行业与应用
电动汽车和自动驾驶功能的发展促使汽车行业迅速追求技术变革,这代表着汽车制造模式的转变。
第三方研究公司 Dimensional Research 最近对 230 位汽车制造决策者进行了调查,结果显示 91% 的受访者认为,到 2030 年,所有新购买的汽车都将是全电动或混合动力汽车。此外,94% 的受访者表示,他们预计在同一时间段内,所有新车都将具备一定程度的自动驾驶功能。
这意味着,在十年左右的时间里,几乎所有的汽车和卡车在技术上都将与前代产品不可同日而语,而从设计角度来看,其中两个最重大的挑战就是直流电源和高速数据领域。那么,鉴于其复杂性,电动汽车和自动驾驶汽车设计人员必须考虑哪些关键因素,才能确保适当的功能、性能和竞争能力呢?
设计考虑因素 #1:高压动力系统
随着各种形式的电动汽车取代机械和液压系统,对直流电源的需求越来越大,而典型的 12 伏直流系统无法提供直流电源。即使是内燃机汽车和“轻度混合动力”汽车,其基本电气系统也在不断发展,电压通常会提高四倍,达到 48V DC,而纯电动汽车的功率要求则从 400V DC 开始。
反过来,电压越高,效率就越高,因为需要更小直径的电线、降低成本和重量并缩短充电时间。
为确保电动动力系统高压环境下的适当安全性,互连器件需要更高的隔离度。此外,汽车动力系统的工作环境恶劣,需要能够承受各种热量、湿气和振动条件的坚固连接。运行可靠性对于防止车辆故障和相关维修成本也至关重要。
设计考虑因素 #2:让电源受控
电池管理系统 (BMS) 在确保电动汽车电池的安全性和可靠性方面发挥着关键作用,因为它可以监控电池单元的健康状况和充电状态。BMS 依靠分布在电池各处的传感器来监控电流输出、温度和其他因素。因此,互连器件在确保不发生任何破坏这种关系的情况方面发挥着至关重要的作用。
电源连接解决方案
一级供应商面临着向汽车制造商提供越来越多的 BMS 和动力系统电机控制模块的压力,而汽车制造商正在竞相满足混合动力车和电动车的市场需求。为此,Molex 利用其在汽车行业的专业知识和消费类设备方面的经验,开发出具有最新电动汽车 (EV) 技术所需设计特性的微型互连解决方案,同时还具有足够的坚固耐用性,能够在恶劣条件下可靠地工作。
例如,Molex 莫仕设计了用于 BMS 应用的 FPC 对板连接器,该连接器外形小巧,触点略微凹陷,因此在插配过程中如果插配外壳“铲”进去,触点也不会损坏。此外,即使在高振动和热冲击的情况下,双杆触点也能保证连接的完整性。因此,客户可以放心地使用这些高水准的微型互连产品,为电池管理带来可靠、稳定的电源。
针对高压动力传动系统,Molex 莫仕设计了紧凑型 1.00mm 间距大功率板对板连接器,绝缘电阻(低于 1,000V AC/1,600V DC)介电耐压值为 <100mA (when voltages under 500V are applied), plus >100 兆欧。此外,这些连接器还具有 ±1.75mm 的较长擦拭长度和防尘端子盖,有助于降低短路风险,实现汽车和消费类设备客户对 Molex 莫仕的可靠性和安全性的期望。
设计考虑因素 #3:满足数据要求
将重点转向高速数据,几十年来,汽车一直依赖控制器区域网络 (CAN) 和本地互连网络 (LIN) 技术。然而,这些协议的数据传输速率限制使其无法处理电子控制单元 (ECU)、摄像头、雷达、激光雷达和当今汽车内其他数据生成设备所产生的大量数据。
因此,广泛采用基于以太网的连接和分区架构将能在整个车辆内实现更高效的数据传输,从而减轻布线重量并降低成本。在分区架构中,ECU 将被域控制器单元 (DCU) 取代,而域控制器单元预计会越来越多。
设计考虑因素 #4:高性能摄像头
随着汽车自动驾驶水平的不断提高,车内外的 ADAS 摄像头数量也在不断增加,有些车型已经配备 10 到 12 个摄像头。这些摄像头还需要高速数据传输和低延迟,以便迅速向驾驶安全系统通报潜在危险。此外,摄像头的分辨率必须达到 800 万像素,而目前部署的摄像头一般只有 130 万像素。
随着摄像头模块越来越小,它们需要采用单印刷电路板 (PCB) 布置,这就会因更密集的元件而产生额外的电磁干扰 (EMI)。最后,摄像头和布线都必须在恶劣条件下可靠运行,包括高度冲击、振动和极端温度。
高速数据解决方案
为了满足这些高数据速率要求,Molex 莫仕摄像头电缆组件的带宽从 3 GHz 到 6 GHz 不等,并具有提供稳健连接的特性,例如可承受 110 N 的保持力。集成塑料后壳(而不是较重的铝质后壳)还可防止 EMI 影响信号完整性。在电路板层面,用于 PCIe Gen 4 的 Molex 莫仕连接器最多有 200 个触点,支持高达 20 Gbps 的数据传输速率,带宽足以满足车内网络要求。
在设计阶段尽早认识并解决这四个关键考虑因素,将有助于优化性能和功能,推动电动汽车和 ADAS/AD 应用实现其备受期待的潜力。
您可以在我们的技术简介中了解有关 Molex 莫仕汽车微型互连解决方案的更多信息:“满足电动汽车需求的微型互连解决方案”和“用于提高汽车自主性的微型互连解决方案”。