新能源汽車動力蓄電池接地線設計

張 嬌，黃祖朋，黃武榮，李 彬

（上汽通用五菱汽車股份有限公司技術中心，廣西 柳州 545007）

引言

大地是可導電的，其電位通常取為零。接地線，即為與大地連接的導線。電氣設備的外露導體部分及裝置外導電部分通過導體與大地相連接，稱作接地。接地的目的是使可能觸及到電的部分與地相導通，當設備產生電氣故障時，即使其導電部分帶電，因其電位與大地電位相接近，也可降低人員觸電危險，保證人生及設備的安全。

1 接地線的組成

1.1 接地線設計國標要求

《電動汽車安全要求第三部分：人員觸電防護》（GB/T—18384.3-2015）第6.9條對電位均衡有如下要求：所有組成電位均衡電流通路的組件（導體、連接部分）應能承受單點失效情況下的最大電流，電位均衡通路中任意兩個可以被人同時觸碰到的外露可導電部分之間的電阻應不超過0.1 Ω[1]。

1.2 接地線結構介紹

目前行業(yè)內普遍采用銅線作為接地線主材質，以滿足電位均衡要求。接地線由端子和導線組成，端子用于固定接地線至車身及電池上，導線用于連接電池和車身。端子多為鐵片組成，設計時需要考慮擰緊轉功能，導線部分則由銅絲、絕緣層、外包裹層組成。銅的電阻小、導電性能好，可滿足接地線電位均衡要求。絕緣層的作用是防止人員接觸帶電導體部分。外包裹層的作用為保護線纜，需具備耐磨性及防水性，避免車輛行駛過程接地線損壞。外包裹層常用材料為PP波紋管或者織物纏繞。PP波紋管防水、防腐性、耐磨性較織物纏繞好，其使用壽命更長。

2 接地線設計要點

2.1 接地線長度

接地線長度影響裝配難度及裝配后效果。如接地線過長，需卷繞彎折長度過大（見圖1），打緊后易造成松動。多余長度的接地線需要彎折，也會導致接地線不易裝配，且過長的接地線可能與周圍零件產生干涉。如接地線過短，則無法安裝至指定位置。接地線長度設計值與其兩端所處位置相關，還通常需要在樣車階段進行不同長度接地線裝配效果驗證。動力電池接地線長度公差為±5 mm較適宜。

圖1 過長接地線裝配效果

2.2 接地線防轉功能

接地線通常使用螺栓等與電氣底盤進行電路連接，在設計時需要考慮防轉動功能。如無防轉功能，螺栓打緊時端子受力轉動帶動接地線轉動，難于打緊且扭力易衰減，導致接地線裝配固定后形態(tài)各異。防轉功能有利于提升安裝效率及一致性。圖2為某款新能源汽車帶防轉端子和防轉卡口的接地線的裝配效果圖，其在電池包上焊接了一個帶凸臺的小方塊，接地線設計凹槽卡入凸臺，防止打緊螺栓過程中接地線轉動。接地線另外一端設計防轉卡扣，車身上配合設計安裝孔，防轉卡扣卡入安裝孔內，防止打緊螺栓過程中接地線轉動。

圖2 接地線裝配效果

2.3 接地線硬度

接地線硬度影響裝配難易程度。如接地線過硬，難以彎折，當其兩端安裝點不在同一平面時，則會很難安裝到位。接地線過硬，擰緊接地線安裝螺栓時，還可能會出現(xiàn)接地線與擰緊套筒干涉的現(xiàn)象（見圖3），導致螺栓無法擰緊。如接地線過軟，則較難定型，安裝時易變形竄動。接地線硬度與銅線關系較大，表1歸納了不同銅線材質、粗細、截面積的接地線設計方案的及其硬度、成本、使用效果及抗腐蝕性能的關系。

圖3 接地線過硬與擰緊套筒干涉

表1 不同接地線方案優(yōu)缺點對比

2.3.1 接地線銅絲鍍錫對硬度影響

方案一和方案二的接地線的截面積、銅絲粗細均相同，只是鍍錫和不鍍錫的區(qū)別。試驗發(fā)現(xiàn)接地線都比較硬，均難裝配，說明接地線柔軟度與銅絲是否鍍錫無關。車底工況惡劣，接地線設計需要考慮良好抗腐蝕性，鍍錫銅絲比裸銅絲有更加好的抗腐蝕性、導電性及散熱效果，建議采用鍍錫銅導線。

2.3.2 接地線銅絲粗細對硬度影響

對比方案二與方案三的不同截面積的鍍錫銅接地線，方案三比方案二的銅絲細。銅絲越細，接地線越柔軟，工人能輕松彎折接地線，便于工人裝配。方案三的缺點是同樣平方數的電纜成本會升高30%，綜合考慮成本及性能要求，建議選用細銅絲的接地線。另外，銅絲越細，越需要良好的散熱，否則溫度升高會導致接地線阻值增大，影響接地線的導電性能。接地線裝配位置應為通風處。

2.3.3 接地線線徑大小對硬度影響

對比方案三35 mm2與方案四25 mm2的鍍錫銅接地線，銅絲線徑均為0.1 mm，兩者柔軟度相當，說明柔軟度與導線截面積關系不大。由于等電位電纜并不過大電流，所以35 mm2的與25 mm2的電纜均可滿足阻值小于0.1 Ω要求。然而，接地線截面積越大，用到的銅越多，成本越高，建議選用25 mm2鍍錫銅接地線。

綜上所述，接地線硬度與銅絲表面是否鍍錫無關，與銅絲線徑大小有關，與接地線截面積大小無關，建議選用方案四的接地線。

3 接地線安裝面防銹工藝

接地線一般裝配在動力蓄電池箱體上，而動力蓄電池鈑金箱體表面會進行電泳以防止箱體生銹，接地線固定面需保證過流能力，不能有電泳漆。不建議采用電泳后打磨掉接觸表面電泳漆及在表面涂導電漆的工藝，一則導電漆防銹效果不理想，二則此處金屬材料經過長時間暴露在空氣會遇水氧化，導致此處表面銹蝕（見圖4）。建議動力蓄電池鈑金箱體用螺栓堵住接地線在箱體上的安裝孔后，再過電泳工藝，這樣增加了接地線安裝面的電泳漆面積，可以有效地防止安裝面裸露生銹。

圖4 接地線安裝面銹蝕圖

4 結語

電池設計者在設計電池接地線時，需充分考慮接地線長度、硬度、防轉對裝配過程的影響，同時需要對接地線安裝面加工工藝進行合理優(yōu)化，避免車輛長期使用造成安裝面生銹。