新能源商用車高壓線束設(shè)計(jì)與布置

趙雷雷，秦振海，袁 凱，黃 河

（陜西汽車集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710201）

近幾年來(lái)，隨著全社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，在國(guó)家的大力倡導(dǎo)和政策鼓勵(lì)下，新能源汽車得以快速發(fā)展和推廣，尤其是在城市公交以及城市物流領(lǐng)域，新能源商用車已經(jīng)得到了很大范圍的推廣，成為城市發(fā)展的一道靚麗風(fēng)景線。

1 高壓線束的設(shè)計(jì)

高壓線束是新能源商用車上最主要的能量傳輸載體，其主要作用是為車載高壓電器零部件傳輸動(dòng)力能源。高壓線束設(shè)計(jì)主要涉及高壓線束的工作電壓、工作溫度以及溫升、線徑選擇、高壓連接器的選型以及高壓線束的防護(hù)。

1.1 高壓線束的選擇

1）工作電壓

由于新能源商用車所用電機(jī)額定功率都比較大，普遍在50～150 kW之間，在某些新能源重卡上，驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定功率可達(dá)200 kW以上。為了盡可能地減小在對(duì)高壓系統(tǒng)傳輸過(guò)程中的能量損失以及電流對(duì)電氣系統(tǒng)的沖擊，就得適當(dāng)?shù)靥岣哒噭?dòng)力部分電氣系統(tǒng)的工作電壓，新能源商用車的高壓零部件工作電壓一般在540～600 V DC，最高工作電壓可達(dá)750 V DC左右。根據(jù)電動(dòng)汽車的電壓級(jí)別為B級(jí)，所以高壓線束的工作電壓一般選擇在1000 V DC或者1500 V DC。

2）工作溫度以及溫升

溫度包括工作環(huán)境溫度、工作溫升以及線束工作溫度。目前一般環(huán)境溫度在-40℃～+85℃，高壓線束表面長(zhǎng)期允許最大工作溫度為125℃，對(duì)于某些特殊用途的高壓線束，其最大工作溫度可達(dá)150℃。高壓線束的允許工作溫升就是高壓線束在工作時(shí)達(dá)到熱平衡時(shí)的表面工作溫度和環(huán)境溫度的差值。

高壓線束設(shè)計(jì)時(shí)，要求：高壓線束工作溫度≥環(huán)境溫度+高壓線束溫升，高壓線束使用時(shí)一般要求溫升不超過(guò)55K。

3）線徑

高壓線束線徑選取步驟如下。

① 確定高壓線束所連接的電氣部件上負(fù)載特性，特性包括穩(wěn)態(tài)電流強(qiáng)度、電壓要求，瞬態(tài)條件和電流波形 （平穩(wěn)、脈沖、頻率等）。

②根據(jù)穩(wěn)態(tài)電流強(qiáng)度，確定高壓線束的截面積，在125℃下，常見銅芯電纜線徑截面積與載流量的匹配參見表1。

表1 電纜線徑和載流量對(duì)照表（環(huán)境溫度30℃，工作溫度70℃）

③如果高壓線束的布置環(huán)境超過(guò)了線束允許的工作環(huán)境，則必須選擇較大截面積的線束，對(duì)于Tmax為180℃時(shí)，線束截面積升一檔使用，Tmax為250℃時(shí)，線束截面積升兩檔使用。例如，當(dāng)最大電流為150 A時(shí)，125℃情況下選用35 mm2的線束，180℃情況下選用50 mm2的線束，250℃情況下選用70 mm2的線束。

4）彎曲半徑

高壓線束的彎曲半徑對(duì)于高壓線束的電阻影響很大。高壓線束被過(guò)分彎曲后，線束折彎部分的電阻變大，會(huì)造成線路壓降超大。

對(duì)于線徑D小于等于15 mm的高壓線束，高壓線束的折彎半徑應(yīng)大于3D；當(dāng)線徑D大于15 mm時(shí)，高壓線束的折彎半徑應(yīng)大于5D。

1.2 高壓線束用連接器的選型

1）接器防護(hù)等級(jí)要求不低于IP67。

2）連接器直接接觸防護(hù)滿足IPXXB的等級(jí)要求。

3）連接器的絕緣電阻不小于500 MΩ，1000 V DC。

4）連接器的工作電壓不低于車輛最高工作電壓。

5）連接器要帶有機(jī)械防呆功能，同時(shí)，不同型號(hào)規(guī)格在顏色上也能加以區(qū)分；以Amphenol PL系列連接器為例進(jìn)行說(shuō)明，如表2所示。

表2 Amphenol PL系列連接器防呆和顏色區(qū)分

6）連接器要具有高壓互鎖功能。

7）連接器要帶有屏蔽環(huán)，滿足高壓屏蔽線的壓接要求。

8）連接器要具有二次鎖止功能，避免因使用過(guò)程中的誤操作或者顛簸導(dǎo)致高壓觸電風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 高壓線束的制作

高壓線束的制作主要涉及高壓線束端子的壓接、屏蔽層處理、防護(hù)以及絕緣電阻的檢測(cè)。

1）高壓線束端子的壓接

高壓線束端子的壓接水平影響著高壓線束的電阻率，接觸電阻以及絕緣性能。評(píng)價(jià)端子壓接程度的好壞從這幾方面：端子端面壓著狀態(tài)、端子承受最大拉拔力、端子壓著后接觸性能阻抗綜合評(píng)價(jià)。端子壓接不緊，端子承受最大拉拔力達(dá)不到要求，高壓導(dǎo)線容易從端子松脫，造成高壓安全事故；端子壓接過(guò)緊，端子承受最大拉拔力有所下降，端子端面壓著結(jié)構(gòu)緊湊，端子壓著后接觸性能阻抗增大，在大電流的作用下，容易在端子壓接處局部發(fā)熱生成高溫區(qū)，能量損耗嚴(yán)重，甚至發(fā)生火災(zāi)。因此通過(guò)從上述三方面檢測(cè)保證端子壓接到位，具體檢測(cè)設(shè)備見圖1。端子剖面分析儀，用于分析端子壓著端面導(dǎo)線分布?jí)航忧闆r。拉力測(cè)試機(jī)，用于測(cè)試驗(yàn)證端子壓緊情況。電壓降測(cè)試儀，用于檢測(cè)端子壓著后接觸性能阻抗。

2）高壓線束的屏蔽層處理

由于新能源商用車上高壓零部件屬于大電流工作器件，其工作期間，會(huì)對(duì)車載低壓電器，尤其是控制器類部件，產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾，故高壓線束一般采用帶屏蔽層結(jié)構(gòu)。高壓線束在制作過(guò)程中，需要按照連接器的操作說(shuō)明書，對(duì)高壓線上的屏蔽層進(jìn)行處理，以避免因屏蔽層處理不當(dāng)產(chǎn)生過(guò)量的電磁泄露，影響其他車載器件或者通訊設(shè)備的正常工作。

3）高壓線束的防護(hù)

高壓線束在壓接完成后，根據(jù)其在車輛上的布置位置以及使用工況，在其外表面要用橙色波紋管、編織物管或者紡織膠帶等外敷物進(jìn)行包裹，以增加其耐磨性、隔熱性以及美觀性。常用的高壓線束外敷物及其特性見表3。

圖1 高壓線束端子壓接檢測(cè)設(shè)備

表3 高壓線束外敷物及特性

4）高壓線束的絕緣電阻檢測(cè)

高壓線束是新能源商用車上的應(yīng)用最廣泛的高壓零部件，也是最容易出現(xiàn)絕緣故障的高壓零部件，因此，高壓線束的絕緣電阻測(cè)量是高壓線束制作過(guò)程中必須進(jìn)行的監(jiān)控項(xiàng)。高壓線束的絕緣電阻要求一般不低于500 MΩ，1000 V DC。

2 高壓線束在新能源商用車的布置

新能源商用車，尤其是新能源城市物流車，因其結(jié)構(gòu)緊湊，布置空間緊張，對(duì)于高壓線束的布置提出了更高的要求。

高壓線束的布置，需要滿足以下幾個(gè)要求。

1）高、低壓線布置時(shí)，盡量分開布置，以提高車輛的電磁兼容性能。

2）高壓線束布置時(shí)的折彎半徑應(yīng)不小于其最小折彎半徑。

3）高壓線從連接器接口處出來(lái)后，在允許出現(xiàn)高于連接器中心水平面進(jìn)行布置之前，必須先保證有一段高壓線處于連接器中心水平面之下，以保證雨水不會(huì)沿著高壓線束倒流進(jìn)高壓零部件內(nèi)部，如圖2、圖3所示。

圖2 連接器水平方向出線

圖3 連接器非水平方向出線

4）高壓線束由于線徑較粗，折彎時(shí)需要的折彎力比較大，因此在進(jìn)行高壓線束固定時(shí)，在折彎處的兩端要用固定卡箍等可以長(zhǎng)期承受較大作用力的零件進(jìn)行固定，如圖4中，在圖中標(biāo)記的1、2兩處地方需要分別用圖5中所描述的卡夾進(jìn)行固定。

圖4 高壓線束折彎處固定

圖5 固定卡夾

5）對(duì)于非受力部位的高壓線束進(jìn)行固定時(shí)，可以用尼龍?jiān)鷰нM(jìn)行捆扎、固定。

6）高壓線束布置時(shí)，應(yīng)避開運(yùn)動(dòng)部件以及高溫部位。

7）高壓線束布置和固定時(shí)，應(yīng)避開劇烈震動(dòng)區(qū)域，并根據(jù)線束布置部位的振動(dòng)幅度、運(yùn)動(dòng)件的最大運(yùn)動(dòng)包絡(luò)，留有足夠的線長(zhǎng)，避免讓線束承受拉力或者張力。

8）高壓線束要避免從尖銳物、金屬架邊緣、焊接縫、車身上的固定孔處走線，避免因裝配操作、振動(dòng)摩擦使得高壓線束外敷物磨破，導(dǎo)致線束損傷而造成安全事故。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著新能源商用車的不斷推廣和應(yīng)用，高壓線束在新能源車上的重要性會(huì)愈加凸顯。電動(dòng)汽車高壓線束作為一個(gè)新興的產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)，有著廣闊的前景，需要我們不斷地研究和改進(jìn)，以提高高壓線束的設(shè)計(jì)水平以及制作水平，從而提升電動(dòng)汽車的穩(wěn)定性和安全性。