只需要觀察一輛汽車上的幾處外觀設(shè)計(jì)，即可輕松判斷它是一輛電動(dòng)汽車還是燃油汽車，因?yàn)殡妱?dòng)汽車沒(méi)有排氣管，沒(méi)有前格柵，卻多了一個(gè)充電插座。

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

設(shè)計(jì)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(shí)間，從而緩解消費(fèi)者的里程焦慮。充電插座的設(shè)計(jì)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(shí)易于更換。

簡(jiǎn)而言之，充電插座注定會(huì)對(duì)電動(dòng)汽車的市場(chǎng)接受度和整車廠家在電動(dòng)汽車領(lǐng)域的成功產(chǎn)生重大影響。

關(guān)鍵角色

未來(lái)幾年中的大部分電動(dòng)汽車消費(fèi)者都將是首次購(gòu)買的新客戶，對(duì)他們而言，充電插座將成為他們?nèi)埋{駛體驗(yàn)的一個(gè)關(guān)鍵因素。

以往，駕駛員把車駛?cè)爰佑驼?，只需幾分鐘就可加滿油，然后繼續(xù)他們的旅程。如今，電動(dòng)汽車司機(jī)必須習(xí)慣更長(zhǎng)的充電時(shí)間。在快速充電站，充電時(shí)間將持續(xù) 20 至 60 分鐘不等，而在家充電則需要耗時(shí)更久。

這對(duì)整車廠家來(lái)說(shuō)是一系列新的挑戰(zhàn)。為了緩解消費(fèi)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(shí)間，并根據(jù)充電插座的溫度反饋優(yōu)化充電效率。

同時(shí)，整車廠家也要求充電插座易于裝配和安裝，同時(shí)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(tái)）。

此外，整車廠家還必須考慮到充電插座應(yīng)能經(jīng)受住時(shí)間的檢驗(yàn)。技術(shù)人員將需要一種服務(wù)友好型設(shè)計(jì)，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(dòng)汽車技術(shù)的一個(gè)決定性因素，充電插座需要智能化的設(shè)計(jì)方案，才能應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。

更快的充電速度

大多數(shù)充電插座都會(huì)提供兩個(gè)充電界面。第一個(gè)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(shí)才能充滿電。相比之下，第二個(gè)界面可使用直流電（DC）為電池充電，速度更快，對(duì)于當(dāng)前的汽車來(lái)說(shuō)，完成充電需要通常不到一個(gè)小時(shí)。

發(fā)熱是實(shí)現(xiàn)快速充電的最大障礙。通過(guò)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(lái)可在短時(shí)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(huì)對(duì)組件造成損壞。

整車廠家可以借助兩種手段來(lái)應(yīng)對(duì)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(fèi)者，法規(guī)規(guī)定其總工作溫度上限不得超過(guò) 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(wú)法直接接觸熱源。這種分離會(huì)導(dǎo)致感應(yīng)時(shí)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(wú)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(shí)間延遲和溫度誤差帶來(lái)問(wèn)題。

一些設(shè)計(jì)能夠?qū)@些限制進(jìn)行彌補(bǔ)，使誤差低至 3°C，時(shí)間延遲短至可忽略不計(jì)。通過(guò)這些設(shè)計(jì)，系統(tǒng)軟件能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)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(guò)熱問(wèn)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(duì)汽車端的影響可以說(shuō)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(lái)能夠達(dá)到的充電功率水平，這也構(gòu)成了另一個(gè)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(duì)充電端子進(jìn)行冷卻才能達(dá)到未來(lái)所需的功率水平。這種冷卻可以是被動(dòng)冷卻，或主動(dòng)冷卻。

被動(dòng)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(huì)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(dòng)冷卻的方法只能通過(guò)周圍的空氣散熱，無(wú)法進(jìn)一步冷卻降溫。結(jié)果，大部分熱量就會(huì)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(dòng)冷卻可以使系統(tǒng)能夠在更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)接受更大的電流。設(shè)計(jì)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(guò)冷卻板帶走熱量。采用主動(dòng)冷卻時(shí)，插座周圍的空氣就變得不那么重要了；也就是說(shuō)，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(cè)試表明，電流為 500A 時(shí)，這種技術(shù)可以長(zhǎng)期將端子的溫升限制在可接受范圍內(nèi)。在沒(méi)有采用主動(dòng)冷卻的情況下，500A 電流的運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)將被限制在 10 到 15 分鐘。

結(jié)合實(shí)時(shí)溫度感應(yīng)，主動(dòng)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(huì)在一定程度上增加復(fù)雜性和成本，不過(guò)，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(huì)有共享的冷卻劑可供使用。

在更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)運(yùn)行更大的電流是縮短充電時(shí)間的關(guān)鍵。簡(jiǎn)化示例（忽略電池降額效應(yīng)）顯示，對(duì)于電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō)，400V 電壓下（預(yù)計(jì)不久的將來(lái)電動(dòng)汽車的電壓將達(dá)（400V），電流為 500A 時(shí)，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(tái)向 800V 電壓發(fā)展，充電時(shí)長(zhǎng)可能會(huì)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(shí)長(zhǎng)。

靈活性

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

對(duì)靈活性的一個(gè)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(shí)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(jì)理念，整車廠家應(yīng)該考慮配有多種通用組件、同時(shí)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(tái)必須考慮的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

對(duì)靈活性的另一個(gè)要求是同一個(gè)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(shí)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(tái)上的各種布線方向，整車廠家將有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)，因?yàn)樗麄兛梢栽诙鄠€(gè)平臺(tái)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(huì)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(jì)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(wèn)題，還有利于自動(dòng)化裝配的實(shí)現(xiàn)。

整車廠家應(yīng)考慮到的另一個(gè)可能對(duì)生產(chǎn)成本帶來(lái)顯著影響的問(wèn)題是如何方便總裝布線的一級(jí)供應(yīng)商展開(kāi)生產(chǎn)。

充電插座是一個(gè)復(fù)雜的裝置，其中包含多個(gè)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(jià)格在生產(chǎn)上游可能較低，但是，由于更長(zhǎng)的工時(shí)、更復(fù)雜的布線設(shè)計(jì)以及潛在的質(zhì)量問(wèn)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(jì)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(dòng)汽車已成為市場(chǎng)的選擇，電動(dòng)汽車市場(chǎng)也正迸發(fā)出蓬勃生機(jī)。波士頓咨詢集團(tuán)的數(shù)據(jù)顯示，短短 14 年內(nèi)，電動(dòng)汽車將占新車銷售總量的45%。銷售量激增的同時(shí)，服務(wù)缺口也將隨之而來(lái)。

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

此外，技術(shù)人員還可能會(huì)因?yàn)殡妱?dòng)汽車上隨處可見(jiàn)的“高壓”警告標(biāo)識(shí)而望而卻步。盡管電動(dòng)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(huì)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(lái)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(diǎn)，整車廠家應(yīng)將充電插座看作一個(gè)需要方便維護(hù)的組件，它的設(shè)計(jì)裝配應(yīng)該讓維修技術(shù)人員無(wú)需拆除整個(gè)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(gè)問(wèn)題。它允許技術(shù)人員通過(guò)拔掉線纜和卸下匯流排的螺栓等一系列簡(jiǎn)單步驟就可以拆掉插座部件。為交流充電線束增配一個(gè)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(shí)且昂貴的維修程序，同時(shí)避免損壞充電線束的其余部分。

競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)

憑借在高壓電氣化方面的深厚專長(zhǎng)，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(shí)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(zhǎng)運(yùn)用在了充電插座領(lǐng)域。

幾十年來(lái)，消費(fèi)者一直依據(jù)汽車從靜止?fàn)顟B(tài)加速到每小時(shí) 100 公里所需時(shí)間來(lái)衡量車輛性能。隨著電動(dòng)汽車時(shí)代的來(lái)臨，充電時(shí)間的長(zhǎng)短將會(huì)是衡量電動(dòng)車性能的一個(gè)重要指標(biāo)。如果一位車主的運(yùn)動(dòng)型汽車充電時(shí)間需要 30 分鐘，那么他可能會(huì)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(yùn)動(dòng)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(kāi)路面后多快能再回到路面。

在這個(gè)對(duì)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(lái)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(duì)電動(dòng)車創(chuàng)新至關(guān)重要

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