随着对电动汽车 (EV) 和增强型电动汽车充电选项需求的增加，工程师们面临着部署更多充电桩的设计挑战。本文探讨了更快的充电速度、电池增强功能和热管理等关键挑战，并讨论了在向更高效、更可靠的电动汽车充电过渡的过程中，先进的连接解决方案和技术进步所能发挥的作用。
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全球对变革性能源的日益重视，再加上消费者对交通领域安全性、舒适性、便利性和功能性的期望，推动了汽车架构的变革以及向电动汽车 (EV) 的转变。随着电动汽车在道路上日益普及，越来越多的人呼吁在商业和住宅中更广泛地安装电动汽车充电桩，以帮助加快电池的充电。
因此，各地的工程师在考虑如何在街道、高速公路、家庭和工作场所部署更多电动汽车充电桩时，都需要努力应对复杂的设计动态变化。由于电动汽车仍是一个新兴市场，品牌声誉正有赖于这些关键决策。在这种意识增强的环境下，扩大电动汽车充电基础设施需要解决安全性、可用性、可靠性、热管理和不断变化的监管标准等重要因素。请继续阅读，了解与电动汽车充电相关的挑战与机遇。
关键设计挑战
随着世界各地对电动汽车的不断探索，电动汽车的设计也在不断进步，市场发展速度也在加快。事实上，根据瑞银投资银行的预测，到 2025 年，电动汽车将占全球新车销量的 20%，到 2030 年将占 50%。同样，摩根大通指出，到 2025 年，油电混合动力汽车将占全球汽车销量的近四分之一。然而，在帮助电动汽车充电创新方面，多个关键挑战仍有待解决。这些挑战包括：
根据 2023 年标准普尔全球移动性调查，40% 的电动汽车车主表示愿意为更快的充电速度支付更多费用。电动汽车电池充电所需的时间比内燃机 (ICE) 加油所需的时间更长，这一点一直为人所诟病。在寒冷的天气里，电动汽车的充电速度会更慢，因为在寒冷的天气里电子的移动速度快不起来。
充电时间通常也因充电类型而异，一级充电需要 40-50 小时，二级充电需要 4-10 小时。这些分类反映的一个事实是，为提升充电器的性能，制造商一直在提高电压，以帮助解决消费者的担忧。遗憾的是，提高充电电压并不一定就是万能药，反而有可能造成电池损坏，并影响到性能。由于电池的老化，充电时间也会随之而延长，因此功率的增加并不总是等同于快速充满电。
除了对充电效率的关注外，电动汽车电池本身也可以从更多的关注中受益。例如，一种被称为第三级或直流快充的新型充电方法可绕过将电网的交流电 (AC) 转换为直流电 (DC) 的车载设备，直接为电动汽车电池充电。通过这种方法充电，通常只需一小时或更短时间。遗憾的是，有些车辆无法适应直流快速充电，因为目前不同制造商生产的电池配置和型号差别很大。尽管进一步的完善之后可能有助于解决这一问题，但电池是复杂的机电设备，因此研发成本可能很高。
因此，更先进的连接方法可能有助于在这方面取得重大进展。例如，Molex 的 Volfinity 电池接触系统采用柔性印刷电路 (FPC) 板，将电池单元与电动汽车电池模块中的控制板连接起来。这种轻量级创新无需沉重、手动接线的菊花链连接，同时更能防止单根导线老化。这意味着电池的制造速度更快、成本更低，使制造商有更多机会尝试新设计。
与传统内燃机车型相比，如今的电动汽车集成了 100 多个发动机控制单元 (ECU) 和成倍增加的电子元件。这导致空间拥挤，可能限制空气流通，并大幅提高内部温度水平。这在经常遇到极端恶劣条件的密封汽车组件中尤其令人担忧。过热的电气系统会造成安全问题，甚至可能突然关机。对于在高速公路上飞驰的车辆来说，这两种情况都不允许出现。
由于快速充电的副产品是热量，而这些热动力同样会影响电动汽车的充电选择。劣质的电动汽车充电会导致电池寿命缩短、行驶距离缩短以及危险的热失控，而不受控制的能量升级则会引发火灾或灾难性故障。
简而言之，电动汽车组件必须结构紧凑并经过精心设计，这样才能在狭小的空间内发挥可靠的性能并缓解热量上升。这正是高保真仿真模型的用武之地。例如，Molex 采用人工智能 (AI) 驱动的仿真技术，评估连接器的热管理能力，然后再大规模生产。这种前瞻性的洞察力有助于加快和优化工程改造，进而为客户提供更有效的解决方案。
不断变化的充电格局
随着提高电动汽车充电便利性和效率的需求日益迫切，其他技术和基础设施的进步也可提供全面支持。下面总结了一些例子。
48V 电源
尽管自 20 世纪 50 年代以来，12V 电源模式一直是汽车行业的标准，但不断变化的排放法规加上上述环境动态，推动了向 48V 设计的转变。事实上，被称为轻度混合动力的汽车已经采用 48V 系统来维持再生制动等功能。与完全混合动力车不同，轻度混合动力车无需充电。这种车辆同时使用燃气发动机和小型蓄电池，并可储存回收的制动能量，以备将来使用。
48V电源支持为每种类型的电动汽车生产更小的部件，使汽车设计师能够在给定的空间内实现更多的功能。这意味着汽车可以包含更强大的无线充电、信息娱乐和高级驾驶辅助系统 (ADAS) 功能。由于更小的部件所需的材料更少，生产成本和总能耗也同样可以降低。
更高效的 48V 系统还有助于控制排放，同时制造出更轻、阻力更小的车辆，因此这些车辆操控性更出色，并在一箱油或单次充电的情况下行驶更远的距离。另一个关键优势是 48V 系统可适应更高的电压，有助于改善功率分配，同时降低电池负荷。就电动汽车充电而言，这意味着：
- 增强电池与充电桩之间的电力传输
- 缩短充电时间，延长电池寿命
- 更好地支持直流快速充电等高功率充电系统
然而，要实现全混合动力车和电动汽车使用 48V 的承诺，就需要能够管理更高电压水平的能源控制系统，以优化充电效率，同时还需要有助于简化架构升级的连接器。
连接创新
这就是 Molex MX150 中压连接器等创新产品能够创造重要优势的原因所在。基于经过现场测试的 Molex MX150 设计，这些单排和双排解决方案支持升级到 48V 接线架构，同时最大限度减少额外的设计工程工作。
这只是前沿连接器工程如何为更高效的电动汽车未来铺平道路的一个例子。由于当今的汽车互连解决方案为车辆和充电器提供动力，因此它们需要承担四重任务：支持高效升级、适应空间限制、减少发热以及承受恶劣条件，才能实现安全可靠的性能。
电动汽车本身需要密封、小型化和加固的互连器件，具有更高的间距和更高的集成功能。先进的电动汽车充电器需要一系列可靠、精心集成的线对板连接器、板对板连接器、接线端子、隔离条、存储卡连接器等，所有这些都需要在电池电量不足时无缝且可预测地运行。当驾驶员插上电源时，同样必须避免给车辆、车内人员或周围结构物带来危险。
鉴于这些高风险，不仅需要具备成熟的工程专业知识，还需具备市场洞察力、多学科视角和集成制造能力。例如，Molex 经常与一级汽车制造商和可信赖的行业供应商合作，以安全、合规和商业可行的方式实现客户产品的多样化。Molex 还利用数字孪生技术，主动优化其连接产品组合的性能。数字孪生技术以历史数据、机器学习 (ML) 算法和最新的人工智能进步为动力，为设计人员和操作人员提供早期的真实洞察力，帮助提高性能。
PowerPlane 母线连接器
EXTreme Power 产品
Micro-Fit 连接器
MX150 中压连接器
Sentrality 插头和插座
Sentrality 插头和插座互连系统采用紧凑的锥形插座组件设计，与市场上大多数使用双曲插座的同类产品相比，可支持更短的堆叠高度，提供高电压、高电流的板对板、母线对板和母线对母线连接器。同时还提供业界领先的 +/- 1.00mm 径向自对准能力，以克服公差堆叠问题。
Compactus随着人们对变革性能源选择的广泛认识，以及消费者对增强型车辆安全性、舒适性、便利性和信息娱乐性的需求不断升级，电动汽车和增强型电动汽车充电选择正占据中心位置。在这个多元化的行业格局中，Molex 与 Arrow Electronics 合作，为各种电动汽车相关应用提供先进的互连解决方案。Molex 的创新产品（包括线对线、板对板和线对板连接器以及电缆组件和传感器）反映了数十年久经考验的汽车专业知识，可提供领先的性能，使不断发展的客户创新保持领先地位。
