎、燃油系統(tǒng)、催化還原系統(tǒng)、壓縮機、變速器、傳動箱、柴油機排放液的流體進行實時監(jiān)控,也可以對DEF(尿素濃度)等其他應(yīng)用進行監(jiān)控。高性能尿素質(zhì)量傳感器同時也是尿素濃度傳感器,是氮氧化合物控制系統(tǒng)以及合規(guī)性戰(zhàn)略的一部分。
值得注意的是,從 2017 年起,汽車行業(yè)將需要采用多種高速介質(zhì)協(xié)議來實現(xiàn)車輛的網(wǎng)絡(luò)互連。典型應(yīng)用包括車載信息娛樂系統(tǒng)、遠程通信設(shè)備、無線電以及導(dǎo)航系統(tǒng)。此外,對于高級駕駛者輔助攝像頭的需求也在不斷上升,以便用于行人預(yù)警、夜視或盲點探測,以及 360 度視覺系統(tǒng)與后視系統(tǒng)。
Clark Chou表示,對于這些應(yīng)用,Molex 推出了下一代的 HSAutoLink II™ 互連系統(tǒng)。這是一種高性價比的連接器系統(tǒng),可以提供超出 2.0 Gbps 的速率,并且能夠支持各種不同的通信網(wǎng)絡(luò)或通信協(xié)議。據(jù)介紹,HSAutoLink II 是一個靈活并且可擴展的產(chǎn)品族,可以組合起各種鏈路,或者在同一連接器中支持多種協(xié)議,包括 USB 2.0、USB 3.0、LVDS、以太網(wǎng) AVB(音視頻橋接)以及改進的 HDMI、DVI 和 DisplayPort,使數(shù)據(jù)速率高達 5.0 Gbps。使用了屏蔽雙絞線 (STP) 或護套式非屏蔽雙絞線 (JUTP) 布線后,可以提供一系列高性價比的解決方案選項,適合高速的差分信號應(yīng)用。
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