从混合动力到电动汽车的电力互联

尽早选择原材料并确定母线或电源连接器安装的参数至关重要
作者：ENNOVI电源互连产品组合总监Dominik Pawlik
混合动力和电动汽车（EV）的持续发展将涉及提高逆变器、车载充电器、电池和牵引电机的性能和效率。对于混合动力车和电动汽车，重量和续航里程之间存在直接关系，因此汽车原始设备制造商（OEM）致力于使其车辆的每个组成部分，包括动力总成，更轻、更紧凑。


随着混合动力车和电动汽车的发展，它们的电气和电子系统变得更加广泛、复杂和笨重。汽车OEM一直在解决这个问题，最近开始青睐使用电源母线而不是传统的布线系统。
 

母线可以以多种不同的方式配置，OEM对机械设计、导体材料和绝缘方法的偏好各不相同。本文阐述了构建电源母线的复杂性，并讨论了OEM如何使用ENNOVI的尖端互连解决方案来减小尺寸和重量，提高性能和可靠性，同时降低总拥有成本（TCO）。
 
汽车用母线
我们提供的电源互连产品范围从非常小的压配合引脚到长达两米的母线。所有这些产品都是可定制的解决方案，使OEM能够根据需要完全自由地配置其车辆中的电子/电气系统。
电池组设计是一个值得注意的例子，说明了为什么需要这种灵活性。电池组不仅在尺寸方面，而且在电池的基本配置方面都在不断发展。来自不同OEM的不同电池组可能组合8个、10个甚至12个模块。ENNOVI与汽车制造商及其电池制造商密切合作，为圆柱形、棱柱形和袋状电池开发定制的电池间接触系统。
这已经迫使互连解决方案的提供商保持灵活性，但现在该行业正在从模块化电池组过渡到电池组到电池组（C2P）或电池到底盘（C2C）的设计——当然，这些设计因OEM而异——所有的互连都在再次发生变化。
在过去，有很多模块，它们转化为许多小母线，每条母线的尺寸都只有几厘米。现在，随着电池设计转向C2P或C2C，这些母线设计得到了扩展；有些已经长到两米了。因此，ENNOVI正在调整其工艺，并利用其内部设计能力来制造这些更大的母线。
 
母线变化
混合动力电动汽车中使用的母线解决方案与全电动汽车相似，但存在差异。混合动力汽车中的电池尺寸要小得多，电动机也是如此，它自然会对母线产生影响，母线可以更小，互连也很少。
从一个OEM到下一个OEM的变化延伸到材料选择和功能，这两者自然会使制造复杂化。一些OEM正在为母线添加功能；一个例子是添加电流传感器。
一个OEM的方法可能是只使用刚性母线，另一个可能更喜欢只使用柔性母线。这对材料选择有影响。一些OEM指定使用铝，而另一些则指定使用铜，尽管有迹象表明，由于铝的重量优势，该行业可能会将其标准化。铜和铝结合也是有原因的，我们稍后会讲到。



母线绝缘材料的选择要多得多，以防止触电、受潮和振动，而OEM之间对使用哪种材料的协议要少得多，尤其是在涉及到较新的C2P和C2C配置时。一些OEM更喜欢使用环氧粉末涂层，另一些则更喜欢热收缩包装带。一些OEM要求采用包覆成型或挤压成型的电源母线绝缘。
选择并没有就此结束。OEM可以从各种各样的连接器中进行选择，从电池接线盒开始。该单元管理来自电池组逆变器和充电系统的连接，充当网关，为车辆中的高压系统分配电力。顺便说一句，电池接线盒使用了另一种不同类型的母线，尽管它们可能相对简单，没有任何绝缘。
 
母线和热管理
另外，OEM正在逐步提高其电池组的电压，有些提高到800V，有些则超过800V，为车主提供更快的充电服务。当然，移动到更高的电压会影响母线。增加电压会降低电流，但更高的电压也会对绝缘材料的选择产生影响。
如果我们看看混合动力汽车，它们还需要针对电流和热性能进行优化的高效电动机。在过去，混合动力车中的电源母线相对简单，只有三相。但现在它们变得越来越复杂，因为有一个额外的相位来管理电感。
混合动力和电动汽车动力总成经常需要冷却，就像燃气动力汽车需要冷却一样，但偶尔电动汽车的某些部分实际上必须加热。因此，混合动力车和电动汽车的热管理已经很复杂，但当OEM减小逆变器、DC-DC转换器和车载充电器的尺寸时，这会使热管理更加复杂，甚至影响电力互联。
该行业正在评估各种聚合物和树脂材料如何应对这些新的热压。材料测试正在进行中，以确定最耐用、最可靠的材料。



母线干扰
振动是机动车的一个存在条件。为了补偿振动，一些OEM指定使用柔性母线。这些母线的灵活性取决于其尺寸和所需的公差。母线的中间通常是柔性部分，通常由非常薄的铜或铝层制成，然后将其两侧焊接到端子上。
在某些电动汽车上，每个轮毂上都有一个电动机，而在其他电动汽车上则有两个用于驱动前轮和后轮。通常，OEM正试图协调这些电动机的设计。因此，如果车辆有两个电机，他们将尝试使用相同的设计和母线，以最大限度地降低成本。也就是说，电动机的直径在尺寸上差异很大（目前最大的直径可达280毫米），不仅在任何给定的车辆内，而且在不同的汽车制造商之间也是如此。
 
ENNOVI互连
满足这些多样化的需求需要定制尺寸、形状、信号、功率等。这当然需要在设计阶段进行密切合作，这实际上意味着ENNOVI正在从二级过渡到一级。尽早将专有技术转让给原始设备制造商，以指导他们选择原材料，并确定母线或电源连接器的安装参数，这一点至关重要。
通常，这种合作从图纸开始，对设计进行可见性研究。我们与制造商合作，帮助他们指定公差、材料和互连，并确定要使用的最佳工艺。合作持续到原型阶段，然后到批量生产。
ENNOVI（前身为Interplex）为汽车行业服务了60多年，支持混合动力和全电动汽车的发展。两个主要应用领域是电力电子，包括逆变器、DC-DC转换器、车载充电器和控制器，以及动力总成，包括充电系统、电动机和电池组。


 
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