淺析重卡新能源高壓線束加工工藝

王小龍，寸瑜鑫，孔文楷

（陜西萬方天運汽車電器有限公司，陜西 西安 710201）

前言

高壓線束作為新能源電動汽車連接動力電池、驅(qū)動電機、高壓控制系統(tǒng)這三大核心部件的紐帶，是高壓電源傳輸?shù)拿浇?，是車輛的電力和信號傳輸分配的高速公路，其品質(zhì)的好壞直接影響到電力或者信號的傳輸效果乃至整車高壓系統(tǒng)的穩(wěn)定。因此，越來越得到高壓線束制造商及零部件供應(yīng)商的重視。

區(qū)別于低壓線束系統(tǒng)，高壓線束系統(tǒng)使用時均帶有高壓電，且車內(nèi)應(yīng)用環(huán)境惡劣，對安全性要求極高。因此在生產(chǎn)加工中，加工工藝的要求決定著高壓線束的使用性能。生產(chǎn)工藝在編制中主要考慮以下四個方面：①原材料選型；②屏蔽層處理；③質(zhì)量控制；④產(chǎn)品應(yīng)用問題。本文根據(jù)以上四個方面的問題對加工工藝進行分析并提出解決方案。

1 原材料選型

高壓線束上使用的原材料包括高壓連接器、接線端子、高壓導線、波紋管、熱縮管、屏蔽環(huán)、導電膠帶等等，其中電線的規(guī)格種類繁多，比如相同規(guī)格又因為電壓、溫度、折彎半徑等因素存在較大差異，因此選擇合適原材料對于產(chǎn)品加工至關(guān)重要。

（1）導線選型

常用汽車高壓電線均使用橙色導線，線纜外絕緣皮上打印相應(yīng)規(guī)格和使用條件，以及警示標志，如“（注意高壓危險）”。根據(jù)電壓等級可分為AC600V/DC900，AC1000V/DC1500V[1]；常用電線耐溫等級選擇125℃[2]，也可根據(jù)使用條件選用不同耐溫等級如150℃、180℃、200℃等不同溫度等級；對于安裝空間受限的區(qū)域可以選用折彎半徑D較小的導線，比如硅膠線；按使用功能可分為屏蔽型和非屏蔽電纜，對于連接器不同，可以采用單芯電纜也可采用多芯電纜。選擇電線一般遵循以下兩個原則：

第一，當使用條件明確時，根據(jù)高壓連接器的最匹配的外徑范圍選擇電線，大部分高壓連接器防水性能要求≥IPX7，連接器與電線裝配后，通過擠壓橡膠圈的方式達到防水要求，擰緊力矩5-8N·m。因此當電線外徑超出連接器線經(jīng)適配范圍時會造成加工困難或者防水效果達不到要求。以安費諾PL28X-301-70連接器為例（圖1），最優(yōu)導線外徑為19.2-19.8之間，在此區(qū)間防水效果是最優(yōu)。

圖1 電線規(guī)格及壓接的參考規(guī)范

第二，當連接器明確時，根據(jù)連接器內(nèi)部結(jié)構(gòu)選擇電線，不同結(jié)構(gòu)的連接器的防水方式不一樣，對于單線密封形式連接器在選型時選用單芯電纜線，對于整體防水的連接器選用多芯電纜，主要以中航光電C10514N1-02-1-2G025為例（圖2）進行說明，該連接器為2孔插頭，因結(jié)構(gòu)為整體防水，所以電纜選用雙芯電纜。

圖2 連接器組件示意圖及穿線方向

（2）波紋管選型

常用高壓導線的包裹材料為波橙色紋管（圖3）可以起到保護線纜防止磨損，常用材質(zhì)多為PP或者PA，耐溫等級在-40℃-125℃，阻燃等級要求離火自熄的V0標準（小于100mm/min）[3]，根據(jù)不同的導線外徑匹配合適的波紋管規(guī)格，在選取時也參考以下原則：

圖3 波紋管參數(shù)要求

第一，當導線外徑確定時，根據(jù)波紋管填充率≤85%的原則，選取相應(yīng)規(guī)格波紋管，以上表中確定的導線外徑為例，波紋管管徑≥有效直徑/85%，結(jié)果為22.59-23.3，因此波紋管管徑優(yōu)先選擇φ23。

第二，根據(jù)實際安裝位置選取，當線纜在裝車時需要通過孔或者安裝卡槽時，應(yīng)盡量避免波紋管外徑過大與安裝卡槽干涉或者太小，無法起到固定作用；當多根波紋管并行時管徑盡量填充飽滿，避免因外徑太小導致緊固不牢，引起相對震動加劇波紋管磨損，產(chǎn)生磨損導線發(fā)生漏電地風險。

（3）熱縮管/標簽管在選取時選擇含膠熱縮管（又稱雙壁熱縮管，熱縮管加熱時，外層收縮，內(nèi)層熔融，熱縮完后防水等級可達到IP66，確保銅絲不會進水腐蝕，導通性完好）[4]，為方便識別，便于安裝和檢修。對于明顯帶有“正”或者“+”的功能產(chǎn)品盡量選取紅色，“負”或者“-”的功能產(chǎn)品盡量選取黑色，U/V/W功能的三項電纜，盡量選取除“黑”“紅”色以外的其他顏色熱縮管；標簽管顏色盡量選取比較醒目的，比如“黃”“白”兩色，為減少熱縮管顏色過多導致加工難度加大、原材料浪費等，其他功能的熱縮管可統(tǒng)一選取與標簽管顏色一致的。熱縮管規(guī)格大小可根據(jù)實際加工時接線端子大小，導線外徑、波紋管規(guī)格等選取。

（4）屏蔽環(huán)材質(zhì)一般為紫銅（紫銅具有優(yōu)良的導熱性、延展性和耐蝕性）。其他輔材如導電膠帶、銅箔以及膠帶等可根據(jù)實際加工要求選取。

2 屏蔽層處理

高壓電纜線為減少外電磁場對電源或通信線路的影響，往往需要將屏蔽層接地。屏蔽接地通常采用兩種方式來處理：屏蔽層單端接地和屏蔽層雙端接地，單端接地適合長度較短的線路，而動力電纜線則兩邊接地；大部分高壓連接器要求殼體與屏蔽層搭接，U/V/W三項電纜需要接觸屏蔽，還有接引線屏蔽等。

圖4 連接器組件示意圖及組裝要求

（1）對于連接器殼體與屏蔽層搭接的方式，主要以安費諾PL28X-301-70為例（圖4）進行說明。在端子壓接完畢后，將絕緣套2安裝在端子上避免屏蔽絲與端子接觸，再套上金屬套3到固定位置，屏蔽層上翻到金屬套3上，將多余的屏蔽絲剪掉預(yù)留20mm后用銅箔或者導電膠帶包裹完全，再將密封圈5和2個金屬4環(huán)推到金屬套3后部，擰緊外殼6至外殼與銅箔接觸良好后完成組裝。擰緊力矩控制在10-12N.m，擰緊護套時注意金屬套環(huán)3與金屬外殼6之間的相對運動，避免包裹好的銅箔或者導電膠帶脫落，導致屏蔽失效。

接線片類壓接需外觀平整，端子剖面需緊密排列（圖5），端子拉力參考表1要求[4]。端子需要將屏蔽層外漏，但又避免屏蔽絲松散，所以將屏蔽層用導電膠帶或銅箔包裹纏繞，剪掉多余的屏蔽絲，線束安裝時，屏蔽層與車身接觸起到屏蔽作用。

表1 端子拉脫力表

圖5 端子壓接要求以及屏蔽層處理

3 質(zhì)量控制

高壓電纜線加工完成后只是半成品，還需要經(jīng)過嚴格檢驗合格后才能合格出庫

（1）在產(chǎn)品加工前，需確保原材料檢驗合格入庫，從源頭杜絕質(zhì)量問題的發(fā)生

（2）在加工過程中需注意

第一，原材料使用是否正確，如導線耐電壓，連接器型號等等。

第二，端子壓接外觀滿足壓接規(guī)范，拉力值滿足圖3要求，端子剖面滿足圖4要求。

第三，波紋管裁剪時切口要平齊，優(yōu)先考慮波紋管的裁切點在波峰位置，保證加工時的尺寸精度，及減小使用過程中波紋管口對導線的磨損。

第四，熱縮管不能出現(xiàn)刺破現(xiàn)象，熱縮位置要準確。

第五，打印標簽管內(nèi)容信息要準確完整，加工時不能出現(xiàn)錯帶、漏帶。

第六，連接器確保擰緊力矩符合加工要求。

第七，檢測屏蔽層與內(nèi)芯之間電阻阻值是否滿足要去。

第八，通過檢測臺電檢回路關(guān)系是否正確、線束耐電壓是否達標、氣密檢測符合要求。

以上條件都符合要求后，對產(chǎn)品外觀進行檢查，需無污漬，無破損，合格后再對產(chǎn)品進行包裝，對于防護要求較高的連接器使用氣泡袋保護，方便運輸，最后再進行封箱入庫配送。

4 產(chǎn)品應(yīng)用問題

高壓線束最常見的失效模式在于氣密檢測失效以及屏蔽層與內(nèi)芯端子搭接。

（1）插氣密檢測失效（圖6）最常見原因是導線外徑選擇過小，導致插頭在最大擰緊狀態(tài)下橡膠圈與導線無法緊密配合（單線密封時因?qū)Ь€外徑過小，密封圈不能達到過盈配合）造成連接器與導線氣密較差（容易進水）。

圖6 氣密檢測臺

（2）屏蔽層與內(nèi)芯端子搭接則是因為屏蔽層沒有做到完全絕緣，導致屏蔽絲外漏搭接到端子上，后經(jīng)拆卸后發(fā)現(xiàn)屏蔽絲在裁剪時并未做到完全剪掉，殘留部分銅絲，線束裝車后經(jīng)過路試，銅絲漏出與端子搭接，導致故障發(fā)生。如下圖因屏蔽絲刺入線皮但未刺穿，經(jīng)過車輛長期震動后，屏蔽絲刺穿線皮，導致短路，出現(xiàn)燒蝕現(xiàn)象（圖7）。

圖7 連接器被擊穿

5 結(jié)束語

正確的加工工藝和合理的原材料選型是線束實現(xiàn)功能的先決條件，只有在前期工藝設(shè)計階段對原材料進行合理的選型，編制合理的加工工藝，才能確保線束正常、穩(wěn)定、可靠的實現(xiàn)信號及電路傳輸任務(wù)；筆者結(jié)合長期接觸重卡新能源高壓線束產(chǎn)品加工的經(jīng)驗，提出可靠的加工方案，合理按建議選用，相信能夠給線束設(shè)計及維護人員提供良好的技術(shù)參考，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，降低售后索賠損失。