如何為中電壓汽車架構選擇 48 V 連接器

政府要求降低 CO₂排放，消費者也對汽車電子產品有更高需求，使得汽車系統架構需從 12 V 轉移至更高效率的 48 V。這些中電壓架構可進行更高電力傳輸，並達到更輕量、更低成本的佈線線束。

如何確保連接器符合 48 V 系統嚴格的電氣、安全、可靠性和實體要求，同時滿足成本和上市時間限制，將是設計人員面臨的挑戰。解決方法是需先瞭解中電壓汽車架構的操作、監管、安全要求，再選擇合適的供應商。

本文回顧 48 V 架構的優勢，並概述選擇合適的連接器時會面臨的挑戰。接著介紹 Molex 合適的解決方案，並說明如何在實際場景中運用。

48 V 汽車架構的優勢

汽車製造商可以實作輕度混合動力系統，透過轉用中電壓架構，在煞車和滑行其間回收能量。此外，還可以部署增強型啟停系統，以減少城市駕駛和交通擁堵時的消耗的燃油。此外，由於更高的電壓允許使用更輕、線規更細的電線，以更低的電流提供相同的功率，因此 48 V 系統可以減輕車輛重量。所有這些因素可顯著節省燃油，尤其是小型車輛。

但還需要更高功率的線束來適應電動輔助轉向、空調等組件的電氣化，以及採用主動式巡航控制和車道維持輔助等先進駕駛輔助系統 (ADAS) 。轉換至 48 V 架構將可滿足此需求，但不會產生與全混合動力電動車 (HEV) 和全電動車 (BEV) 中使用的高壓系統 (即 400 V 及以上) 相關的成本和複雜性。

48 V 架構還可作為車輛達到更高電氣化的橋樑，允許逐步整合混合動力技術，而無需進行徹底的電氣翻修。即使在全電動汽車中，這些中電壓系統仍然具有價值，以融入 Cybertruck 等設計為證。

48 V 連接器的成本考量

48 V 架構應使用哪一種電氣連接系統？可透過研究電壓增加所帶來的技術挑戰決定。

在技術上，可選擇採用專為電動和混合動力汽車開發的高壓連接器，但出於成本和封裝空間考量，並不建議這麼做。反而是為中電壓架構採用 12 V 連接器，在成本和尺寸方面都提供優勢。

值得一提的是，並非所有車輛系統都會轉用 48 V。一些功耗較低的小型裝置將維持 12 V。在 12 V 和 48 V 系統之間使用相同的連接器，對於簡化工具和技術人員培訓都非常實際。

以 Molex 的 MX150 中電壓連接器系統 (圖 1) 為例，說明這些設計原則。這些連接器與經過現場實證的低電壓 MX150 連接器具有相同的外形尺寸。MX150 中電壓連接器使用與 12 V 連接器系統相同的封裝尺寸和外殼設計，因此能夠以最少的設計工程，直接升級到 48 V 佈線架構。

圖 1：MX150 中電壓連接器系統的連接器與經過現場實證的低電壓 MX150 連接器具有相同的外形尺寸。(圖片來源：Molex)

MX150 中電壓連接器系統目前包含五種不同的配置，如表 1 所示。包括雙排 33482 插片連接器和對應的雙排 300361 插座，以及單排 300363。

表 1：MX150 中電壓連接器系統的主要規格。(表格來源：Molex，經 Kenton Williston 修改)

48 V 連接器的安全注意事項

儘管 12 V 是中電壓連接器的良好起點，但轉換至 48 V 的挑戰並不小。尤其需注意電弧放電。

在 12 V 系統中，電路斷開時，小電弧通常會很快熄滅。然而，在 48 V 電壓下，電弧會持續更久，有可能對端子和外殼造成嚴重損壞。為了減輕這種風險，端子必須有足夠的間距，以滿足 DIN EN 60664-1 中規定的沿面距離和電氣間隙要求，此標準規定低電壓系統內設備的絕緣協調。

沿面距離是指沿著絕緣表面的兩個導電點之間的最短路徑，而間隙表示導體之間的最短空氣路徑。這些規格非常重要，以確保防護高達 60 V (過壓範圍上限)。

有效的端子二次鎖定也十分重要，可防止端子推出 (TPO)；端子推出會導致緩慢或間歇性電源斷開。如此可能會引發微電弧，損壞鍍層或端子基體金屬，導致高電阻或熔接連接。

也需注意連接器的密封。將 48 V 連接器暴露於鹽水等電解質中，會引發劇烈的電化學反應，比 12 V 連接器的反應更嚴重。為了防止此類損壞和短路，必須使用符合適當污染等級 (通常為 USCAR-2 密封 Class 2 以上) 的連接器。

圖 2 顯示在 3003610011 中如何實作這些設計原理。此雙排中電壓母座具有 20 個電路。搭配的連接器公座是 0334822423。

圖 2：MX150 中電壓連接器系統包含多種功能，可確保安全且可靠的連接。圖為具有 20 個電路的 3003610011 雙排母座。(圖片來源：Molex)

MX150 連接器已預先組裝好連接器外罩、密封件、端子定位保證 (TPA) 組件，可簡化安裝和維護。圖 2 連接器的主要特點：

• 端子定位保證可將端子牢固鎖定在外罩中，避免移位
• 輔助連接器定位保證 (CPA) 鎖可確保安全連接，並防止在劇烈振動或衝擊下意外脫離
• 整合式密封墊和環即使在水下也能確保安全效能，無需單獨的纜線密封件
• 索環蓋可增強對密封墊的保護並確保端子正確對齊，維持連接的完整性

混合電壓設計注意事項

在混合電壓系統中必須採用特殊的預防措施，以防止電流在中電壓和低電壓電路之間流動。最有效的策略是為每個電壓等級使用獨立的連接器，避免將兩種電壓整合在同一連接器內。此外，汽車產業也對 48 V 連接器採用淺藍色顏色編碼，以明確區分 12 V 連接器。

這種顏色編碼的起源可追溯到電動堆高機；電動堆高機長期使用不同電壓的電池。制訂顏色準則可避免錯誤，而各產業也跟進，於 48 V 連接器採用藍色顏色編碼。

此系統搭配既有的橘色連接器和佈線 (高電壓系統) 進行協同工作。此顏色編碼可清楚表明需要特定安全預防措施的組件，確保在適當的安全訓練和個人防護裝備 (PPE) 下才會可處理。

製造和適用性注意事項

中電壓連接器有電弧風險，因此必須在其設計中達到可靠的製造和維修。USCAR-21 定義此要求，規定了汽車應用中纜線至端子電氣壓接的測試方法和標準。

USCAR-21 的關鍵之一是拉力測試，包括對壓接連接施加一致的拉動速率以評估其抗拉強度。此測試可確保壓接件在使用壽命期間能耐受機械應力。此規範也強調在壓接過程中使用精確加工和製程的必要性。

此外，建議採用經 General Motors 制定的 GMW3191 綜合標準認證的連接器。此標準概述汽車電氣連接器的測試和驗證要求，確認其在苛刻條件下的可靠性和耐用性。

Molex 的 MX150 組裝與維修注意事項

連接器必須先端接佈線，才能完成組裝。以 MX150 連接器公座組件為例，線束必須端接至 330000001 接片。同樣地，佈線必須端接至母座的 33001 或 33012 系列矩形連接器接點。

無論哪種情況，都必須將端接的電線推入連接器，直到固定。如果電路位置必須留空，則應在公端側使用 343450001 塞頭填充間隙。

可採用 Molex 的 0638115900 手動壓接工具 (圖 3) 協助完成端接。此工具可確保電線和接片或矩形觸點間達到牢固連接。

圖 3：0638115900 手動壓接工具可確保電線與接片或矩形接點之間牢固連接。(圖片來源：Molex)

也提供專用設備維修連接器。0638131500 拔出工具 (圖 4) 可讓技士從連接器中拔出電線，而不會干擾組件的其餘部分。

圖 4：0638131500 拔出工具可以從連接器上拔出任何電線，而不會干擾組件的其餘部分。(圖片來源：Molex)

結論

汽車製造商及其供應商若要轉用中電壓架構，可以使用基於低電壓技術的組件。轉用 48 V 會有新的安全和可靠性問題，但若能仔細注意標準並選擇包含堅固鎖定和密封機制的連接器系統，便可輕鬆解決這些問題。選擇 48 V 連接器系統時，建議尋找具有全面產品組合、成熟經驗和相關工具的供應商。