期待已久的电动汽车拐点已经到了。
消费者要求电动汽车，法规的收紧，电池价格下跌，OEM正在提高制造能力。根据波士顿咨询集团(Boston Consulting Group)的数据，2035年电池电动汽车的全球市场份额预计将从2020年的3%飙升至45%。
这次转向EV架构的转变带来了一系列新的挑战——基础设施如何支持提高电压水平?OEM如何将成本优化的设计用于扩大质量生产?设计人员如何解决高压组件中电磁干扰的题?
这些问题的许多答案可以在高压互连中找到。但是，在采用曲线的早期，有很多方法和行业标准很少。所需的是灵活性，它使OEM根据其个人设计要求提供了创新的自由，并智能优化了体重、质量和成本——因为一种尺寸并不适合所有需求。
图1：电池电动汽车中高压互连的示例
将它们绑在一起
高压互连技术在电动汽车中起着关键作用。高压布线和互连系统将电力从交流/直流充电入口输送到车辆的电池，然后将这些电力分配到整个车辆的结构。这包括大功率设备，如电动机和逆变器;辅助设备，如空调和电加热器;以及电气中心设备，如配电箱和电池断开装置。
由于没有行业标准设计或普遍接受的模板，来创建向许多需要电源的设备提供电源所需的复杂架构，各个原始设备制造商正在作出自己的架构决定。每个原始设备制造商都定义了自己对电气化技术的要求。这些规格在不同的品牌和车型中会有所不同，在品牌内部也会因尺寸、重量以及车辆是否具有需要额外电力的豪华功能等因素而有所不同。
车厂的关键是与电气化合作伙伴合作，他们可以帮助设计最高效、最安全、最可靠和最具成本效益的系统，并根据车辆的具体要求进行定制，他们拥有专业的技术和全面的产品线，可以提供完整的综合解决方案。
挑战
混合动力汽车曾被认为是向全电动汽车发展的下一个逻辑步骤。今天，考虑使用电动车的消费者更有可能购买纯电动车，而不是混合动力车，根据波士顿咨询公司的数据，纯电动车的销量已经达到插电式混合动力车的两倍。
这种转变对原始设备制造商有重大的架构影响，因为全电动汽车不仅要提供动力来驱动车辆的车轮，而且还要运行所有其他设备，而在汽油动力或混合动力汽车中，这些设备将由发动机提供动力。
全电动汽车意味着从头开始重新设计，而不是在汽油车上加装电气化组件。从内燃机或混合动力车到全电动车型，要求电缆和连接器更大、更重，以处理更高的功率水平。汽车底盘的空间本来就很有限，而与大功率配电系统相关的尺寸和重量的增加，给汽车包装设计带来了更大的挑战。
另一个主要趋势是增加电池的尺寸和重量，以应对所谓的“里程焦虑”。阻碍电动车销售的最大因素是对电动车续航能力不足的担忧，这导致出现了电池没电而车辆又不在最近的充电站附近的噩梦般的场景。由于原始设备制造商正在安装更大、更重的电池，释放空间以容纳电气化系统的其余部分就成为一个优先事项，用更轻、更小的部件来抵消增加的重量也是如此。
好消息是，有创新的方法来减轻重量，减少电缆和接头的数量，缩小电气化组件的尺寸，并以一种使汽车装配更安全和更不复杂的方式提供高压互连电源。
屏蔽、电缆和连接器
原始设备制造商面临的建造决策包括如何最好地屏蔽电缆的电磁干扰，连接器和其他电气变体的设计和安全规范，布线是铜还是铝，以及如何通过接头连接器和其他技术减少布线的总量。
l 屏蔽
高压电气元件比传统布线更复杂，特别是在屏蔽元件的电气干扰方面。更高的功率会产生更强的电磁噪声，原始设备制造商必须通过用屏蔽层包裹每根电缆来防止这种干扰。屏蔽有四种基本方法，每种方法都有自己的优点和缺点，取决于具体的使用情况。
单芯屏蔽是目前最流行的方法，用于辅助连接器和电源转换。每根电缆都被包裹在一个金属编织袋中，形成屏蔽，同时保持灵活性。单芯屏蔽使电缆的布线和弯曲更容易，也使线束制造商更容易组装。
多芯屏蔽将多根电缆包裹在一个屏蔽层内，使其比单芯更厚，灵活性更差，但它可以简化布线和连接。多芯屏蔽最常被用于辅助连接器。
捆绑式屏蔽使用外部编织物进行屏蔽。与多芯类似，捆绑式屏蔽因其尺寸、重量和缺乏灵活性而不如单芯受欢迎，但它能以低成本提供高屏蔽性能，具体取决于电缆长度和应用。
非屏蔽电缆也是一些线束的选择，以优化成本。这种选择在充电线束等应用中效果很好，这些线束与非屏蔽的电网基础设施连接，主要在汽车不行驶时使用。其他线束也可以使用这个选项，但成本优势必须与额外的设备干扰缓解措施相平衡。
显然，有多种屏蔽选择，如果应用需要，OEM可以选择性能更强的屏蔽。换句话说，屏蔽的类型和强度将取决于具体的使用情况。
l 电缆
当涉及到电气化系统时，每一克都很重要，这就是为什么优化整个系统的布线很重要--不仅仅是为高压，而且为车辆中数以百计的低压电气元件。
通过使用复杂的优化技术，Aptiv能够向一个原始设备制造商展示如何减少10%的低压布线，并删除150米的电缆。
在另一个案例中，一家SUV制造商能够通过消除300米的电缆将其配电系统的质量减少15%。减少重量的一个选择是将铜线过渡到铝线。
铝线和铜接头之间的腐蚀以前一直是一个障碍，但OEM现在可以使用涂在铝线上的轻质涂层或在终端进行电镀来防止腐蚀。换掉铜线可以减少布线质量--和成本--高达50%。
另一项可以减少对电缆的需求，并因此降低成本的技术是部署接驳连接器。在这种情况下，电池上的一个连接器可以为多个辅助设备供电，这样就不需要下游的接驳中心，减少了连接器的总数，并减少了布线量。
通过串联部署拼接连接器和高压辅助连接器，原始设备制造商可以通过减少车辆供电所需的总连接数来获得结构上的优势。
l 母线
虽然减轻重量是布线的主要设计考虑，但空间限制也是一个因素。成型母线是圆形布线的一种替代方案，可以提供包装优势。它们还可以促进自动装配，提高质量和一致性。Aptiv已开发出独特的互连设计解决方案，以解决母线的热膨胀和屏蔽难题。
l 端子
有两种类型的终端，它们之间的选择实际上取决于车辆结构的具体设计限制。针套式设计更重，但也更紧凑。盒片设计更薄，更容易生产，更容易连接到母线上。
l 安全配接选择
当高压电为车辆提供动力时，车辆会受到持续的振动、颠簸、坑洼、挡泥板碰撞等等，安全对每个人来说都是最重要的，包括组装车辆、修理车辆或驾驶车辆的人。
在组装方面，高压联锁回路技术(HVIL)确保了连接的安全。HVIL是一个断路器系统，如果工人意外地解开连接器，就会切断电源，当联锁被断开时，设备可以自动安全地切断电源。
一些原始设备制造商正朝着在系统层面检测此类问题的方向发展。高电压中使用的大型连接器需要在插接和解锁选项方面进行创新，而小型连接器则不需要，如使用杠杆或滑块机制。
每个OEM都有自己的偏好，这些偏好是基于各种考虑。例如，拧入连接件需要一个单独的工具，但它可以测量扭矩并进行追踪。使用杠杆更简单，但这意味着需要有足够的空间来转动杠杆。
使用滑块也需要空间，但只在一个方向上，而且它在空间有限的地方提供最大的压力面。因此，决定完全取决于车辆的设计，以及哪种选择能给OEM提供机械优势。目标是要绝对确定连接已经被锁定，并且有技术可以防止连接在不利的驾驶条件下松动。
l 高压辅助连接器
随着车辆平台从内燃机转向，通常由发动机供电的车辆设备会转向高压网络。一些12V设备也可以转移到高压，以便更有效地运行。这些设备如加热器、电动空调、车载充电器或一些通常需要低于100安培的DC/DC转换器。当涉及到高压辅助连接器时，原始设备制造商希望采用紧凑的包装，以便在提供必要的功率的同时，占用最少的空间和/或减少最多的质量。
辅助设备的连接器解决方案有很多类型，包括单独屏蔽、多芯屏蔽、捆绑屏蔽和非屏蔽系统。四通和接续连接器代表了创新的方式，通过使一个连接器供给多个设备来削减成本和减少布线。不同的OEM厂商可能会根据其架构的独特特点，对这些设计决策采取不同的方法。
OEM的另一个重要考虑是确保连接器能够处理高水平的振动。令人担忧的是，振动可能会导致终端连接的完整性随着时间的推移而退化，微磨蚀会造成阻力增加。而且，今天的电动汽车预计比内燃机汽车的寿命更长，可能磨损的移动部件更少--因此连接器也需要经久耐用。
l 电源转换连接器
车辆中的其他设备需要更高的功率来运行。电源转换设备，如电动马达、电池、逆变器或一些DC/DC转换器，可能需要高达400A的功率。用于电源转换设备的互连线有各种各样的形状和配置，包括塑料或金属通孔，直角或直角连接器，单向、双向或三向配置，单独、捆绑、非屏蔽等。
在更高的电流水平下，正确设计的连接系统变得更加重要，它是安全的，并具有相对于温度、振动、密封和屏蔽的强大性能。同样，设计决定不是一刀切的;一切都取决于什么对车辆的具体结构最有意义。
当然，这些架构决定都不能在真空中做出;它们都是全面设计战略的一部分，旨在优化组件之间的集成，降低成本，节省空间和减轻重量。
而且，原始设备制造商必须考虑这些设计决定如何简化车辆的组装，特别是考虑到他们希望尽可能多地实现自动化组装。
未来的1,000伏互连
电池技术的改进非常迅速，因此原始设备制造商正在为他们的车辆安装新的电池，这些电池可以保持更多的电量，以获得更大的范围。虽然一个典型的汽车电池以前会提供大约50千瓦时的电力，但随着能量密度的增加和电池成本的迅速降低，未来的电池容量将上升到200千瓦时。
虽然容量的增加对消费者来说是一个福音，可以消除续航焦虑并提供更高的加速度，但在合理的时间范围内为电池充电成为一个挑战。原始设备制造商可以通过增加电流、提高电压或两者兼而有之来减少这些充电时间。
更高的电流需要在车辆中使用更大的电缆，增加成本、空间和重量。因此，制造商也在考虑将提高电压作为一种选择。
例如，在一个简化的比较中，一个典型的电动车，其100千瓦时的电池组在250A和400V下充电，需要大约48分钟才能充到80%。如果采用800V的系统，这个时间可以缩短一半。
更高的电压系统可以实现更快的充电，更少的热量，以及更薄的电线或母线。提高电压意味着要确保组件的终端之间有安全距离，终端与地面/屏蔽之间有安全距离。
设计必须考虑到空气中的间隙距离和表面上的爬电距离--以防止电弧，并防止小电流从一个端子进入另一个端子。Aptiv广泛的高压互连技术组合是为处理1000伏电压而设计的，因此原始设备制造商今天可以安装最新的电池技术，并保证它能满足未来几年的需要。
OEM应该寻找什么
那些成功地从汽油车过渡到全电动车型的原始设备制造商，将是那些在开发安全、高效和具有成本效益的电气化技术方面做得最好的公司，这些技术可以扩展到大批量生产。
但是，要解决与推动更大、更重的电池相关的挑战，以及减少高压互连和电气化基础设施的其他部分的尺寸和重量的需要，没有一个放之四海而皆准的方法。
原始设备制造商应寻求与电气化技术供应商合作，该供应商应具备开发整车或系统级方法所需的经验、创新和定制能力，而不是以零散的方式解决这些挑战。Aptiv明白，电气化不仅仅是电池和高压互连，它还涉及整个低压和高压架构的整体系统优化。
Aptiv是汽车电气化的全球领导者，可以合作提供从充电电缆到进线、布线、母线、连接器、配电箱和电池断开装置的所有产品，并在全球各地的制造工厂进行高度垂直整合。
Aptiv可以提供独特的价值，如集成连接器接续技术。我们是铜缆向铝缆过渡的领导者，我们同时提供连接器和电缆，提供重要的集成和连接优势。最重要的是，Aptiv对高压互连如何融入下一代汽车的全部电气和电子架构有独特的看法，这体现在我们的智能汽车架构方法中。
