安波福掘金电动化:提前多年布局线束、充电枪和连接器,技术正反哺全球公司

张祥威 2021-01-06 16:23:29

作者 / 张祥威

编辑 / 王德芙

出品 / 汽车之心
 

从 2011 年到 2019 年,国内新能源汽车销量增加了 146 倍,销量增至 120.6 万辆。纯电动汽车的销量增加了 174 倍,销量增至 97.2 万辆。

嗅觉敏锐如蔚来等造车新势力,在 2014 年左右纷纷进场。

在新造车势力之前,一家国际  Tier 1 更早地布局了这个赛道,它就是当时还未拆分的德尔福,现在的安波福(Aptiv)。

自 2011 年开始,安波福中国团队就开始大规模在电动化领域投入研发,主攻连接器充电枪线束系统等技术产品,最终成功拿下大众、戴姆勒、宝马等公司的产品订单。


最为引人注意的是,在大众电动化布局的重磅产品 MEB 平台上,安波福中国更是赢下其 50% 的高压连接器市场份额。

如今,安波福中国的部分电动化技术已经开始反哺其全球的研发团队。

这恰恰说明它的电动化布局是非常成功的。

综合国务院办公厅和中汽协的相关信息,预计到 2025 年,国内新能源汽车年销量将达到 600 万辆。

新能源汽车市场仍大有可为,安波福中国的电动化布局也有不少值得行业借鉴的经验。
 

1.从线束系统切入,实现轻量化

安波福的电动化布局,要从线束研发说起。

上世纪 70 年代,通用汽车推出了一款名为雪佛兰 Volt 的车型,这款车基于通用的第一代电动车平台 BEV 1 打造。

德尔福参与了该平台的线束技术方案支持。


到 2012 年,中国市场引领了全球新能源汽车的迅猛发展,安波福开始加大线束研发投入。

与燃油车相比,纯电动汽车内是增加了大量的高压电流,所以需要增加高压线束(包括连接器)。

比起低压线束系统,高压线束的体积和重量更大,在有限的空间内进行布局是一个新的挑战。

另一方面,随着汽车智能化的发展,车内出现大量的数字信号需要传输。

原本主要负责电力传输的线束,需要更多承担起数字信号传输的职责。

安波福电气分配系统业务部亚太区产品开发总监余宁告诉汽车之心:

为了解决线束布局空间和减重的问题,除了在高压线束系统方面进行创新之外,安波福还采取了更广的思路,即从低压线束系统入手。

通过低压线束系统的小型化及轻量化,在架构设计中尽量减少电缆和连接器数量,并精确优化配电系统,进而挤掉每一毫米的多余电缆。

来看几项技术产品:

安波福的 Velocity 工具套件使整车厂能够使用虚拟建模,在架构设计之初就尽量优化整个车辆的规格尺寸,使零部件在满足当今电动汽车所需的性能、功率和可靠性要求的同时,所占空间尽可能小。

在线束减重方面,安波福开发出了铝导线,比原有的铜导线重量更轻且成本更低。

从铜线到铝线的挑战,在于解决铝导线和铜连接器之间的电偶腐蚀难题。

针对这一难题,安波福研发了 SMC(选择性金属涂层)技术,从而整体降低车辆重量,并使整车线束所占空间减少 50%。

SMC 后来还获得了美国《汽车新闻》杂志「汽车供应商杰出贡献奖」(PACE奖),目前该技术已开始在全球多个车型上得到应用。

在节省空间方面,安波福使用了扁平母线的设计。

据安波福透露,扁平母线的重要意义在于:

其一,它使导体的高度降低了约 70%,从而释放了更多的电池组内空间,使同样体积的电池功率更大。

其二,扁平母线的应用提升了电池组自动化组装的便利性,从而提高了电池生产过程的安全性和生产效率。

安波福的连接器可以连接母线,不仅便于组装,更能帮助电池提高防振性和抵御热膨胀。

比如,安波福独有的四路拼接的设计减少了线束布线,为整车厂节省宝贵的空间和成本。

汽车之心了解到,在某家电动汽车公司的 2017 年款车型上,安波福将汽车线束减短了 150 米,线束所占空间减少了 10%。

在另外两家整车厂的 2018 年款卡车上和 2018 款 SUV 上,安波福分别将线束减短了 400 米(减重 11 公斤)和 300 米(布线空间减少了 15%)。

到目前为止,安波福全球共有 6000 名线束系统的工程师,其中亚太区有 2000 名工程师。

这些团队主要负责线束的产品研发、应用研发、工艺过程研发、设备支持和产品验证。


2.解决快速充电问题

新能源汽车除了对线束提出了改造要求,还对快速充电提出了需求,这一领域涉及到充电枪充电座连接器等产品。

从 2011 年开始,安波福开始研发新能源汽车的充电枪。

严格来说,充电枪业务也是对德尔福的充电枪业务的延续和扩展。

原来德尔福在传统保险丝盒业务和低压连接器业务上,积累了丰富电子和机械开发经验,这为未来电气化控制模块和高压连接器开发奠定了坚实基础。

安波福连接器业务部亚太区技术总监李慧斌告诉之心:

「2011 年进行充电枪的研发时,主要挑战是,充电标准还没有定下来。直到 2015 年,充电标准还是旧的。

主机厂和供应商对于充电枪的投入有很大的犹豫,因为市场和应用前景都不明确。但安波福中国认为这是未来的趋势,所以进行了很多投资。

在和主机厂合作开发充电枪的同时,兼顾了后续标准更新后的快速跟进。」

如今在欧洲,主流 OEM 厂商的充电枪均由安波福供应,比如戴姆勒、宝马、保时捷、奥迪以及大众等。

到 2014 年时,安波福中国又开始布局连接器。

这一年,新能源汽车的发展开始席卷全球。

安波福中国开始进行连接器的前期研发,并明确了高压连接器的产品战略规划和技术线路图。

安波福中国在上海设立了三个团队,分别负责高压连接器、充电枪和充电座,连接器前期研发。

经过两年布局,安波福中国在 2016 年成功拿下大众 MQB 平台在中国市场所有的连接器订单。

后来在 2017 年,大众为 MEB 平台寻找全球供应商时,安波福中国又拿下 MEB 平台全球市场 50% 的连接器订单。

从 2018 年开始,安波福中国就开始为全球市场研发高压连接器。

而从今年开始,安波福中国团队在高压连接器上的研发成果,将反哺给安波福北美和欧洲的研发团队。

比如,在充电枪和充电座产品线上,由于在中国市场做的充电枪和充电座是全球最多的,研发积累最多,李慧斌将负责这些产品全球的前期研发。

除了充电枪和连接器,安波福还布局了充电座。

在新能源汽车行业,主要存在交流充电和直流充电两种方式。

交流充电应用比较广泛,安波福提供了「模式 2 交流充电枪」,它们的充电电流通常在 16A 以下。

在交流充电时,安波福的「模式 2 交流充电枪」可以提供从 6A 到 32A 全系列产品,并且产品包含最完备的安全监测功能。

更难的是直流充电。

目前,国内市场专有的充电站配备的充电电流通常在 200 安培左右。

这就需要解决充电座的充电效率和充电过程中的散热问题,以及适应不同标准的电压。

行业对充电座的要求是,充电设备必须能够兼容从 200 安培到 400 安培,甚至更高的电流。

安波福是怎么满足这一要求的呢?

结合被动和主动冷却技术,安波福智能充电座的充电电流可以达到 500 安培。

数据显示,借助安波福的液冷主动冷却方案,在通流 500 安培时,充电座的温升可以稳定在 30 摄氏度以下,而不使用冷却方案的话,温升将高达 90 摄氏度。

这里面需要提一下热量监测方案。

在过去,供应商主要通过扩大线束之间的物理空间进行散热。
 

而现在,安波福采用的是热量监测方案,更多是通过数据分析的方式优化散热问题。

李慧斌解释,热量监测方案可以保证充电座在遭遇发热异常时,及时探测到异常温度并向车辆系统报警,避免高温对充电座造成进一步损害。「目前可以保证热量监测系统和充电座实际温度的差异不会超过 7℃。」

在过去一年,安波福出货量较大的是模式 2 充电枪,大概为 100 万个,充电座约 20 万个左右。

这些充电设备已被配置在大众、上海大众、一汽大众、奥迪、上海通用、菲亚特克莱斯勒、捷豹、吉普以及福特等整车客户的电动车平台上。


3.确保电动汽车的安全性

纯电动汽车的安全之所以备受关注,是因为这是一套全新且复杂的供应链体系,再加上标准和法规的滞后,几乎只能靠供应商单方面进行安全设计。

以连接器系统为例:

一辆普通的电动汽车内部有 8000 多个连接点,其中任何一个连接点出现问题,都可能引发小到轻微、大到危及生命的事故。

为了确保连接器的安全性,安波福的要求是,每一个连接器必须通过「防手指」测试,以保证人的手指不可能接触到金属电触点。

这一重要的设计可以防止技师或车主不小心碰触到高压连接器。当电流峰值达到危险水平时,电池将与车体及时断开,避免发生安全事故。

而在连接器意外带电断开的情况下,安波福的嵌入式高压联锁回路(HVIL)技术可作为一种直接嵌入在连接器中的断路器,有效地帮助汽车置于「安全模式」。

安波福还设计了超越整车设定的安全标准。

目前大多数整车车内高压系统标准为可满足高达 600V 至 750V 范围内的电压,而安波福的高压线束系统产品设计可满足高达 1000V 电压,使产品既超过了今天的电动汽车的安全标准,又满足了更高电压要求的电气化应用场景。

在高压连接器的加强隔离方面,安波福的产品超过了整车设计要求的两倍,从而最大限度地减少了不必要的瞬态电流产生。

确保电动汽车安全的最后一步,也是最关键的一步是认证过程。

安波福方面告诉汽车之心,公司在美洲、欧洲、亚太地区等全球战略布局了 9 个电气化相关技术测试验证实验室,并拥有一系列独创的设计测试方法。

比如,通过安波福的故障模式和影响分析(FMEA,Failure Mode & Effect Analysis)方法,可以预见安全问题并对设计参数作相应控制,进而能够从设计、到原型制作、到批量生产制造的全过程中严格进行功能分析,以保证交付给整车客户的每一个部件都满足甚至超过整车设计的安全标准。

以安波福便携式电动汽车充电器的验证为例:

这个产品已经通过了独立的第三方实验室(如 Underwriters Laboratories )的认证测试,并通过了包括中国在内的全球 117 个国家标准的认证。


4.整车客户电动化、智能化、网联化的合作伙伴

电动汽车对能源和环境的优势已经无需多言。

除了环境因素外,比较一下电动汽车和传统燃油汽车的底盘、动力总成,你会发现,电动汽车不再需要复杂的传动机构和占据了大量空间的排气系统,相对简单的结构使汽车空间得到了大幅的扩展,为汽车增加新的功能提供了空间。

并且, 电动汽车还为实现智能网联提供更稳定的电力, 使电动汽车成为智能网联和自动驾驶的最好载体。

可以说,汽车电气化在为环境带来益处的同时,也为智能网联、自动驾驶等汽车智能化的发展提供更好的平台。

作为同时拥有汽车「大脑」和「神经系统」产品及解决方案的供应商,安波福不仅为整车客户提供包括电动汽车车辆电气架构的完整设计、制造和装配等汽车电动化专门技术,还提供保障汽车安全驾驶、网络安全、提升驾乘舒适性和便利性等智能化、网联化相关的软、硬件技术及产品。

实际上,安波福自 2017 年 12 月从德尔福拆分独立后,便致力于变革未来移动出行方式并为多元化全球客户提供使移动出行更安全、环保、互联的解决方案。

与智能网联、自动驾驶等相关领域中,安波福的表现同样值得关注。


极星 2 就是一个很好的例子。

汽车之心获悉,安波福除了为极星 2 量产提供整套高、低压线束系统、导航模块、车身控制模块等之外,还与沃尔沃的工程师一起,为 Polestar 2 合作开发了业界第一款基于安卓的开放式车载信息娱乐平台。

这个车载信息娱乐平台,可以将大量适用于车载环境的应用直接通过车载终端提供给用户,同时开创了专门针对驾驶环境的各种应用软件的产业链。


在上汽通用全新一代别克 GL8 埃维亚广汽新能源的埃安 LX 上,安波福为这两款车型提供了卫星架构式传感计算平台

据悉,这一平台由安波福与主机厂的工程师团队共同开发。

它可以实现的功能包括:

  • ACC 全车速自适应巡航

  • CMB 碰撞缓解

  • LCA 变道辅助

  • LCC 车道居中智能巡航

  • TJA 交通拥堵辅助

  • DOW 开门安全预警等高级智能驾驶辅助功能

而且,这些功能均可以通过 OTA 进行在线升级。

安波福还为全新一代别克 GL8 艾维亚提供了基于车载高速以太网和安卓系统的智能互联娱乐系统,可以实现 HUD 仪表和中控屏幕多维交互,帮助整车实现数字化仪表盘、智能导航、娱乐系统以及在线更新等功能。


今年 1-11 月,国内新能源汽车销辆为 110.9 万辆。

根据国务院办公厅印发的《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》提出,2025 年,新能源汽车新车销售量达到汽车新车销售总量的 20% 左右。

根据中国汽车工业协会联合天津大学中国汽车战略发展研究中心发布《中国汽车市场中长期预测(2020-2035)》预测,2025 年汽车销量有望达到 3000 万辆。

这意味着,到 2025 年,国内新能源汽车的年销量有望达到 600 万辆

在这样的大背景下,安波福正通过电动化和智能化的布局,成为行业里不可小觑的玩家。

本文为汽车之心原创文章,作者:张祥威,如需转载,请联系授权。违规转载法律必究。
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标签:安波福线束连接器充电枪

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