為中壓汽車架構選擇48伏特連接器須知

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，將成為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48V架構的優勢，並概述選擇合適的連接器時會面臨的挑戰，並介紹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。

圖一 : 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，如表一所示。包括雙排 33482 插片連接器和對應的雙排300361插座，以及單排300363。

表一：MX150 中電壓連接器系統的主要規格。（表格來源：Molex，經 Kenton Williston 修改）

技術規格	詳細資訊
電路尺寸	單排：4 雙排：4、6、20
電壓（最大）	60 V
電流（最大）	22.0 A
接觸電阻	8 mΩ
業界標準	USCAR-2、USCAR-21、GMW3191
工作溫度	-40℃至+125℃
密封	IP67 防護等級和USCAR-2 密封等級 2

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。

圖二顯示在 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 。

圖二上 : 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。（圖片來源：Molex）

圖二下 : 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。圖二連接器的主要特點在於：1.端子定位保證可將端子牢固鎖定在外罩中，避免移位；2.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；3.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；4.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生命週期能夠耐受機械應力。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。

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（圖三）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。

圖三 : 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 （圖四）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。

圖四 : 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。

（本文作者 Barley Li為DigiKey亞太區技術應用工程經理）