近日，韓國仁川發(fā)生了一起重大事故。一輛梅賽德斯-奔馳EQE電動汽車在地下停車場起火，致140余輛汽車受損，23人受傷。
今年4月，上海南浦大橋上一輛新能源車突發(fā)火災(zāi)被燒成空殼;6月一輛大眾ID.4型新能源汽車在杭州收費(fèi)站發(fā)生碰撞事故后起火，導(dǎo)致車上四名乘客遇難;......
然而，7月我國新能源乘用車正歷史性地以50.8%的滲透率首次超過燃油車，成為市場上真正的主流。
越來越高的普及率和諸多起令人悲痛的事故使我們不得不關(guān)注——在新能源汽車逐漸高壓化的平臺下，人的安全性該如何保障？
如何解決高壓平臺所帶來的電氣安全、熱管理和故障防護(hù)等安全問題，成為行業(yè)發(fā)展的重要課題。
▲梅賽德斯-奔馳EQE地下車庫著火 圖源/網(wǎng)絡(luò)新聞素材
▲梅賽德斯-奔馳EQE地下車庫著火 圖源/網(wǎng)絡(luò)新聞素材
本文將從平臺高壓化趨勢及安全隱患、高壓連接器技術(shù)、高壓連接器未來發(fā)展趨勢三個方面進(jìn)行解讀。
一、新能源汽車“高壓心跳”下的安全挑戰(zhàn)
01 | 為何電動汽車的升級要重點(diǎn)提升高壓平臺?
新能源汽車往高壓化趨勢發(fā)展主要是為了縮短充電時間、提升車輛能效，以及滿足消費(fèi)者對快速充電的需求�？斐浼夹g(shù)的核心在于提高整車充電功率，要提高整車充電功率，技術(shù)手段上要么加大充電流要么提高充電電壓。
而充電電流加大則意味著更粗更重的線束、更高的發(fā)熱量，容易面臨著熱失控的風(fēng)險(xiǎn)(熱失控風(fēng)險(xiǎn)是指由于化學(xué)反應(yīng)失控導(dǎo)致溫度和壓力急劇升高的潛在危險(xiǎn))，導(dǎo)致電池?fù)p壞、火災(zāi)甚至爆炸。
800V高壓平臺能通過提高電壓來增加充電功率，同時控制電流以減少熱量損失和熱失控風(fēng)險(xiǎn)。800V高壓平臺作為電動汽車技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵，不僅顯著提高了充電效率，還有助于減少能源消耗，代表著電動汽車行業(yè)的重要發(fā)展趨勢。
圖源包圖網(wǎng)
▲新能源汽車 圖源/包圖網(wǎng)
02 | 高壓平臺將帶來哪些安全問題？
高電壓對車輛的電氣系統(tǒng)和安全性能提出了更高的要求。
前面所提到的梅塞德斯-奔馳EQE起火事件，韓國相關(guān)部門調(diào)查披露，該輛車搭載的動力電池是鎳鈷錳 (NCM) 811電池。NCM811能量密度為190 mAh/g，具有高容量、價(jià)格低等優(yōu)勢，但其燒結(jié)條件苛刻、容易吸潮。
不同于燃油車，動力電池作為電動汽車的核心能量源，電壓一般為300~600V，稍有不慎，就會引發(fā)電擊、火災(zāi)等嚴(yán)重電氣事故。故而動力電池的設(shè)計(jì)和性能對車輛的安全性、可靠性和效率有著深遠(yuǎn)的影響。
而除此之外，高壓平臺還存在著以下風(fēng)險(xiǎn)。
l 析鋰現(xiàn)象
在鋰離子電池充電過程中，容易形成固態(tài)金屬鋰，堆積生成鋰枝晶，從而降低電池的能量密度和充放電效率，引發(fā)危險(xiǎn)。
l 熱管理問題
新能源汽車在高壓工作狀態(tài)下，電池、電機(jī)等關(guān)鍵部件會產(chǎn)生大量熱量，需要有效的熱管理系統(tǒng)來確保這些熱量得到及時散發(fā)，避免過熱導(dǎo)致的性能下降或安全風(fēng)險(xiǎn)。
l 電磁兼容問題
高壓平臺產(chǎn)生的電磁場可能對車輛其他電氣系統(tǒng)造成干擾，影響車輛正常運(yùn)行。
新能源電能變換技術(shù)領(lǐng)域?qū)＜摇憬髮W(xué)胡長生教授曾多次強(qiáng)調(diào)高壓平臺電磁兼容性的重要性。他提到，電壓提升導(dǎo)致干擾源強(qiáng)度增加，新器件的應(yīng)用也改變了電磁環(huán)境，這些因素可能惡化電磁兼容性，影響車輛安全和駕駛體驗(yàn)。
2024中國電子熱點(diǎn)解決方案創(chuàng)新（華南）峰會 胡長生教授
▲2024中國電子熱點(diǎn)解決方案創(chuàng)新(華南)峰會 胡長生教授
二、高壓連接器如何當(dāng)好安全“守門員”?
正如前文所提到新能源汽車與傳統(tǒng)汽車電路系統(tǒng)的不同，高壓架構(gòu)下的高壓連接器在環(huán)境溫度、載流能力、防護(hù)等級、抗振等級等規(guī)格參數(shù)方面，都有著更為嚴(yán)苛的要求。
整車上高壓連接器主要應(yīng)用于DC、水暖PTC 充電機(jī)、風(fēng)暖PTC、直流充電口、動力電機(jī)、高壓線束、開關(guān)、逆變器動力電池等系統(tǒng)。
在800V架構(gòu)中，連接器需滿足更嚴(yán)格的性能標(biāo)準(zhǔn)，包括高壓互鎖HVIL、IP67/68防水防塵、IP6K9K抗機(jī)械沖擊和化學(xué)侵蝕、V0級阻燃以及電磁兼容性EMC。
01 | 高壓互鎖
▲泰科HVA HD400集成HVIL功能 ©泰科官網(wǎng)
▲泰科HVA HD400連接器集成HVIL功能 ©泰科官網(wǎng)
高壓互鎖(HVIL)是一種安全設(shè)計(jì)，通過低壓信號檢測高壓電路的完整性，確保在高壓回路出現(xiàn)斷開或連接不穩(wěn)定時，如蓋板未正確覆蓋或連接器松動脫落，能夠及時切斷電源，防止?jié)撛诘陌踩L(fēng)險(xiǎn)。
高壓互鎖在檢測到異常時，會根據(jù)車輛狀態(tài)和故障嚴(yán)重性采取相應(yīng)控制措施。比如車輛停止時，高壓互鎖會向控制器發(fā)送信號以切斷高壓電源，并發(fā)出故障警告。若車輛在行駛中，高壓互鎖會先發(fā)出警告，然后逐步降低電機(jī)功率，平穩(wěn)減速，以避免突然斷電可能導(dǎo)致的危險(xiǎn)，確保安全。
高壓互鎖功能確保高壓連接系統(tǒng)的安全操作，要求在連接時功率端子先接通隨后互鎖端子接通，斷開時則相反。
帶有高壓互鎖的連接器在解鎖時遵循邏輯時序，其斷開時間取決于接觸長度差值和斷開速度。系統(tǒng)通常在10~100ms內(nèi)響應(yīng)互鎖端子回路，二次解鎖機(jī)制可延長斷開時間至1秒以上，防止帶電插拔產(chǎn)生安全風(fēng)險(xiǎn)。
在國產(chǎn)高壓連接器市場上，中航光電的高壓連接器產(chǎn)品占有率很高，其EVH2系列高壓互鎖連接器具備高壓互鎖、360°屏蔽、二次鎖緊及二級解鎖等功能。
中航光電 高壓互鎖連接器
▲中航光電 高壓互鎖連接器
02 | 電磁屏蔽
由于電動汽車中的電子器件在高頻率下產(chǎn)生磁場，整車零部件必須具備抗電磁干擾能力，特別是高壓系統(tǒng)的屏蔽連接器和電纜，對于防止EMC問題至關(guān)重要。為了有效管理電磁干擾，車規(guī)級高壓連接器及線束通常會配備電磁屏蔽層，將電動車電磁輻射水平限制在低水平。
例如，君灝新能源的過孔連接器符合USCAR，連接器產(chǎn)品具有360°屏蔽、高防護(hù)等級、高耐鹽霧等級等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)線束防退和防轉(zhuǎn)功能，連接器適用于配電盒、電機(jī)、電機(jī)控制器、PDU等設(shè)備的強(qiáng)電的出線連接。
03 | 絕緣監(jiān)測
根據(jù)big-bit產(chǎn)業(yè)研究室的調(diào)研，在高電壓大電流的情況下，高壓連接器的溫度升高不能超過額定值。在選擇外殼材料時要考慮重量、強(qiáng)度和是否易于加工，而且在不同溫度下連接器端子的材料性能如何保持穩(wěn)定性、如何保證必要的導(dǎo)電率等都需要考量。
在標(biāo)準(zhǔn)QC/T-1067下，連接器的絕緣性能通過兩項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)來確保：連接器絕緣電阻和連接器絕緣介電強(qiáng)度。
連接器絕緣電阻要求在500V電壓下，連接器內(nèi)部相鄰端子間的電阻達(dá)到2100MΩ，以保證足夠的電絕緣性。連接器絕緣介電強(qiáng)度測試則是在交流1000V或直流1600V的電壓下持續(xù)1分鐘，確保連接器相鄰端子之間以及端子與連接器塑料外殼之間不會出現(xiàn)介質(zhì)斷裂或擊穿，同時電流泄露控制在1mA以下，從而驗(yàn)證連接器的電氣絕緣性能符合安全標(biāo)準(zhǔn)。
04 | 防水防塵
新能源汽車涉水后，高壓動力系統(tǒng)以及其他零部件可能因?yàn)樯嫠苯訐p壞或降低絕緣性能，存在漏電風(fēng)險(xiǎn)，具有非常大的安全隱患，因此高壓連接器的防水性能也至關(guān)重要。
汽車整車分為干區(qū)和濕區(qū)。干區(qū)的連接器可以不需要這種密封特性，但濕區(qū)使用的連接器通常需要具備密封特性，以防止水分侵入。國標(biāo)QC/T 29106-2014標(biāo)準(zhǔn)下，濕區(qū)的連接器至少要滿足IPX7防水等級。
三、高壓化趨勢下的連接器有何演進(jìn)與挑戰(zhàn)？
▲第四代高壓連接器 圖源/線束工程師之家
▲第四代高壓連接器 圖源/線束工程師之家
第四代高壓連接器是目前應(yīng)用最廣泛的800V高壓連接器，集成了塑料外殼+屏蔽功能+高壓互鎖+二級解鎖機(jī)制，市場中主流的產(chǎn)品主要為280系列高壓連接器。
泰科AMP+ HVA 280系列高壓連接器設(shè)計(jì)了多種鎖扣配置和內(nèi)置高壓互鎖(HVIL)功能，從而實(shí)現(xiàn)更緊湊的封裝尺寸。
被廣泛運(yùn)用于東風(fēng)系新能源汽車中的君灝新能源JHEVS280 2連接器，同樣集成屏蔽互鎖功能，滿足IP6K9K、IP67等防護(hù)等級以及IP2XB電氣保護(hù)等級。
琥正電子FHV 2芯16-35方非屏蔽高壓連接器，主要用于新能源汽車的車載充電機(jī)、電池包、高壓配電盒、電機(jī)控制器、PTC、電池等部件間的高壓連接。
未來第五代高壓連接器將在第四代技術(shù)基礎(chǔ)上，集成先進(jìn)的冷卻解決方案，如液冷或風(fēng)冷系統(tǒng)，以提升能量傳輸效率，減輕重量，并增強(qiáng)產(chǎn)品的整體性能。
新能源汽車 圖源/包圖網(wǎng)
▲新能源汽車 圖源/包圖網(wǎng)
胡長生教授認(rèn)為，汽車的不斷高壓化對連接器技術(shù)人員提出了更高的要求，“一是因?yàn)閺?00V變到800V，甚至更高以后，以前車子上用的材料有很多的可能是不能用了；二是它的變換器的設(shè)計(jì)也會不一樣”。
那么，日漸高壓化的新能源汽車電壓平臺，將給連接器廠商帶來什么樣的挑戰(zhàn)?
精益達(dá)對此表示，高壓大電流對連接器需要高可靠性，同步取決于電池充放電數(shù)據(jù)。在固態(tài)電池技術(shù)不斷升級的情況下，進(jìn)一步加大工作電流，壓縮充電時間，這方面的連接器材料和結(jié)構(gòu)技術(shù)需要進(jìn)行持續(xù)升級。
君灝新能源則覺得連接器產(chǎn)品的測試與連接器安規(guī)認(rèn)證十分重要，只有不斷提高連接器測試要求，完善連接器生產(chǎn)工藝，增強(qiáng)連接器質(zhì)量管控水平，才能保證連接器產(chǎn)品高壓連接方面的優(yōu)化。而在連接器材料運(yùn)用方面，君灝新能源正積極拓展鋁導(dǎo)線、鋁棒、銅鋁排產(chǎn)品的應(yīng)用。
四、小結(jié)
總之，在新能源汽車發(fā)展得如火如荼的當(dāng)下，我們必須更加重視車輛的安全性能。
正如胡長生教授采訪中所說的“從對人類生命的尊重和崇高理念出發(fā)，人的生命是無價(jià)的”。新能源汽車在熱管理、電磁兼容性和環(huán)境耐受性測試等每一個環(huán)節(jié)，都需要通過最高的安全標(biāo)準(zhǔn)。
而在新能源汽車行業(yè)推動高壓連接器技術(shù)向輕量化、集成化發(fā)展的背景下，連接器廠商需不斷采用新材料、新工藝，并整合智能化技術(shù)，以提升連接器的安全性和性能，滿足行業(yè)對高壓連接器不斷增長的高標(biāo)準(zhǔn)需求，共同助力新能源汽車產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)發(fā)展。
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