新能源汽車連接器的應(yīng)用種類及特點(diǎn)

一、背景在汽車電動(dòng)化、智能化的發(fā)展趨勢之下，以高壓動(dòng)力電池及相關(guān)系統(tǒng)作為整車動(dòng)力源正在取代傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)及系統(tǒng)，而在數(shù)據(jù)的傳輸方面，如視頻、圖像等具有高實(shí)時(shí)性傳輸要求的應(yīng)用對于傳統(tǒng)的CAN/Lin等通信技術(shù)提出了挑戰(zhàn)，在此應(yīng)用背景之下，為了適應(yīng)新的整車電子電氣架構(gòu)要求并滿足數(shù)據(jù)的安全性與可靠性，作為連接整車各電子系統(tǒng)之間的信號樞紐的連接器也正從傳統(tǒng)的以低壓、低頻為主的應(yīng)用領(lǐng)域向高壓、高頻的應(yīng)用方向擴(kuò)展。二、新能源汽車連接器眾所周知的是汽車零部件的發(fā)展必然是跟隨整車的發(fā)展趨勢而變化的，在傳統(tǒng)汽車向電動(dòng)化發(fā)展的過程中，以低壓控制為主的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)被高壓動(dòng)力系統(tǒng)所取代，同時(shí)其電子電氣架構(gòu)也朝著集成化方向轉(zhuǎn)變，這便導(dǎo)致整車電動(dòng)化引發(fā)的車內(nèi)電氣的改變從而引出了高壓連接器以及低壓連接器的變化。而隨著汽車智能化進(jìn)程的加深，整車對數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟛粩嗵岣?，這又促使車端對于高速連接器提出了更高的要求。在當(dāng)前整車電子電氣架構(gòu)由域向中央集成發(fā)展以及以400V為主向800V高壓平臺發(fā)展的技術(shù)狀態(tài)下，連接器于車身的分布示意如下：圖1

新能源汽車連接器分布示意圖在基于傳統(tǒng)的車用連接器的基礎(chǔ)上，新能源汽車在連接器的應(yīng)用種類方面較之傳統(tǒng)汽車要更為復(fù)雜，為了便于區(qū)分，業(yè)內(nèi)將其按傳輸介質(zhì)的不同分為高速連接器和電連接器兩大類，圖示如下：圖2

新能源汽車連接器分類對上述分類釋義如下：電連接器按其應(yīng)用環(huán)境的電壓不同，可分為高壓連接器與低壓連接器，其主要功能是起到傳輸系統(tǒng)之間電流的作用。在整車環(huán)境中，低壓連接器主要被應(yīng)用于車內(nèi)電壓低于60V的環(huán)境下，就車身控制系統(tǒng)而言，12V、24V低壓應(yīng)用是其主要的應(yīng)用場景。高壓連接器是隨著汽車電動(dòng)化的出現(xiàn)而出現(xiàn)的，在電動(dòng)化技術(shù)的不斷深入下，其至今以歷四次迭代，在電氣、機(jī)械、環(huán)境等性能上也在不斷得到提升與優(yōu)化。就當(dāng)前以400V高壓平臺為主的新能源汽車上，高壓連接器根據(jù)其應(yīng)用特點(diǎn)，所承受的耐壓等級通常在60V-380V之間，且能為系統(tǒng)提供10A-300A的電流傳輸，一般被應(yīng)用于整車的大小三電以及其他相關(guān)高壓輔件上。圖3

車用高壓連接器迭代歷程在當(dāng)前主流的400V高壓架構(gòu)下，整車具有高壓互鎖需求的主要零部件節(jié)點(diǎn)如下圖所示，此階段下單車根據(jù)具體功能及配置所需的高壓連接器數(shù)量約為15-20對，而隨著800V高壓架構(gòu)的推進(jìn)，由于對DC/DC轉(zhuǎn)換需求的增加，其數(shù)量或?qū)嵘?0-25對。圖4

常規(guī)新能源汽車高壓互鎖示意圖在智能化的推動(dòng)下，以座艙域和自動(dòng)駕駛域?yàn)橹饕獞?yīng)用的高速車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得以迅速普及，在該領(lǐng)域的應(yīng)用過程中，車端對數(shù)據(jù)在高速性、安全性、穩(wěn)定性以及靈活可擴(kuò)展性等方面提出了新的需求。而面對主流數(shù)據(jù)的傳輸速率從150Mbps延伸至24Gbps的巨大變化，傳統(tǒng)的在相對低速的車載網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用過程中的連接器由于在性能、安全等方面的不足，在以新一代以太網(wǎng)為主干網(wǎng)或部分專用網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)中，將被以Fakra、Mini-Fakra為代表的車載射頻連接器和車載以太網(wǎng)連接器所取代。圖5

高速數(shù)據(jù)速率要求在車載信號的傳輸過程中，按其信號類別的不同，可分為模擬信號與數(shù)字信號。高頻高速連接器作為高速車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的物理支撐，按其傳輸數(shù)據(jù)的不同同樣被分為了用于傳輸模擬信號的同軸連接器，如Fakra、Mini-Fakra以及用于傳輸數(shù)字信號的差分連接器，如以太網(wǎng)連接器、HSD連接器等。圖6

高速連接器分類其中，F(xiàn)akra連接器是在射頻連接器SMB的基礎(chǔ)上增加塑殼而來，由于其所具有的6GHz頻率可滿足大多數(shù)車載數(shù)據(jù)的傳輸需求，因此當(dāng)前該連接器成為了行業(yè)通用的標(biāo)準(zhǔn)射頻連接器，主要被應(yīng)用于如GPS、收音機(jī)等車載RF應(yīng)用層面上。在汽車集成化及功能多樣化的趨勢之下，整車應(yīng)用端對于高速連接器在傳輸頻率及物理體積等方面提出了新的要求。在市場需求的推動(dòng)下，以Fakra為基礎(chǔ)具有更小體積、更高集成度以及更高頻率的Mini-Fakra被推出。在傳輸頻率方面，Mini-Fakra從傳統(tǒng)的6GHz提升到了20GHz，而其體積卻較之傳統(tǒng)的Fakra縮小了80%，該連接器當(dāng)前主要被應(yīng)用于自動(dòng)駕駛模塊、攝像系統(tǒng)和GPS等功能中。由于Mini-Fakra本就是從Fakra演化而來，在車端對數(shù)據(jù)信息要求不斷提高的背景之下，繼承并優(yōu)化了Fakra的Mini-Fakra將會在后續(xù)的整車應(yīng)用中取代Fakra。在差分連接器中，HSD連接器是專為汽車應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，其傳輸速率可達(dá)5-6Gbit/s，傳輸頻率在1GHz左右，在整車應(yīng)用中常與Fakra和Mini-Fakra配合使用，主要用于低壓差分信號（LVDS）的高性能、高屏蔽數(shù)據(jù)系統(tǒng)，如USB連接、LVDS攝像頭、數(shù)字信息電子設(shè)備等。以AVM（環(huán)視系統(tǒng)）為例，車輛感知傳感器將采集的數(shù)據(jù)流通過Fakra/Mini-Fakra連接器傳輸?shù)紸VM后，由HSD連接器傳輸?shù)街鳈C(jī)端，再通過HSD連接器連接主機(jī)端與座艙端對數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸并顯示，架構(gòu)如下圖所示：圖7

環(huán)視系統(tǒng)中HSD連接器車載以太網(wǎng)作為智能汽車發(fā)展的主要網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通常情況下以太網(wǎng)連接器可滿足數(shù)據(jù)傳輸速率為100Mb/s-1Gb/s的需求，而在360°全屏蔽差分連接器系統(tǒng)中，其最高速率可達(dá)20GHz/28Gbps，同時(shí)通過其高穩(wěn)定性、低成本和小體積的優(yōu)勢將確保車載高速通信技術(shù)的安全、穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)。由于以太網(wǎng)連接器與HSD連接器在應(yīng)用領(lǐng)域大多重合，又由于HSD連接器在傳輸頻率以及線束成本上不占優(yōu)勢，而相反的是以太網(wǎng)連接器具有速率更高、帶寬更大且可傳輸距離更遠(yuǎn)的特點(diǎn)，在汽車智能化的推動(dòng)之下，以太網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用將被擴(kuò)大，此時(shí)以太網(wǎng)連接器或?qū)M(jìn)一步壓縮HSD連接器的應(yīng)用。車載連接器的發(fā)展將與車載網(wǎng)絡(luò)在車端的應(yīng)用相同，在當(dāng)前技術(shù)