電動汽車高壓線束的設(shè)計研究

蒲波

摘 ?要：高壓線束作為電動汽車的關(guān)鍵零組件，為電動汽車的安全性和可靠性提供保障，通過對電動汽車高壓線束的設(shè)計研究，實現(xiàn)電動汽車相關(guān)電器、電子設(shè)備和開關(guān)能正常安全工作。

關(guān)鍵詞：電動汽車;高壓線束;設(shè)計

Abstract：High wiring harness as the key components of the EV to provide guarantee for the safety and reliability of the electric car，by the study on the design of the electric automobile high wiring harness，realize the electric car related appliances，electronic equipment and switch to normal safety work

Keywords：Electric vehicle;High voltage Harness;Design

一、前言

根據(jù)國家能源局發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012～2020 年）》中指出：到2020 年新能源汽車將達(dá)到500 萬輛，生產(chǎn)能力將達(dá)到200 萬輛/年。國務(wù)院發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》也明確了以純電驅(qū)動為電動乘用車發(fā)展和汽車工業(yè)轉(zhuǎn)型的主要技術(shù)路線，重點推進(jìn)純電動汽車和插電式混合動力汽車產(chǎn)業(yè)化。受政策扶持、車型放量等積極因素推動，我國新能源汽車產(chǎn)銷將爆發(fā)式增長。汽車線束作為電動汽車系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)主體，是電動汽車進(jìn)行動力傳輸和信號傳遞的載體，對電動汽車的行駛至關(guān)重要。在汽車線束中又以汽車高壓線束最為關(guān)鍵，它是將電纜及其連接器或端子和其他零件組裝成一體的電線束，其承擔(dān)著電動汽車的能源與動力裝置間的電氣傳輸。相比于汽車內(nèi)部其他電氣設(shè)備中的線束，汽車高壓線束要求能夠保證電動汽車在各種惡劣環(huán)境和各種行駛條件下具有更高的安全性和可靠性。電動汽車線束的設(shè)計原則是以最短的電纜長度、最少的電纜根數(shù)和最合適的電纜截面，選擇適配的連接器加以正確可靠的連接，保證所有汽車電器、電子設(shè)備和開關(guān)正常安全的工作。

電動汽車高壓線束設(shè)計主要包括線束布線走向設(shè)計、線徑大小設(shè)計、高壓連接器選型、電磁屏蔽設(shè)計、高壓互鎖HVIL設(shè)計和高壓線束的防護(hù)與標(biāo)識設(shè)計等[1]。

二、高壓線束布線走向設(shè)計

下圖為電動汽車高壓部件常見的分布圖，一般以高壓電器為中心對高壓線束進(jìn)行分類，可分為充電高壓線、電池高壓線和電機(jī)高壓線等。充電高壓線主要連接充電機(jī)和電池單元，電池高壓線主要是連接控制器和電池單元，電機(jī)高壓線主要是連接控制器和電機(jī)部分。高壓電纜承載的電流較大，線徑的直徑隨之變粗，這對布線走向以及電磁干擾及屏蔽就變得非常重要。高線線束主要在車內(nèi)的較小空間布置，必須有良好的柔軟性，高壓線束處于車上的高振動環(huán)境，必須有良好的耐磨性、抗拉性和抗撕裂能力等。

三、線徑大小設(shè)計

高壓線束是電動汽車電路的網(wǎng)絡(luò)主體，沒有線束也就不存在汽車電路。高壓線束在電動汽車中屬于高安全件，在載通能力、機(jī)械強(qiáng)度、絕緣保護(hù)和電磁兼容性等方面進(jìn)行了特殊的處理。一般來說，與傳統(tǒng)的汽車線束要求完全不一樣，高壓線束耐壓與耐溫等級的性能遠(yuǎn)高于低壓線束等級。常規(guī)乘用汽車耐高壓額定600 V，商用車及大巴士電壓可高達(dá)1 000 V，根據(jù)高壓系統(tǒng)部件的電流量，可達(dá)250A～400 A。耐高溫等級分為125 ℃、150 ℃、200 ℃不等，常規(guī)選擇-40℃～125℃電纜。國內(nèi)主機(jī)廠通常采用屏蔽高壓線，屏蔽高壓線可降低或避免高壓線的輻射從而減少EMI、RFI對整車系統(tǒng)的影響。因此線徑大小需要綜合考慮以下幾方面：負(fù)載回路的額定電流大小;電纜導(dǎo)體的容許溫度;線束工作時的環(huán)境溫度;導(dǎo)線自身通電時溫度上升引起的電阻率變化;成捆線束容許載流的折減系數(shù)等[1]。

四、高壓連接器的類型和應(yīng)用

（一）高壓連接器特點和應(yīng)用

高壓連接器應(yīng)用于高壓配電盒、動力電池、維修開關(guān)、DC/DC 直流接口、空調(diào)、動力電機(jī)、儀表及監(jiān)控系統(tǒng)、燈光音響等各模塊。高壓連接器特點：1）結(jié)構(gòu)防錯（多種防呆鍵位可選）和視角防錯（不同顏色）;2）連接快速可靠;3）高壓互鎖、二次鎖緊設(shè)計，防振性能優(yōu)越;4）直頭/彎頭根據(jù)車內(nèi)空間及線路選擇;5）插針防觸手設(shè)計，避免誤操作觸電;6）按有無屏蔽功能分為非屏蔽型連接器和屏蔽型連接器。非屏蔽型連接器結(jié)構(gòu)相對簡單，無屏蔽功能，成本相對低。使用在無需屏蔽的位置，如充電回路、電池包殼體內(nèi)部及控制器內(nèi)部等由金屬殼體包覆的電器上。屏蔽型連接器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有屏蔽要求，成本相對高。適用于必須有屏蔽功能的地方，如電器外部與高壓線束的連接。7）連接方式有推拉式、卡口式直插鎖緊、螺紋等;8）接線方式有壓接、尾部過孔、連接銅排、螺紋等，壓接方式主要采用對相應(yīng)規(guī)格的壓模施加外力使接插件端子與電纜接觸面結(jié)合，連接快速，穩(wěn)定可靠，壽命長，適用于大批量加工。目前電動汽車線束電纜與接插件端子普遍采用壓接方式連接。

（二）維修開關(guān)的特點和應(yīng)用

電動汽車高壓系統(tǒng)在需要檢查維修時，通過斷開維修開關(guān)來實現(xiàn)斷開高壓總電源，從而保證操作人員的安全，因此維修開關(guān)在高壓系統(tǒng)中必不可少。維修開關(guān)分為帶熔斷絲和不帶熔斷絲兩種。帶熔斷絲開關(guān)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，簡單，體積相體積較大，成本相對也高，一般用在高壓電池包等大電流的高壓系統(tǒng)上。不帶熔斷絲開關(guān)結(jié)構(gòu)對小，成本也低，適用于布置車內(nèi)空間有限的位置。

五、屏蔽及EMC干擾設(shè)計

由于電動汽車存在高壓交流系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的電磁干擾性;同時電機(jī)、控制器等高壓部件發(fā)出不同頻段的電磁波也會對整車音響、倒車影像和變速器傳感器等產(chǎn)生干擾，因此高壓線束每個接口均應(yīng)采用屏蔽處理。屏蔽需要系統(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)離信號源并且電源線與信號線盡量采用隔離或分開配線，輸入與輸出信號線應(yīng)避免排在一起造成干擾。我們還需要考慮屏蔽的可靠接地問題，比如通過接地柱連接設(shè)備端，對接地部件進(jìn)行防腐蝕處理，減少屏蔽失效的風(fēng)險。如果設(shè)備端表面有處理保護(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。信號控制線芯的屏蔽和總屏蔽均采應(yīng)用鍍錫銅絲編織屏蔽結(jié)構(gòu)，編織密度不低于80%[2]。信號控制線芯屏蔽層能有效屏蔽外界電磁波對監(jiān)控線芯信號傳輸?shù)挠绊?，避免在工作過程中出現(xiàn)誤動作;電纜總屏蔽層在電纜工作時作為接地線使用，可有效抑制由于電動汽車充電時由于電流過大而對電網(wǎng)造成的沖擊，同時還能有效屏蔽電纜本體對外發(fā)射電磁波，減小對電動汽車內(nèi)部及外界弱電通信設(shè)備的干擾。

六、高壓互鎖HVIL設(shè)計

高壓回路互鎖功能設(shè)計是針對高壓電路連接的可靠程度提出的。危險電壓閉鎖回路也稱為高壓互鎖回路（HVIL），是一個典型的互鎖系統(tǒng)，通過使用的電氣信號，來檢查整個模塊、導(dǎo)線及連接器的電氣完整性。高壓部件帶有高壓互鎖人性化安全設(shè)計，貫穿整車所有高壓部件，在對高壓部件進(jìn)行拆卸前必須先斷開高壓互鎖結(jié)構(gòu)才可執(zhí)行操作，通過BMS執(zhí)行控制和反饋。

七、高壓部件和高壓線束的防護(hù)與標(biāo)識設(shè)計

高壓部件的防護(hù)主要包括防水、機(jī)械防護(hù)及高壓警告標(biāo)識等。高壓線束系統(tǒng)必須滿足整車總體布置及人機(jī)工程的要求，對于位于發(fā)動機(jī)艙和底盤部分的高壓線束應(yīng)特別注意線束的保護(hù)方式。布置于底盤部分的高壓線束應(yīng)充分考慮車輛暴雨、涉水和刮底盤等情況，結(jié)構(gòu)上線束自身固定通過熱縮套管、波紋管和各類套管來實現(xiàn)，線束在車上的固定可以采用塑料線槽、各類掛夾或金屬彎管設(shè)計來固定高壓線束。為提示和警示用戶和維修人員，高壓線束應(yīng)采用橙色線纜并用橙色波紋管對其進(jìn)行防護(hù)，高壓連接器也應(yīng)標(biāo)識為橙色，起到警示作用，并且所選高壓連接器防護(hù)等級至少應(yīng)達(dá)到IP67。

八、結(jié)束語

新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展是我國汽車產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型升級的一個重要突破口，以新能源為特點的綠色化、低碳化的發(fā)展趨勢已經(jīng)如火如荼，高壓線束廣泛應(yīng)用于電動汽車各組成部分間的連接與集成，是電動汽車電路的網(wǎng)絡(luò)主體，為實現(xiàn)汽車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的舒適性、經(jīng)濟(jì)性和安全性提供了有力保障。同時隨著整車模塊化、集成化和批量化，整車的多個高壓線束會被以線束定制固定組件方式進(jìn)行優(yōu)化和減少，便于管理和成本計算，逐步實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和輕量化，向有效提高性價比方向進(jìn)一步發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] ?張春梅，徐濤.新能源汽車混合動力系統(tǒng)整車高壓線束設(shè)計.汽車電器，2013年第6期.

[2] ?王文淵，趙錢育，宮傳播.新能源電動汽車充電電纜的研制.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2016年第6期下.