有六个主要系统与电动汽车(EV)动力总成直接相关。它们包括车载充电器 (OBC)、电池组、监控各种电池组参数的电池管理系统(BMS)、将电池的直流电转换成为EV电动机提供动力的交流电的牵引逆变器、为EV电动机提供动力的电机控制器将驾驶员命令转化为电机扭矩的变化,以及降低电池电压的DC-DC转换器(用于照明、气候控制、信息娱乐等功能)。
所有这些系统都具有类似于传统机动车辆的热和振动环境。这些条件的潜在严重性使得支持它们的任何机械系统成为决定整车可靠性的关键因素。
考虑到这种可靠性,请考虑典型电动汽车中的电连接器。有几个属性对于任何汽车应用中的连接器都是必不可少的。首先,空间有限,因此连接器组件的尺寸必须反映这一现实,但仍能提供高接触密度。同时,连接器必须能够应对苛刻的汽车环境。当暴露于冲击、振动和高温时,它们必须表现出弹性,还必须防止灰尘和湿气进入。
现代电动汽车的另一个特点是对网络的依赖。这迫使网络硬件即使在恶劣的环境中也能可靠地处理高数据速率。例如,单个雷达传感器可以15 Mbps的速率生成数据。激光雷达传感器生成100 Mbps的数据,而摄像头可以达到3500 Mbps。显然,尽管这些连接器在电磁噪声环境中发挥作用,但信号完整性是必须的。
此外,连接器需要机制来防止装配过程中出现插配错误。最后,EV业务日益激烈的竞争意味着连接器的价格必须具有竞争力,并且不会增加太多的总材料成本。
harwin archer kontrol 1.27 毫米间距连接器,支持 3 gbps
现在指定用于EV应用的连接器示例是Archer Kontrol系列。这些连接器设计用于在要求苛刻的工业应用中可靠地工作。它们是0.05英寸、1.27毫米间距的表面贴装连接器,带有用于增加PCB应变消除的SMT焊片,以及用于在焊接过程中准确放置的定位销。
多家制造商已将Archer Kontrol设计到他们的EV动力总成中。这些高度可靠的板对板连接器已集成到OBC、电机控制器和牵引逆变器中。垂直和水平方向的选项使这些连接器能够适应狭小的空间。
这些连接器还具有125℃的额定温度,可承受动力总成模块的热量和抗振能力——它们在 10-2,000 Hz、1.5 mm、198 m/秒²(20G) 下进行了 12 小时的循环测试。因为它们可以承载3 Gbps的数据速率,所以它们可以轻松支持基于以太网的车载网络。使用具有金/锡饰面的高度耐用的磷青铜触点。这些触点嵌入到阻燃等级为UL94V-0的坚固塑料外壳中。
Archer Kontrol连接器被完全遮盖(以防止损坏)并且内置极化以防止误插。堆叠高度选项为8至20毫米,并提供现成的电缆组件(长度为150和300毫米),并增加了闩锁以消除应力。
在方程式车辆的数据记录系统中,Harwin Gecko 连接处理信号引脚,而 Harwin Datamate Mix-tek 连接处理电源引脚。
检查一些现在使用这些连接器的汽车应用很有趣。在一个方程式赛车数据记录系统中,面临的挑战是在满足振动要求的同时最大限度地减轻重量。组件必须是现成的。该团队最终将 Gecko(G125 系列)连接器用于信号引脚,提供薄型双排互连,适用于PCB空间非常宝贵的区域中的堆叠和电缆配接。汽车上的电源连接是通过 Datamate Mix-Tek 连接。这些处理每个信号触点3 A(所有电气负载;每个单独触点 3.3 A)。它们采用四指触点设计,可在高振动和冲击下保持电气接触,并采用可承受 -55至+125℃温度范围的铍铜触点。
另一个汽车应用涉及绝缘金属基板 (IMS) PCB的插座。IMS板由铜电路层和导热环氧树脂预浸料制成,带有铝或铜基板。各层保持电气隔离(无电镀通孔),因此标准的穿板插座不适用。这种类型的电路板常见于需要散热的应用,例如EV电源管理模块和LED灯组。
在汽车应用中,需要一个位于PCB上方的支座插座,并通过表面贴装连接到电路板。多个插座组装到配接面板上的引脚上。连接器必须能够轻松地将两块板连接在一起。
在EV电源模块中,底部入口梧桐触点以倒置方向组装。它成为一个SMT PCB插座,连接远离组件的下层。
该应用使用了底部进入的Sycamore Contact,这种设计具有三个接触点,提供了曾经只有两件式组件才能提供的连续性和坚固性。需要注意的一点是,Sycamore连接器可以卷带包装,而两件式组件很少。Sycamore Contact是一款单件式SMT插座,外形小巧,PCB上方最多仅0.43毫米。它提供顶部和底部入口版本,接受1或1.5毫米直径的引脚并且是开放式的,因此插针深度不受限制。触点由铍铜制成,镀金,在-50至+125℃的温度范围内具有高导电性和耐用性。
在汽车应用中,连接器以倒置的方向组装。该连接成为一个SMT PCB插座,焊接连接远离组件的下层。不需要电镀通孔,仅需在插座下方留出一个通孔以留出端子引脚的长度。最终组装很容易与相对的PCB和端子引脚配合,使生产过程中的分装变得快速和简单。如果模块在测试过程中损坏,可以快速更换新模块,不会出现任何焊接或压接问题。
还有一些其他的EV应用值得审视。在一个案例中,公共停车场的充电器需要坚固耐用的设计来应对长期的环境暴露,如热、冷和潮湿。易于维护也是一个因素,板对板间距也是如此。在这里,Archer Kontrol连接器处理了任务,并在正确的配合高度。在另一个EV驱动系统中,逆变器中的控制板需要耐用的板对板连接,并且可以在很宽的温度范围内工作,同时价格具有竞争力。Archer Kontrol连接器凭借其耐高温和抗振性满足了这一需求。