簡述新能源汽車高壓線束的設(shè)計

楊文虎

摘 要 采用非傳統(tǒng)車燃料作為主要動力來源或者使用燃油但采用新型動力裝置的車型統(tǒng)稱為新能源車，主要包括純電動汽車、混合動力汽車、燃料電池電動汽車等。目前國家主推的純電動汽車，其高電壓高達(dá)300V～800V，而高壓線束就是保證這個傳輸系統(tǒng)的重要載體。而我們將從高壓部件到另一個高壓部件間線束傳輸組件成為高壓線束。

關(guān)鍵詞 新能源;高電壓;高壓線束

前言

傳統(tǒng)燃油車，動力來源是通過發(fā)動機(jī)活塞運(yùn)動燃燒燃油，依靠曲軸和輪系傳輸發(fā)動機(jī)飛輪、發(fā)電機(jī)、壓縮機(jī)和冷卻水泵等功率設(shè)備上，通過動力傳動裝置實現(xiàn)車輛的行駛和功能的運(yùn)作。而新能源汽車尤其是純電動汽車，動力來源靠高壓電池包提供，傳輸載體為高壓線束，連接充電口座、高壓電池包、逆變器、電機(jī)，車載充電機(jī)等大功率設(shè)備及直流轉(zhuǎn)換器，空調(diào)壓縮機(jī)、PTC和加熱器等小功率設(shè)備（見圖1）。

1高壓線束的設(shè)計

1.1 高壓線束的組成

高壓線束主要包括：高壓連接器、高壓線纜，接地端子和扎帶、外包材料、膠帶、熱縮套管、膠套、安裝支架等輔材。

1.2 高壓連接器

根據(jù)功能定義可分為小電流和大電流兩種，大電流主要用于OBC，電機(jī)，及電池等動力系統(tǒng)和上，小電流主要用于壓縮機(jī)，PTC，電池加熱裝置及DCDC等功能電器上。

1.3 高壓線纜

高壓線纜主要分為屏蔽線和非屏蔽線兩種，線徑從2.5mm?至120mm?不等。

1.4 輔材配件

輔材配件與傳統(tǒng)低壓線束所使用的無太大差別，但外包材料需要用紅色或橘紅色的包覆物，以便于起到高壓危險警示作用。

2高壓電纜的技術(shù)要求

2.1 電纜的技術(shù)要求

（1）結(jié)構(gòu)

高壓電纜主要由線芯和絕緣材料組成，屏蔽線還要有屏蔽層和雙層絕緣結(jié)構(gòu)。線芯是由一定數(shù)量的單絲先進(jìn)行束絞，然后再同心的復(fù)絞，形成高壓電纜需要的軟導(dǎo)體。根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為屏蔽線和非屏蔽線，根據(jù)用途可分為單芯屏蔽線和多芯屏蔽線（下圖）。

（2）絕緣材料

絕緣材料主要包括線芯絕緣和護(hù)套絕緣。線芯絕緣材料的選擇主要是考慮耐熱要求和機(jī)械強(qiáng)度和柔軟度，護(hù)套材料根據(jù)熱和機(jī)械性的要求選擇。護(hù)套絕緣由于直接與環(huán)境接觸，耐液體和耐磨等的環(huán)境屬性對護(hù)套要求尤其重要。目前主要有交聯(lián)聚乙烯和硅橡膠作為絕緣層的基礎(chǔ)材料。

（3） 屏蔽

由于EMC（電磁兼容性）的要求，使用多根銅絲組成編織屏蔽。鍍錫銅絲可以使其抵抗環(huán)境影響如氧化等變得更加強(qiáng)大。用細(xì)的銅絲可以保持設(shè)計的柔韌性，編織屏蔽可以結(jié)合其他各種屏蔽，如鋁塑符合薄膜。屏蔽外可以繞包一層無紡布，以確保在裝配過程中輕松的剝下護(hù)套。

（4）彎曲半徑

由于空間的局限性，電纜通過的路徑非常狹小且復(fù)雜，橫截面積較普通線束大導(dǎo)致其所需的彎曲半徑也要很大，高彎曲力難以克服等問題。為了解決這個問題，高壓電纜高柔韌性是至關(guān)重要，只有比較柔韌的設(shè)計，通過車輛的路由才可以容易實現(xiàn)。通常電纜推薦的SR導(dǎo)線外徑的5～10倍。

2.2 高壓線束布線注意事宜

（1）高壓線纜過銳邊或過孔時應(yīng)設(shè)計保護(hù)結(jié)構(gòu);

（2）布置時應(yīng)避開熱源或與之保持足夠的距離;

（3）電纜與電纜之間避免產(chǎn)生較大的彈性摩擦;

（4）通常直線布置的線纜固定點間距≤300 mm，固定點與接插件間距≤120 mm（參考值）。

（5）電機(jī)線束應(yīng)考慮部件運(yùn)動與振動的影響以及對連接器或者端子的影響，預(yù)留足夠的運(yùn)動量。

（6）線束布置要考慮電磁干擾，布線時避免90°的折線，高、低壓線須分開排布。

（7）高壓線束布置應(yīng)具有合適的空間進(jìn)行安裝與維修。

（8）布線需要考慮走線的美觀性，裸露地盤掛線需要考慮增加線束護(hù)槽。

（9）連接器尾部應(yīng)保持平直，避免彎曲造成的連接器密封失效。

（10）布線時需要注意高低壓分開，分層設(shè)計，距離保持在200mm-300m內(nèi)，走線規(guī)范，干擾源要遠(yuǎn)離信號源。

2.3 高壓線束屏蔽要求

（1）對于高壓系統(tǒng)而言，屏蔽應(yīng)該優(yōu)先的是需要系統(tǒng)級考慮布置的合理性，比如系統(tǒng)級布線時需要注意高低壓分開，走線規(guī)范，干擾源要遠(yuǎn)離信號源等等。同時還要注意功率源和輸出之間的高壓線束的距離，比如整車上的電機(jī)和電機(jī)控制器，如果布置相隔較遠(yuǎn)，那么會形成共模電流通過電纜傳遞干擾的風(fēng)險等。

（2）對于本身要具備360°屏蔽層的連接器，必須有效和電纜屏蔽層連接，屏蔽層覆蓋整個連接長度，以保證足夠 的屏蔽功能，并盡量減少屏蔽界面之間的電阻，在產(chǎn)品生命周期內(nèi)，屏蔽連接接觸電阻<10mΩ，隨著整車電氣設(shè)備越來越多，現(xiàn)在普遍的這個數(shù)值是要<5mΩ。

（3）此外還需要考慮屏蔽的可靠接地問題，如果通過螺母連接設(shè)備端，我們需要防腐蝕的處理，因為如果不做處理會導(dǎo)致屏蔽的加大風(fēng)險， 以及線纜或者連接器和設(shè)備端有效的屏蔽連接，如果設(shè)備端表面沒有表面的處理保護(hù)層，我們甚至需要增加屏蔽防護(hù)盒等方式來實現(xiàn)可靠的屏蔽連續(xù)性的連接。

2.4 高壓連接器的選型

高壓連接器的選用主要考慮電器的電器原理，使用要求，線束布置走向，裝配空間及裝配方式，同時也要結(jié)合成本進(jìn)行綜合考量使用。對于集成方案的可以考慮過孔連接器，主要是考慮成本因素和振動情況下對于插拔式連接器的脫扣風(fēng)險的擔(dān)心等因素。對于電池，電機(jī)等需要在整車廠進(jìn)行組裝的，通常以插合式連接器;對于耐環(huán)境要求相對比較苛刻、環(huán)境溫度較高、電流及瞬間電流較大的部位可考慮溫升和防水等級要求。

3高壓線束未來發(fā)展及趨勢

（1）數(shù)量及物料號的減少

整車的線束的數(shù)量及料號的減少會是一個趨勢，隨著整車模塊化、集成化，線束也會逐步會被標(biāo)準(zhǔn)化，多個線束以一個料號的存在，便于管理和成本計算。

（2）輕量化趨勢

為了降低油耗，整車上數(shù)量繁多的線束成為企業(yè)輕量化的重點目標(biāo)。當(dāng)前汽車線束使用的材料以銅為主，所以在減重方面除縮小截面積外，就是采用比銅更輕的鋁材料。另外，鋁的價格相較銅便宜，一旦鋁導(dǎo)線能在線束中得到應(yīng)用，不僅能降低重量，還能有效提升性價比。

（3）高壓連接器小型化，載流能力的提升

隨著端子技術(shù)的進(jìn)步，小端子能承載更大的電流，高壓連接器結(jié)構(gòu)也朝著日益精密和輕量化的方向發(fā)展，性能提升的同時也給整車廠在設(shè)計的帶來了更大的空間，成本也將進(jìn)一步優(yōu)化。

4結(jié)束語

目前中國新能源汽車剛剛起步，市場上新能源產(chǎn)品魚龍混雜，標(biāo)準(zhǔn)也尚不完善。但隨著其快速的發(fā)展，未來市場上將會出現(xiàn)許多的更新?lián)Q代的科技和產(chǎn)品，加之國家政策的支持，未來中國整個電動車市場將會進(jìn)入更加快速發(fā)展和規(guī)范的軌道上。