只需要觀察一輛汽車上的幾處外觀設(shè)計，即可輕松判斷它是一輛電動汽車還是燃油汽車，因為電動汽車沒有排氣管，沒有前格柵，卻多了一個充電插座。

充電插座是電動車消費者經(jīng)常（甚至每天）會接觸到的部件，因而它的表現(xiàn)對于塑造消費者偏好、確保電動汽車的安全性、以及加快推動電動汽車的市場普及起著重要作用。

設(shè)計合理的充電插座能提供大電池所需的充電功率，縮短充電時間，從而緩解消費者的里程焦慮。充電插座的設(shè)計還應(yīng)該考慮到靈活性、可擴(kuò)展性和耐用性。這樣，整車廠家將能夠?qū)⒃摷夹g(shù)應(yīng)用于全球各地的車輛。充接口還應(yīng)該易于裝配和維修，并在必要時易于更換。

簡而言之，充電插座注定會對電動汽車的市場接受度和整車廠家在電動汽車領(lǐng)域的成功產(chǎn)生重大影響。

關(guān)鍵角色

未來幾年中的大部分電動汽車消費者都將是首次購買的新客戶，對他們而言，充電插座將成為他們?nèi)埋{駛體驗的一個關(guān)鍵因素。

以往，駕駛員把車駛?cè)爰佑驼荆恍鑾追昼娋涂杉訚M油，然后繼續(xù)他們的旅程。如今，電動汽車司機必須習(xí)慣更長的充電時間。在快速充電站，充電時間將持續(xù) 20 至 60 分鐘不等，而在家充電則需要耗時更久。

這對整車廠家來說是一系列新的挑戰(zhàn)。為了緩解消費者的里程焦慮，廠家為車輛安裝了體積更大的電池，也由此需要能夠安全地提供更大電流的充電插座，從而縮短充電時間，并根據(jù)充電插座的溫度反饋優(yōu)化充電效率。

同時，整車廠家也要求充電插座易于裝配和安裝，同時還能適應(yīng)各種要求（包括各種區(qū)域性標(biāo)準(zhǔn)、不同的電氣架構(gòu)和車輛平臺）。

此外，整車廠家還必須考慮到充電插座應(yīng)能經(jīng)受住時間的檢驗。技術(shù)人員將需要一種服務(wù)友好型設(shè)計，以避免復(fù)雜且成本高昂的維修程序，如更換整條線束。

作為電動汽車技術(shù)的一個決定性因素，充電插座需要智能化的設(shè)計方案，才能應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。

更快的充電速度

大多數(shù)充電插座都會提供兩個充電界面。第一個界面將交流電（AC）輸入車載充電器，車載充電器隨后將它轉(zhuǎn)換為直流電（DC）并為電池充電；這種方法通常僅適用于 11 kW 以下和較低電流的情景，所以，需要數(shù)小時才能充滿電。相比之下，第二個界面可使用直流電（DC）為電池充電，速度更快，對于當(dāng)前的汽車來說，完成充電需要通常不到一個小時。

發(fā)熱是實現(xiàn)快速充電的最大障礙。通過導(dǎo)體的電流越大，產(chǎn)生的熱量就越多。當(dāng)前，許多整車廠家都發(fā)布了標(biāo)準(zhǔn)，要求充電插座可持續(xù)提供 500A 的直流電流，并在將來可在短時間內(nèi)提供 800A 甚至更大的電流。除非管理得當(dāng)，否則如此大的電流所產(chǎn)生的熱量會對組件造成損壞。

整車廠家可以借助兩種手段來應(yīng)對這一挑戰(zhàn)。

01

溫度感應(yīng)

第一種手段是準(zhǔn)確而快速的溫度感應(yīng)。通常而言，為了保護(hù)可能觸碰到充電插座的消費者，法規(guī)規(guī)定其總工作溫度上限不得超過 90°C。憑借先進(jìn)的溫度感應(yīng)技術(shù)，系統(tǒng)可以精確跟蹤終端溫度，防止溫度飆升至 90°以上的發(fā)熱失控情形發(fā)生。

為了給電池提供最大的充電功率，為系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的溫度感應(yīng)反饋至關(guān)重要。挑戰(zhàn)在于，盡管溫度傳感器可以嵌入到充電插座中，但根據(jù)電氣絕緣安全的要求，傳感器無法直接接觸熱源。這種分離會導(dǎo)致感應(yīng)時間延遲，以及熱源和傳感器之間存在一定溫度差異。

如果數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，充電系統(tǒng)就無法發(fā)揮其全部潛能。充電系統(tǒng)軟件必須保守地控制充電率，以解決時間延遲和溫度誤差帶來問題。

一些設(shè)計能夠?qū)@些限制進(jìn)行彌補，使誤差低至 3°C，時間延遲短至可忽略不計。通過這些設(shè)計，系統(tǒng)軟件能夠?qū)崿F(xiàn)實時自適應(yīng)充電，始終將功率保持在最高水平。

02

冷卻

第二種解決快充產(chǎn)生的過熱問題的手段是采用冷卻技術(shù)。

雖然很多基礎(chǔ)設(shè)施充電站的設(shè)備中都搭載了冷卻措施，但由于直流充電端子和匯流排的位置在車上充電插座內(nèi)側(cè)，這些冷卻措施對汽車端的影響可以說是微乎其微。另一方面，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的端子尺寸也不足以支持整車廠家希望在未來能夠達(dá)到的充電功率水平，這也構(gòu)成了另一個挑戰(zhàn)。添加較粗的電纜可以從插座端子中抽走熱量，但在端子和電纜的尺寸存在差異的情況下，這只能在一定程度上發(fā)揮作用。

只有對充電端子進(jìn)行冷卻才能達(dá)到未來所需的功率水平。這種冷卻可以是被動冷卻，或主動冷卻。

被動冷卻由電源終端周圍的“灌封”材料幫助帶走熱量。然而，添加灌封材料或吸熱設(shè)備可能會增加構(gòu)建線束或維修接口的難度。另一方面，盡管灌封材料或散熱片可以帶走終端的熱量，但這種被動冷卻的方法只能通過周圍的空氣散熱，無法進(jìn)一步冷卻降溫。結(jié)果，大部分熱量就會駐留在材料塊中，在環(huán)境溫度較高的情況下更是如此。

相比較而言，主動冷卻可以使系統(tǒng)能夠在更長時間內(nèi)接受更大的電流。設(shè)計人員可以讓冷卻液流經(jīng)充電端子的附近，借此降低溫度。充電端子（或針腳）相鄰的匯流排上連接有冷卻板，這樣冷卻液就可以通過冷卻板帶走熱量。采用主動冷卻時，插座周圍的空氣就變得不那么重要了；也就是說，溫度的升高只與冷卻液的溫度有關(guān)，并且在很大程度上不受環(huán)境溫度的影響。

安波福進(jìn)行的測試表明，電流為 500A 時，這種技術(shù)可以長期將端子的溫升限制在可接受范圍內(nèi)。在沒有采用主動冷卻的情況下，500A 電流的運行時長將被限制在 10 到 15 分鐘。

結(jié)合實時溫度感應(yīng)，主動冷卻技術(shù)允許整車廠家控制向電池輸入的最大功率。雖然這會在一定程度上增加復(fù)雜性和成本，不過，由于汽車中的許多系統(tǒng)也有冷卻需求，如逆變器、電池、轉(zhuǎn)換器等電力電子設(shè)備，因此汽車中或許會有共享的冷卻劑可供使用。

在更長的時間內(nèi)運行更大的電流是縮短充電時間的關(guān)鍵。簡化示例（忽略電池降額效應(yīng)）顯示，對于電動汽車來說，400V 電壓下（預(yù)計不久的將來電動汽車的電壓將達(dá)（400V），電流為 500A 時，可以在 30 分鐘內(nèi)為 100 kWh 的電池充滿電。隨著一些汽車平臺向 800V 電壓發(fā)展，充電時長可能會縮短到約 10 分鐘，幾乎相當(dāng)于當(dāng)前需要在加油站加油而停留的時長。

靈活性

與此同時，全球整車廠家正在各個市場尋求實現(xiàn)汽車電氣化。為了有效且經(jīng)濟(jì)地實現(xiàn)這一目標(biāo)，他們將需要適用于各個地區(qū)和各種汽車配置的充電插座技術(shù)。

對靈活性的一個要求是要適應(yīng)不同的地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)。北美、歐洲和亞洲都實施不同的交流和直流汽車充電接口標(biāo)準(zhǔn)。秉承行業(yè)一貫的設(shè)計理念，整車廠家應(yīng)該考慮配有多種通用組件、同時可以適用多種標(biāo)準(zhǔn)的充電插座。他們還應(yīng)該考慮在同一種汽車配置和硬件的基礎(chǔ)上兼容不同地區(qū)的充電插座，這也是全球性汽車平臺必須考慮的一個關(guān)鍵問題。

對靈活性的另一個要求是同一個充電插座技術(shù)要適用于不同車型，盡管每款車型的電氣架構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)都不盡相同。

例如，根據(jù)某款車型的物理配置，封裝時可能需要將高壓電纜或匯流排向左或向右出線，而在別的車型上卻要求徑直向下布線，甚至直接鋪設(shè)回車內(nèi)。如果充電插座可以輕松支持不同平臺上的各種布線方向，整車廠家將有機會實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)，因為他們可以在多個平臺上重復(fù)使用插座的核心組件。

同樣，不同的車型上插座面板的形狀和安裝位置可能會有所不同。整車廠家可能希望在面板上安裝不同的徽標(biāo)或配置 LED 燈。模塊化設(shè)計可以適應(yīng)以上各種情況并保留通用組件。

整車廠家還可能需要選擇使用高壓匯流排而不是電纜將充電插座的直流端連接到電池。與具有相同橫截面面積的電纜相比，高壓匯流排能夠承載更大的電流，因而日益受到青睞。它們還可以解決車內(nèi)某些復(fù)雜空間內(nèi)使用線纜難以彎曲和布線問題，還有利于自動化裝配的實現(xiàn)。

整車廠家應(yīng)考慮到的另一個可能對生產(chǎn)成本帶來顯著影響的問題是如何方便總裝布線的一級供應(yīng)商展開生產(chǎn)。

充電插座是一個復(fù)雜的裝置，其中包含多個零部件和連接器，且這些零件既有低壓又有高壓。有些上游供應(yīng)商將充電插座以零散和未裝配部件的形式交付給線束供應(yīng)商。雖然這些插座的價格在生產(chǎn)上游可能較低，但是，由于更長的工時、更復(fù)雜的布線設(shè)計以及潛在的質(zhì)量問題，使總體成本集中在了生產(chǎn)下游。相比之下，模塊化設(shè)計可以顯著減少充電插座的封裝工程量，既降低總成本，也可以保證質(zhì)量。

便于維修

電動汽車已成為市場的選擇，電動汽車市場也正迸發(fā)出蓬勃生機。波士頓咨詢集團(tuán)的數(shù)據(jù)顯示，短短 14 年內(nèi)，電動汽車將占新車銷售總量的45%。銷售量激增的同時，服務(wù)缺口也將隨之而來。

最近的一項研究表明，只有 3%的汽車技術(shù)人員清楚如何維修電動汽車。許多修配廠沒有配備相應(yīng)的維修設(shè)備，或者認(rèn)為無需就此培訓(xùn)員工，因為與汽油或柴油車相比，電動汽車的維護(hù)需求更小。

此外，技術(shù)人員還可能會因為電動汽車上隨處可見的“高壓”警告標(biāo)識而望而卻步。盡管電動汽車維護(hù)需求較低，但由于頻繁使用（甚至不當(dāng)操作），它們?nèi)匀恍枰S護(hù)維修。充電插座是最經(jīng)常使用的部件之一，會出現(xiàn)正常的磨損。雖然現(xiàn)在的接口都很耐用，但它們也可能受到清潔劑、高壓水槍、暴力操作等不當(dāng)使用形式帶來的損害。幾乎每家制造商都可以證明，人類在發(fā)明創(chuàng)造提高生活質(zhì)量的產(chǎn)品方面擁有驚人的創(chuàng)造能力，但也有與之相媲美的破壞能力。

考慮到這一點，整車廠家應(yīng)將充電插座看作一個需要方便維護(hù)的組件，它的設(shè)計裝配應(yīng)該讓維修技術(shù)人員無需拆除整個線束系統(tǒng)就可以進(jìn)行更換。

為插座配置合適的連接器可以解決這個問題。它允許技術(shù)人員通過拔掉線纜和卸下匯流排的螺栓等一系列簡單步驟就可以拆掉插座部件。為交流充電線束增配一個直通式連接器可以方便輕松地更換插座端子。這種方法可以取代耗時且昂貴的維修程序，同時避免損壞充電線束的其余部分。

競爭優(yōu)勢

憑借在高壓電氣化方面的深厚專長，安波福深刻了解下一代電氣架構(gòu)的特殊需求。我們清楚如何高效地制造電氣元件、利用前沿技術(shù)實現(xiàn)最大效益，以及構(gòu)建靈活耐久的創(chuàng)新解決方案。今天，我們將這種專長運用在了充電插座領(lǐng)域。

幾十年來，消費者一直依據(jù)汽車從靜止?fàn)顟B(tài)加速到每小時 100 公里所需時間來衡量車輛性能。隨著電動汽車時代的來臨，充電時間的長短將會是衡量電動車性能的一個重要指標(biāo)。如果一位車主的運動型汽車充電時間需要 30 分鐘，那么他可能會艷羨另一款可以在 10 或 15 分鐘內(nèi)完成充電并再次上路的運動車型。速度仍然是重要的衡量因素，只是現(xiàn)在人們不僅關(guān)心汽車的加速度，還關(guān)心汽車離開路面后多快能再回到路面。

在這個對比中，充電插座將扮演重要的角色。能夠安全而快速地為大功率電池充電的充電插座將成為面向未來打造優(yōu)質(zhì)車輛的重要一環(huán)。

審核編輯：劉清

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原文標(biāo)題：為什么充電插座對電動車創(chuàng)新至關(guān)重要

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