一般汽车需要用到的连接器有近百种,单一车型所使用的连接器约有数百个。克莱门森大学的车辆电子实验室曾列出 54个在典型的现代汽车中处于基于计算机的电子控制下的功能项。其中包括一系列明显用于电子控制的项目,例如气囊展开、刹车防抱死、发动机控制以及娱乐和导航系统等,另外还有许多让人为之惊叹的功能。“保守估计,如果这54个项目中的每一项平均都需要10个连接器,那么一辆汽车可能使用多达540个连接器。” Molex 中国销售总监Clark Chou在接受本刊采访时说。

从全球市场来看,目前汽车连接器约占整个连接器产业10%以上。“随著市场对汽车 ‘智能互联’、‘绿色环保’ 、‘安全出行’ 这三大趋势需求的提升,汽车电子产品的应用也将日益增加,这将促进汽车连接器的应用数量进一步增长,未来可望占更大比重。” TE汽车事业部的项目经理如是说。

应时而动 各大连接器厂商多产品线齐飞

无疑,汽车市场是一个庞大的市场。针对汽车市场,各大连接器厂家皆有所布局,并推出了一系列解决方案。

“数据表明,至2020年, 全球预计会有2.5亿辆的互联汽车出现,而TE在每辆车上的产品数量也将以每年4-6%的速度增长。”TE汽车事业部的项目经理表示,目前中国市场以每年两位数的增长成为全球最重要的战略市场之一。随着新能源汽车和互联汽车的发展,TE汽车事业部将不断丰富产品组合,助力中国汽车产业的变革。

据介绍,TE汽车事业部主要拥有的几大产品条线包括新能源汽车解决方案、车载信息娱乐系统解决方案、传感器解决方案、端子和连接器,以及汽车特殊线组的应用开发。

由于新能源汽车车内电压电流的升级,高电压电流环境对于各部件的性能要求更为苛刻。安全、可靠、高效的配电及传导成为新能源汽车整车安全的核心和关键。因此,TE为新能源汽车高压电路的连接、保护和管理提供了全套的解决方案。在车载信息娱乐系统解决方案方面,TE除了提供MATEnet模块化连接器,用于车载以太网的新型模块化和可扩展连接器,还提供HSD、HSL高速数据传输系列等产品,能为客户提供完整的连接解决方案,满足车与人、车与物、车与车之间的高速、稳定互联需求。当然,作为汽车传感器(压力、位移、角度、速度、电流、温湿度等)的制造专家,TE亦能为汽车复杂多变的应用环境提供有针对性的传感器解决方案。另外,TE还可为客户量身定制应用于汽车发动机系统、安全系统、车身及底盘等系统的端子及连接器,并不断致力于产品的小型化和轻量化,为更安全、更智能、更环保的汽车提供更多具有创新力的产品。比如: TE的NanoMQS 产品系列有助于减小电子元件的 PCB 尺寸,将线径减小至 0.13mm2,并减小连接器总体封装尺寸。同时,NanoMQS 还可提供非常优秀的抗振性。TE 的 LITEALUM铝线压接技术可为客户提供一个无缝连接、稳定安全的解决方案。 此外,TE还致力于汽车特殊线组的应用开发,利用独特的端子压接技术和连接器优势为客户提供线组总成的解决方案。

欧度连接器广泛应用于各类尖端科技领域,包括医疗器械,军事安全,汽车,高端仪器仪表,测试测量,能源等行业。“其中汽车业务在欧度连接器业务中的比重在10%以上。” 龚海晏表示,目前,欧度增长最快的是新能源交通领域,包括新能源汽车,新能源轨道交通行业。

1 欧度(上海)国际贸易有限公司总经理 龚海晏

欧度是一家总部位于德国,拥有70多年历史的连接器方案供应商。在汽车领域,其已有诸多成功应用案例。龚海晏举例说,例如,用于新能源汽车充电桩和充电座的单芯针孔;用于连接电池包,电控单元,电机的高可靠性,极地接触阻抗,优异电磁屏蔽特性的全新GEN2大电流连接器;用于各类汽车零部件测试的ODU-MAC连接器方案。同时,欧度还拥有丰富的连接器定制方案设计和研发、制造经验,可为客户的特殊应用需求提供专业的解决方案。

Molex亦为汽车行业提供范围广泛的连接解决方案,其客户主要来自于汽车制造商以及汽车部门中相应的电子系统及设备的 OEM 供应商。

在Clark Chou看来,车载信息娱乐系统和安全配置的迅猛增长是汽车制造商需求的催化剂,不过,他们需要尺寸更小的互连系统,以便在相同的空间中放置更多的电子元件。据Clark Chou介绍,Molex 的 Mini50™ 密封和非密封线对板插座可供设备制造商使用尺寸更小的插针、端子和电线,将电路封装到更小的空间内,同时还可降低成本。“在采用了密封或非密封 Mini50 单排和双排插座后,与传统的 USCAR 0.64 毫米连接器相比,Mini50 连接系统产品线可以节省多达 50% 的空间。”

为了满足当今汽车对电子设备不断增长的要求,Molex 还开发出了 Stac64™ 这种模块化的 0.64、1.50 和 2.80 毫米端子接头系统。Stac64 连接系统为 OEM 和设备制造商提供了更高的设计灵活性,从而支持低电平信号要求以及高达 30.0 安的电源应用。Stac64 系统可供汽车制造商将接头组件作为独立的元件,能够将多个接头组合到一起使用,满足设备和模块对信号和电源提出的一系列要求。

此外,stAK50h™ 信息娱乐连接器系统还为 Stac64 系统做出良好的补充。这一系统提供的解决方案通过一个 stAK50h 连接器接口即可同时处理信号与以太网连接,无需再使用两套独立的连接系统。 “在 OEM 坚持使用行业认可的 0.50 毫米及 1.20 毫米端子互连系统的同时,这一解决方案使 stAK50h™ 信息娱乐连接系统成为了一种终极的互连解决方案。” Clark Chou说。

实际上,Molex 的汽车行业解决方案的范例还包括 CMC 连接系统,用于各种动力总成应用,包括发动机控制单元 (ECU)、车厢应用、齿轮箱、电子驻车制动和悬挂控制器;以及 MX150™ 密封连接器系统,为发动机上的汽车应用支持低电平信号以及电源应用。

新能源汽车电气化特性愈发明显 对连接器提出更高要求

不过,对于电动车来说,无论是混合动力车还是全电动车,都需要高电压/大电流 (HVHC) 的电气系统,从而保证商用车在当今常见的最极端条件下也可保持可靠的性能,因为在这类环境下电气配件和元件常常会受到冲击和振动,以及面临着种种侵蚀性、腐蚀性的化学品。

欧度(上海)国际贸易有限公司总经理龚海晏表示,随着车载电子辅助设备的高速发展以及新能源汽车产业的政策支持和快速发展的背景下,汽车的电气化特性愈发明显,对于车用连接器将会提出更高的需求。例如,高可靠性,更大功率的传输,连接器的电磁屏蔽性要能满足诸多电子设备不会出现干扰的情况。

为了满足电动车的各种需求,Molex现在提供加固的 Imperium 高电压/大电流 (HVHC) 连接器系统。Clark Chou解释称,这是一种高电压和电流的解决方案,可理想用于混合式电动技术及全电技术。连接器在每个触点上能够承受 1000 伏的电压以及 250.0 安的电流,为车辆的 OEM 和电气化系统的架构师提供出色的屏蔽性能与电流密度。多种配置正在开发当中,现提供 8.00 和 11.00 毫米直径的版本,可满足客户特定应用的需求。

2 Molex 中国销售总监 Clark Chou

无疑,混合动力以及全电动商用车可以显著的降低排放以及耗油量,对环境产生极为积极的影响。“这其中先进的电气化技术发挥着关键性的作用,而在采用了 Imperium 连接器系统后,Molex 提供了一种可以在极端恶劣的条件下可靠而又安全的输送功率产品。” Clark Chou表示,Imperium 品牌的 HVHC 系统采用了集成的 MX150 高电压互锁回路 (HVIL) 压线端子,有助于在断开过程中防止产生高压电弧放电,并且还可以确保操作人员的安全。这种闭路的 360 度屏蔽设计采用了接地片,可以减轻电磁干扰及射频干扰,提高车载通信的可靠性,同时接头的端面屏蔽功能还为设备制造商简化接地流程。另外,一体式触点(插头和插座处)可降低电阻,进而降低功率损耗,而保护性的绝缘插头和插座触点帽则可满足免触摸的行业安全性要求。连接器还符合 IP6K9K 等级标准,插入后在恶劣环境下保护免受流体影响。

龚海晏表示,欧度自成立之初,一直深耕于连接器行业,拥有极其丰富的连接器设计经验和尖端的连接器仿真,测试方法和设备。同时欧度一直贴近客户,不断聆听客户需求并以自身丰富的连接器专业知识以提供各种出色解决方案。

在TE汽车事业部的项目经理看来,无论是来自电动、氢动力、混合动力和天然气动力汽车快速变化的动力需求,还是日趋严格的政府法规要求,全球市场的竞争,以及对各种动力的汽车越来越高的安全要求,使得以客户为导向、快速发展的汽车行业在诸多方面都承受着巨大的挑战。包括整车层面的挑战,如安全隐患,电池续航里程短,系统架构可靠性不足,高成本和充电难等;零部件层面的挑战,如高压架构,电池包的连接和保护,电机电控等。这其中,又以高压系统架构和电池包的可靠性为最主要的挑战。

应对这一系列挑战,TE汽车事业部的项目经理表示,TE可提供用于混合动力和电动汽车的整套连接器、端子、传感器、电缆组件、继电器、接触器和电池连接保护元件。据介绍,TE的创新型电池到电池模块到汽车解决方案正在应对混合动力汽车和电动汽车提出的巨大挑战。凭借对新技术的不懈研究、与客户共同完成的工程设计,TE正在悄然改善新能源汽车的功率重量比、电池续航时间以及总航程。

TE汽车事业部的项目经理举例称,比如,TE能够提供丰富的动力系统产品,以应用于当前最新的系统之中。其中包括硬连线配电系统、模块部件、发动机和电动机传感器,以及变速器传感器、底盘传感器和压力传感器。TE还为12V、24V和48V电源系统提供的高性能ISO插拔式继电器,以及用在TE与安德雷蒂科技合作的电动方程式试验车上的F4插拔式继电器。此外,TE应用工具采用经CE认证的M2000MC熔断器和继电器自动插入机,为汽车行业的大批量生产提供了高质量的解决方案。

再如,与标准的 12V / 24V 电力网相比,应对由于机动车辆采用电动动力系统而产生的高电压与电开关器件有着完全不同的要求。对于将动力电池与逆变器连接和断开的主接触器,这些要求不仅包括处理非常高的连续电流,而且包括高过电流的安全中断。一旦电池发生短路,这些接触器必须能够承载数千安培的电流,直至主保险丝中断短路。因此,与先前的设计相比,短路耐受能力可提高到 6kA。当该幅度的电流通过一对闭合的开关端子时,形成的洛伦兹力产生端子一个悬浮力,将端子推开。该悬浮力的增加与电流的平方成正比。在 1kA 时,悬浮力已达到约 1N。如果电流足够高,接触弹簧力被克服,端子将分开,立即形成大电弧。因此,当重新闭合时,端子会熔接,或者,接触器可能由于在触点腔室内形成过大的压力而断裂。由于 6kA 的更高悬浮极限和触点腔室的非密封设计,EVC 250 接触器大大降低了这种故障模式的风险。

互联汽车时代已经来临 将推动高性能连接器和传感器需求

从2017年开始,汽车已经进入互联车辆时代。车载网络技术已经成为、并且今后将日益成为那些重视互联驾驶体验的领先汽车制造商与消费者的最关注的方面。当前已发货的车辆中仅有约五分之一配备了连接功能。根据 TrendForce 市场研究机构的研究结果,截至 2020 年,75% 的汽车将连接到互联网。另据思迈汽车信息咨询公司预计,到2020年,全球互联网汽车销量将翻六番。 Gartner数据显示,届时投入使用的互联汽车将达到2.5亿辆。

“到那时,如果互联汽车未来能达到我们所预期的多功能性和稳定性,配备与内外设施进行资源共享的网络连接能力和数据传感能力,整车厂就必须开发高性能的连接器和传感器,从而确保互联汽车的连接性,这一点在当前汽车内外信息交换量越来越大的情况下尤为重要。” TE汽车事业部的项目经理称,在汽车内部,各种传感器能为如何以及何时控制车辆操控提供反馈信息。在汽车外部,通过对信息的采集和传递来帮助汽车定位,监测车辆速度、油量,进行故障诊断以及许多其他功能。

Clark Chou也表示,对于汽车来说,一个总趋势就是传感器在车辆设计中的使用日益增加,这进一步推动了电子元件密度的增长,并且提高了对连接解决方案的需求。克莱门森大学的车辆电子实验室发现,现在至少有 25 种传感器正在进入到汽车电子系统当中。而对于微型化电子元件领域来说,一个主要的趋势就是使用印刷型传感器。

当前,TE和Molex皆有推出了一系列传感器,只不过,二者的侧重有所不同。Molex 侧重在微型化、高柔性的传感器方案。Molex Soligie® 产品线的印刷型传感器在塑料、纸质和金属箔之类的柔性基板上制作组件和互连系统时具有充分的优势。在这一基础上,Molex 的制造工艺可以实现小尺寸、高柔性的集成传感器解决方案,可理想用于一系列车载应用,而且与传统电路相比总成本也要低得多。

Clark Chou进一步称,对于连接功能,汽车业的 OEM 需要采用全系统的方式来实现,因为他们将会把各种新功能与新特点集成到车辆当中。为了满足这一需求,Molex 和 Excelfore 在一项全球战略协作中共同开发出了全套的车辆端对端连接解决方案,具有 FOTA/SOTA、Wi-Fi、以太网、OTA 以及边缘传感器的 eCAM 功能。

TE的传感器则包括位置、速度和温度(座舱和引擎进气口)、压力(高压制动和汽车尿素),以及温度的测量。TE汽车事业部的项目经理进一步举例称,比如TE可以提供一系列高效节能的湿度传感器,适用于设备性能受温差影响较大的场合,从而提高设备的安全性能。流体性传感器不仅可以对引擎、燃油系统、催化还原系统、压缩机、变速器、传动箱、柴油机排放液的流体进行实时监控,也可以对DEF(尿素浓度)等其他应用进行监控。高性能尿素质量传感器同时也是尿素浓度传感器,是氮氧化合物控制系统以及合规性战略的一部分。

值得注意的是,从 2017 年起,汽车行业将需要采用多种高速介质协议来实现车辆的网络互连。典型应用包括车载信息娱乐系统、远程通信设备、无线电以及导航系统。此外,对于高级驾驶者辅助摄像头的需求也在不断上升,以便用于行人预警、夜视或盲点探测,以及 360 度视觉系统与后视系统。

Clark Chou表示,对于这些应用,Molex 推出了下一代的 HSAutoLink II™ 互连系统。这是一种高性价比的连接器系统,可以提供超出 2.0 Gbps 的速率,并且能够支持各种不同的通信网络或通信协议。据介绍,HSAutoLink II 是一个灵活并且可扩展的产品族,可以组合起各种链路,或者在同一连接器中支持多种协议,包括 USB 2.0、USB 3.0、LVDS、以太网 AVB(音视频桥接)以及改进的 HDMI、DVI 和 DisplayPort,使数据速率高达 5.0 Gbps。使用了屏蔽双绞线 (STP) 或护套式非屏蔽双绞线 (JUTP) 布线后,可以提供一系列高性价比的解决方案选项,适合高速的差分信号应用。