汽车电气化发展面临的挑战与解决方案

在各种工业和消费环境中，由于先进电子技术取代了传统的液压和气动方法，产品、系统和流程的电气化进程正在加速。在这些变革中，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系统的车辆数量创下了历史新高。本文将介绍汽车电气化发展的现状和趋势，以及Molex提供的解决方案。

汽车电气化之路不仅涉及纯电动动力系统的快速崛起，取代长期以来的内燃机 (ICE)，还包括传统车辆上电子元件的显著增加。许多以前依赖机械结构的关键系统现在使用电子设备来提高安全性和可靠性，例如刹车辅助系统和电子助力转向 (EPAS) 系统。目前，支持高级驾驶辅助系统 (ADAS) 的解决方案正快速迈向完全自动驾驶的最终目标。

近年来，全球电动汽车（EV）和混合动力电动汽车（HEV）的数量稳步增长，预计到2025年将占新车销售的20%。尽管前景看好，汽车电气化仍面临许多障碍。为了抓住预计价值2363亿美元（复合年增长率为10.6%）的市场机会，汽车制造商仍需应对许多挑战，例如电子系统和模块的扩展对车辆传统电气架构提出了重大挑战。

为了满足消费者需求，高端车辆的设计可能包括超过100个电子控制单元（ECUs）。车辆中ECUs数量的增加在连接、封装和管理这些系统以传输关键指令以及控制车辆特定功能方面，带来了挑战。通过将车辆划分为多个区域，可以将功能分配到每个区域，并在需要时在区域之间传输信息。基于区域的架构不仅优化并减少了总布线量，还整合了ECUs。

此外，随着汽车中电子设备（包括内燃机车辆和电动车辆）的日益普及，热管理成为一项关键挑战。当电子设备（如计算机或移动设备）过热时，它们会关闭，这对于高速行驶中的车辆可能是灾难性的。

微型化和电气设备增多需要更高的元件密度。在微型化系统表面积缩小的情况下，在更小的空间中散发相同或更多的热量可能会导致过热风险，必须加以管理。如果电子设备位于密封的ECU内，并处于极端环境的车辆区域（例如引擎盖下），过热风险可能会增加。设计不当的系统，再加上下一代连接系统对高电路密度和小封装尺寸的要求，可能会带来热管理挑战。连接器中的热问题可能导致安全性、可靠性和使用寿命的隐患，这些问题必须在项目设计阶段得到仔细解决。

电气化与能源管理技术的进步正在推动电力领域的科学复兴，电池技术如今支持多种应用范围，从为电动汽车供电到储存能量以备最需时使用。各国政府正在投资电动汽车充电基础设施、电网现代化、农村连接以及偏远地区的发展。

在这一复兴时期，出现了两个主要且密切相关的主题：电气化和能量管理。关于电气化，使用传统燃料来源的技术正在被补充或替代为由可再生能源驱动的等效系统。另一方面，能量管理是指能量的存储、监测和分配。

首先，通过智能电网技术实现电网现代化，将围绕传统发电厂构建的老化基础设施转变为现代化的电气化网络或智能电网。这些电网通过可再生能源进行补充，并包含各种传感器，用于密切监测使用模式以及在系统故障变得更严重之前识别问题，这是一项关键需求。

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停机时间，因此将电池储能系统 (BESS) 纳入更广泛的电网，可以捕获多余的能源以备后用。由于总消耗量也具有周期性高峰和非高峰使用期的节奏，智能电网能够根据需求分配能源，包括传统能源、可再生能源或储存能源，无论是在何地、何时以及来自何种来源。

自20世纪50年代以来，12V电源模式一直是汽车行业的标准，成为汽车设计和组件的默认标准。即使随着功能和电气化的不断发展，这一标准仍然使汽车制造商能够降低成本并保持简洁的电气结构。

虽然12V标准有其优势，但随着现代消费者对更高性能和更好的车内体验需求的不断增加，它也必须不断发展。随着软件定义车辆的出现、向轻度混合动力架构的转变以及日益严格的排放规定，48V设计在满足消费者需求和法规要求方面变得越来越不可或缺。

尽管向48V标准过渡存在一些挑战，但电气创新者现在正在为基于这一新标准的更高效系统铺平道路。向更强大电力标准的转变不可能一蹴而就，但几个关键的电气和消费者因素将影响汽车制造商将48V作为轻度混合动力和纯电动车辆标准的采用。这些关键因素包括全球各国政府颁布的减排立法以及消费者对碳足迹日益增长的意识，从而导致他们对混合动力、插电式混合动力（PHEV）和增程型电动车辆的强烈偏好。

此外，电动涡轮增压器系统使用电机来驱动涡轮并增强进入发动机的气流，从而提高发动机性能。与传统由12V或24V系统驱动的涡轮增压器系统相比，这些电动涡轮增压器系统需要更大的电力。随着更高效、更强大的电动涡轮增压器系统成为标准，48V电源将变得至关重要。

48V标准的工程优势包括减少封装尺寸、节省生产成本、提供更好的功能性、降低排放以及提高燃油经济性。对于消费者而言，48V标准可以提升车辆性能、降低车辆成本并改善操控，使得48V标准的发展愈发重要。

然而，12V设计在汽车生产中根深蒂固，因此向48V标准的过渡将比预期更加漫长。过渡的速度在某种程度上取决于为满足48V系统技术要求所需的组件设计更改，包括对系统自身生产方法的考虑以及与现有基础设施的兼容性。

由Molex推出的MX150中电压连接器旨在满足汽车行业对48伏电气系统日益增长的需求。中电压解决方案的推出使客户能够自信地使用中电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，提供可靠且经过现场测试的解决方案，以满足交通行业的中电压连接需求。

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，使其适用于广泛的应用领域。MX150 密封连接器系统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，并提供预装配的端子位置保证 (TPA) 外壳，以确保压接的端子引线正确锁定在连接器内，还配备有应力密封盖以保护垫圈密封并帮助确保端子正确对齐。MX150 符合 IEC 60664-1 标准，并获得认证以满足严格的汽车行业要求，包括 USCAR-2、USCAR-21 和 GMW3191 认证。

MX150 提供单排和双排 V0 版本，以满足严格的安全要求，支持使用 MX150 (1.50mm) 端子的垫片密封技术，这有助于消除单独电缆密封的需求，从而减少包装尺寸。其集成的 3.50mm 间距外壳提供了紧凑型连接器，有助于降低装配成本。凭借 60V 中压能力，它可以升级到 48V 配线，利用经过验证的 MX150 外形规格，简化向轻量化的 48V 配线的升级。

MX150 可与升级的 48V 线束一起使用，用于照明、电动窗或雨刷电机升级等应用，允许在不更改连接器类型的情况下将现有的 12V 汽车线束升级至 48V。通过采用与验证过的 MX150 连接器相同的包装尺寸和外壳设计，可以直接从现有 MX150 连接器进行升级，从而在升级到 48V 线束时降低工程成本。

MX150 是市场上唯一一种将多功能低压选项与坚固的密封连接器设计相结合的汽车连接器，适用于一系列中压应用，支持 48V 和高达 60V 的应用。通过从 12V 布线过渡到 48V 布线，MX150 中压连接器使制造商能够利用经过验证且坚固的 MX150 外形尺寸，从而降低工程和设计成本。这使得向更高电压的 48V 布线架构过渡成为可能，通过使用较小的电线尺寸来减少铜的使用和重量，同时将额外的工程时间和相关成本降至最低。

汽车行业正在经历由电气化驱动的变革性变化，不仅是电动汽车的快速发展，传统汽车也越来越多地集成大量电子系统以提升功能性和安全性。这些变化为汽车行业带来了重要的挑战与机遇。Molex 提供多种解决方案，帮助客户从现有的传统方法过渡，跨越所有中间阶段，最终提供一系列行业领先的灵活产品。这些解决方案解决了架构划分、热管理、降噪等挑战。此外，Molex 推出了 MX150 中压连接器，以满足 48 伏电气系统的需求，使汽车制造商能够设计和部署更轻、更高性能、更灵活且更高效的解决方案。