了解电动汽车和飞机的连接问题可以帮助互连设计师处理不断增加的电气化难题。

电动汽车（EV）、电动垂直起降（eVTOL）飞机和航空航天应用的创新似乎正在同时向各个方向发展。随着电气化项目的不断增加，系统设计师和电气布线互连系统（EWIS）工程师很难确定最佳的互连方式。

虽然地面、空气和空间应用都有其特殊的需求，但了解常见问题可以让互连设计师在驾驭当今快速发展的互连生态系统时更有信心。

一、将电动汽车的连接技术转移到飞机上

电动汽车（EV）看似与电动垂直起降（eVTOL）飞机、短跑道起飞（eSTOL）和常规起飞（eCTOL）的同类互连产品并无太多共同之处。然而，电动汽车在互连设计制造中采用的诸多架构技术，却能直接套用于电动飞机领域。以电动汽车为例，互连设计最初采用的是400伏电池组，但如今许多车型已升级至800伏电压，这正是航空航天和电动飞机应用的典型工作电压。这种共通性推动了电池组、配电单元、逆变器及电机等互连组件架构与兼容连接器的研发。尽管电动垂直起降飞机因搭载更多电机而需要更大功率，但互连技术知识的跨领域转移，为寻求互连一体化解决方案的互连系统设计师带来了显著优势。

· 系统架构设计

互连技术采用兼容的线缆、连接器和电源开关组件构建互连系统架构，能显著简化互连技术集成解决方案的工程设计。选择能够从互连设计项目初期就提供适配产品清单的合格互连产品制造商，是极具价值的战略资源。通过优化互连产品各子系统（如电源管理、航空电子设备、数据总线等）在导线各连接点的互连设计，可有效提升互连系统尺寸重量比（SWaP），简化生产流程，从而加速互连产品上市周期。

通用eVTOL项目中的连接产品生态系统。（图片由TE connectivity提供）

· 标准与认证

互连设计选择专业制造商至关重要，这能帮助您全面掌握项目适用的互连技术标准与互连设计认证体系。无论是充电系统、推进装置、地面支持设备、驾驶舱显示屏还是航空电子设备等部件，都可能需要满足SAE（美国汽车工程师学会）、FAA（美国联邦航空管理局）和MIL（军用工业标准）等国际标准，以及技术成熟度等级（TRL）等特定要求。

SAE国际为电动汽车提供标准，并提供了许多涵盖eVTOL飞机的E-40电动标准。

SAE国际不仅为电动汽车提供标准。许多E-40电气化推进标准涵盖了电动垂直起降飞机。（图表由TE Connectivity提供。）

对于飞机来说，FAA认证过程也至关重要。三个主要证书可以验证飞机设计、制造过程和商业运营的所有法规要求是否得到满足。这些证书包括相关当局的严格测试和评估。每个阶段都必须满足，不得对飞机进行任何更改，否则需要重新认证。

这就是为什么在互连设计过程开始时，了解互连件制造商可以提供指标和定制互连产品测试设置，对验证在各种条件下的互连产品性能是有帮助的，包括温度循环、腐蚀、电压、振动、弯曲等。

eVTOL倾转旋翼在单次飞行中会弯曲电缆数千次。（图片由TE Connectivity提供）

二、高压、大功率的挑战

虽然电动汽车和小型电动垂直起降飞行器的电池组和充电电压有一些共性，但大型电动飞机和航空航天项目对推进和导航的要求更高。

· 雷击

一个典型的例子是直接雷击，这会使飞行器暴露在10万至20万安培的电流中。根据FAA指南，为了处理电荷，需要高质量的电气连接、线束屏蔽和线束布线，以及所有互连系统接地的低阻抗、高表面积路径等。

· 高运行电压

互连系统在实际运行中，电网的高工作电压（直流电可能高达3kV以上）会给用于推进电机电源切换、电池充电管理、乘客空调系统等辅助功能的继电器和接触器带来极大挑战。目前市面上已有高压继电器和互连接触器产品，能够满足峰值负载容量需求，同时满足工作温度、线圈效率、短路保护、分断能力等互连设计关键性能指标。

电压升高和功率增大会加剧其它问题的影响。灰尘、湿气、废气等污染物可能为电流在互连技术材料表面的传导开辟路径，进而引发电弧放电，无论是飞行途中还是地面进行快速互连充电时，在高湿度环境下可能存在爆炸风险。电弧追踪指数可评估特定电压在清洁或污染材料表面的互连传导难易程度。互连技术选用采用辐射交联改性材料制成的双壁结构导线时，即使互连技术材料被液压油和除冰液污染，互连设计也能有效防止碳电弧的传导。

· 电晕放电现象

随着海拔、温度和频率的升高，电压差的影响会愈发显著。互连设计特定材料可能承受部分放电起始电压（PDIV）或部分放电熄灭电压（PDEV），以及防止引发具有破坏性的电晕放电。通过互连帕申曲线图可以评估介电绝缘层厚度在特定海拔及导电表面间距下的实际互连性能表现。

· 湿度和气压

高海拔地区还会促进水分渗入互连组件的间隙，最终导致腐蚀。使用适当的介电材料和控制空气间隙的互连设计结构将最大限度地减少气压变化的影响。

· 超导体

目前正研发利用液态氢的高效互连电推进系统。液态氢(-253°C/-423°F）能使冷却后的互连技术材料在驱动螺旋桨的电动机系统中发挥超导特性。当然，低温环境对一系列互连技术，包括互连电力分配、继电器、连接器、线束、电池互连和互连充电系统等，提出了极高要求，这些互连技术必须专门针对该温度环境进行互连设计。

· 电池充电技术

在电池充放电循环中，需要在高效能量传输与温度控制之间找到平衡点。高功率充电（HPC）时，高压线路各环节的互连电阻点都会承受极端温度，此时必须将每微欧（υΩ）的电阻降至最低。关键降阻区域包括互连线缆端接、互连接触界面（压接工艺与触点类型）以及互连接触材料。采用液冷线缆或配备对流/传导散热片的敷设电缆也是有效解决方案。通过热感应与热建模技术，可为地面充电系统设计完整的冷却“生态系统”，并在起降过程中实时监测功率浪涌引发的高温问题。

· 热循环

互连系统在极端温度条件下，金属、玻璃和聚合物材料会承受剧烈的温度波动。这些互连技术材料的微小缺陷会被进一步放大，导致强度下降和性能退化。高温还会提升互连技术材料的蒸气压，加快化学反应和气体析出速度。从传感器到线缆，再到连接器和继电器，每个互连部件都必须选用能承受极端高温和热循环应力的互连技术材料。

· 接近绝对零度的严苛环境

温度循环技术的应用远不止于电动垂直起降飞行器（eVTOL）。对于具备处理低地球轨道卫星连接器在太空真空环境下2.725开尔文(-270.4°C/-454.72°F）温度经验的合格制造商而言，其互连技术储备更为深厚。低地球轨道卫星系统上的连接器工作温度范围为-65°°C至125°°C，具体取决于轨道高度、卫星自转调节的太阳热辐射量以及电子设备产生的热量。而推进互连系统组件、外部锁扣、传感器和太阳能电池板的连接器则需要承受更为极端的温度环境。

· 放气

当非金属材料（如连接器插件、密封件、粘合剂或灌封材料中使用的聚合物）内部的气体在太空真空环境或高温条件下时，就会发生放气现象。除了会引发前文所述的电晕放电现象外，这些释放的气体还可能在精密表面凝结并造成污染，最终导致卫星CCD传感器、热辐射器或太阳能电池等设备的互连性能下降。

美国国家航空航天局ASTM E595-77/84/90测试及MIL-W-22759（M22759）| SAE AS22759标准规定了互连技术材料在高温或太空真空环境中的性能要求。任何被认定为低放气材料的，必须满足总质量损失不超过1.00%以及收集的挥发性可凝物质（CVCM）不超过0.10%的要求。

无机材料不会发生放气，可用于采用经过化学镀镍处理的铝制外壳的连接器。也可选择符合NASA在热烘箱烘烤测试中对低排气要求的互连技术材料。

三、应对严峻的挑战

· 标准化测试

通过测量互连件的性能，标准化测试能够解答以下问题：在高温或低温环境下，互连件如何应对温度变化？互连设计能如何处理车辆在地面或空气中可能接触到的常见化学物质？互连件除冰性能如何？互连件抗电磁辐射能力如何？互连件抗氧化性能如何？

· 维护与保养

互连设计必须考虑维护程序。如何进行充电？是否需要拆装电池？互连电源线接线方式是什么？关于互连快速充电基础设施，互连充电接口位于何处？谁有权使用这些互连接口？连接器和线束是否便于检查和更换？

· 合作伙伴寻找标准

如今，得益于富有远见的互连设计创新者和政府支持的互连技术战略性计划，电气化领域的边界正快速拓展。选择与具备SpaceVPX、VITA、NASA、ESA及MIL-SPEC认证产品的互连技术解决方案领导者合作至关重要，同时也要采用商用现成（COTS）组件，满足严格的时间和成本预算要求。能够获取全面产品组合的互连设计人员更容易实现互连集成化解决方案。

此外，从互连产品制造商那里获得定制的互连产品设计能力、工具、供应链管理、成本控制和认证支持，可以让你确信你的互连设计项目将在地面、空中甚至轨道上实现目标。