运动中的能源：电动汽车和智能能源的未来

来源：线束世界•作者：线束世界•2024-11-07 13:56

运动中的能源：电动汽车和智能能源的未来

电动汽车中的各种应用要求连接能够以尖端的高速运行，并能够承受环境恶劣的条件，以始终如一地支持车辆电池和电机之间的信号。

没有人知道旅行期间可能会出现哪些安全挑战。航班可能会因湍流或天气模式的突然变化而中断。行人、动物和意外的碎片会影响道路上的车辆。车辆对这些危险做出尽可能接近即时的反应能力取决于软件设计以及组件维持内部计算能力、高速信号和数据传输速率的总能力。坚固的组件在保持车辆行驶的同时实施突然的道路决策，从而相应地成功管理车辆加速和功率消耗。电动汽车中的各种应用要求连接能够以尖端的高速运行，并能够承受环境恶劣的条件，以始终如一地支持车辆电池和电机之间的信号。

电动汽车电源管理和智能电源 – 逆变器

汽车逆变器中内部单元的图示示例，显示了多个PCB配置中的各种组件连接

交通运输中的电子应用包括需要尖端高速能力的应用，以及对环境稳健和宽容连接有更大要求的其他应用。装有PCB的单元离振动相对稳定的汽车驾驶室越远，并且该单元离道路和发动机越近，条件就越恶劣。这些PCB需要具有承受极端温度和极端振动的耐力的连接器。汽车逆变器就是这样一种应用，这是过去内燃机中不是必需的关键设备。

所有混合动力和全电动汽车必须包含至少一个或多个电池，为推进电机提供动力。逆变器是一种允许电池和电机协作的装置，成功地使车辆开始运动。逆变器支持多种功能，其中主要是将电池中的高压和大电流直流（DC）电转换为交流电（AC），然后通过电缆发送到电机。逆变器和电池管理系统必须确保最佳性能，同时避免电气过载、过压和过热。

车辆前端连接器面临的一个主要挑战是振动。与常见的单刀片和弹簧设计相比，具有专门设计触点的连接器可以吸收冲击和振动，具有卓越的接触可靠性。更强大的选项是那些具有双梁触点、双面或“雌雄同体”触点、压接触点以及带有焊接板锁的选项。

Fig-2-Variants-and-Contacts-of-One27-1-27-mm-768x249.png

1.27mm间距One27连接器的变体具有隔热层，可在汽车应用中承受 -55°C至+125°C的温度波动。由于它们的双梁接触和刮水长度的高公差补偿，它们还可以承受道路振动。具有1.27mm间距的小巧而隐蔽的连接器也可以坚固耐用，能够支持复杂的数据需求

现代设计总体上需要安装大量更小的连接器，这导致逆变器中通常寻求间距为1.27mm、0.8mm或 0.5mm的连接器。更紧凑的组件和组件也意味着公差链越来越长。为了在PCB板上安装多种连接而不导致信号损失，连接器必须在组装和操作过程中补偿更大的公差。

在如此小的PCB空间上放置这12个连接器对于过去的连接器来说是不可能的设计。由于其独特的触点设计和外壳，ept的Zero8 0.8mm16+Gb/s连接器在水平和对角线上具有0.4mm的高公差补偿，在垂直方向上高达2.3mm，使这种独特的配置成为可能

零部件吸收 “X”、“Y” 和 “Z” 轴错位的能力称为其 “float” 能力。通常，行业标准是+或–0.5mm的浮子和约2°的错位补偿。使用超过这些标准的连接器可以大大提高设计的灵活性。高浮动容差降低了焊接部件上应力开裂的风险，防止触针畸形，并防止在配接和操作过程中丢失信号或损坏

陆地和飞行中HPC（高性能计算）的趋势

汽车消费者越来越熟悉技术，技术在驾驶座上发挥着积极作用。尽管对消费市场来说仍然是相对较新的技术，但在美国购买的大多数2023年新车型都提供了各种驾驶员辅助计划，例如由技术指导的转向、加速、停车或制动辅助。主动驾驶辅助系统正在成为可选功能，很快将成为标准功能。

支持电动汽车、人工智能、物联网、5G+数据速率、车辆到网络通信、4K高清信息娱乐系统趋势的硬件挑战，以及日益增长的可用性和对自动驾驶的依赖，给电子设备带来了巨大的压力，他们需要以无可挑剔的高功率数据处理速度运行，同时又无法穿透信号的潜在干扰源。

内部通信 – 高速响应的相机和传感器

“视觉”数量示例，包括重叠的摄像头、雷达、激光雷达和超声波传感器，这些传感器必须在车辆系统内紧密运行，以传输信息和计算战略反应

技术不仅需要“看到”危险，还需要计算最合适的行动方案以快速做出反应。由于环境分析的复杂性，这说起来容易做起来难。新技术以网格布局的形式“看到”周围环境，使用大量必须不断分析和处理的单个数据点。编程必须能够区分对象，例如识别人、树、路标、红绿灯和其他车辆之间的区别。内部计算单元必须估计传入的内容，然后制定避障或交互的最佳策略。必须在一秒钟内管理数千个数据更正，需要持续可靠的连接来发送信息。

使用ept的SMT 0.5mm间距Colibri 16Gb/s+高速连接器的无人机图像。对于最前沿的无人驾驶飞行模型，对更快25Gb/s+版本的连接器的需求越来越大

10-16+Gb/s的要求在汽车电动汽车中已变得司空见惯，而飞行应用则寻求16-25+Gb/s的更高速度。对于无人机应用，飞机不仅必须保持飞行，还必须对飞行路线的变化做出快速反应，快速调用地图，并通过主动连接卫星来维护GPS。安装的摄像机和传感器系统不断比较输入的实时馈送以执行任务。当前支持AI的复杂无人机应用的一些示例包括对不断变化的天气模式运行诊断和识别视觉异常情况，以确定是否需要对基础设施进行维修。

同时处理多个连接需要大量的高速和数据处理能力。这是一个巨大的计算负载，必须在几秒钟内完成，并且只有具有高速能力的组件才能在此类环境中使用。高速连接器将信息从集成电路（IC）传输到传感器、音频接口、显卡和整体数据通信功能等应用中。信息必须从A点到B点，而连接器是将信息带到那里的。

单元和模块中的有限安装空间不仅限于逆变器;这也是整个车辆中PCB的一个普遍问题。为了在不牺牲性能的情况下满足技术需求，所选高速连接器的尺寸必须进一步减小，同时保持或最好提高性能。解决这个问题的方法之一是表面贴装技术（SMT）。与press-fit技术相比，SMT可以在PCB的两侧实现更小的网格和组装。

Fig-6-Comparison-of-a-shielded-vs-unshielded-connectors.png

一个屏蔽连接器（上）和两个非屏蔽连接器（下）的比较。屏蔽选项不仅可以防止来自附近连接器的干扰，还可以防止其自身的信号干扰周围的连接

即使是对高速连接器信号的最小干扰也足以在数据传输过程中造成广泛的通信错误。来自传感器的错误测量信号和意外的控制命令可能会导致不可接受甚至危险的情况，尤其是在使用安全功能的情况下。通过带有内置屏蔽的连接器进行EMC保护，以防止来自周围电子设备的不请自来的干扰，包括屏蔽附近区域存在的其他连接器的潜在干扰。

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