純電動汽車高壓線束成本優(yōu)化研究

黃江濤　宋飛　劉廣浩

摘 要：本文簡單介紹了純電動汽車高壓線束及生產(chǎn)工藝，并對高壓線束成本構(gòu)成及物料成本構(gòu)成進(jìn)行了詳細(xì)分析。研究了高壓系統(tǒng)架構(gòu)優(yōu)化、高壓線束布置優(yōu)化、高壓線束物料優(yōu)化、平臺化及標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的降成本方法，對高壓線束成本優(yōu)化意義重大。

關(guān)鍵詞：純電動汽車 高壓線束 成本優(yōu)化 研究

Research on Cost Optimization of High -voltage Wire Harness for Pure Electric Vehicle

Huang Jiangtao Song Fei Liu Guanghao

Abstract：This article briefly introduces the high-voltage wiring harness and production process of pure electric vehicle and analyzes the cost composition and material cost composition of the high-voltage wiring harness in detail. The cost reduction methods are studied， including high-voltage system architecture optimization， high-voltage wiring harness layout optimization， high-voltage wiring harness material optimization， platformization and standardized design. They are of great significance to the cost optimization of high-voltage wiring harness.

Key words：pure electric vehicle， high -voltage wire harness， cost optimization， research

1 引言

目前國內(nèi)新能源汽車市場競爭越發(fā)激烈，隨著國產(chǎn)特斯拉的降價和大眾的電動車型加入，后續(xù)競爭會更加白熱化。汽車企業(yè)只有憑借高品質(zhì)、高價值的產(chǎn)品和領(lǐng)先的技術(shù)，才能在激烈的新能源汽車市場中占有一席之地。各大車企在技術(shù)不斷創(chuàng)新的同時，也在重點關(guān)注零部件成本優(yōu)化，提高產(chǎn)品力和提升企業(yè)競爭力[1]。高壓線束是純電動汽車中高價值的零部件，也是成本優(yōu)化的主要零件。

2 高壓線束簡介及生產(chǎn)工藝

高壓線束將高壓系統(tǒng)上各個部件相連，作為高壓電源傳輸?shù)拿浇?，是電動汽車上動力輸出的主要載體，主要用于傳輸電能及屏蔽外界信號干擾。高壓線束具有高電壓、大電流、防護(hù)等級高及抗電磁干擾等特點，是純電動汽車高壓系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，是整車性能和安全的關(guān)鍵零部件。純電動汽車高壓線束一般分為動力電池高壓線束、電機(jī)控制器高壓線束、快充插座線束、慢充插座線束、空調(diào)系統(tǒng)線束及充電高壓線束，其中充電高壓線束是指連接高壓配電盒到車載充電機(jī)、空調(diào)壓縮機(jī)和動力電池包加熱器之間的線束[2]。

高壓線束主要由高壓連接器、高壓線纜、包覆物（膠帶、熱縮管、波紋管、耐磨自卷管等）、護(hù)板等組成。高壓線束生產(chǎn)工藝流程主要有裁線、附件預(yù)裝、端子壓接/超聲波焊接、屏蔽壓接、線束總裝及電檢。

3 高壓線束成本構(gòu)成分析

高壓線束成本由物料成本、加工費、包裝運輸費及利管費構(gòu)成，高壓線束物料成本主要由線束技術(shù)方案決定，其中加工費包含了人工成本、動力費、設(shè)備折舊費及低值易耗品等費用[3]。以下為某車型高壓線束成本構(gòu)成比率圖（見圖1）及高壓線束物料成本構(gòu)成比率圖（見圖2），高壓線束物料成本占線束總成本比率約73.8%。需要不斷通過優(yōu)化設(shè)計及優(yōu)化生產(chǎn)工藝等方法，降低高壓線束成本。

4 高壓線束成本優(yōu)化研究

汽車行業(yè)企業(yè)降成本主要有三類方法，規(guī)模類、供應(yīng)商協(xié)作類和技術(shù)類降成本，其中技術(shù)類降成本是降低成本最有效且可持續(xù)的方法。目前技術(shù)降成本的方法主要有以下三種：成本標(biāo)桿法、管理技術(shù)法和技術(shù)手段法。一般情況下技術(shù)手段法包括減少冗余功能、國產(chǎn)化率提升及規(guī)格統(tǒng)一平臺化等方法[4]。在純電動汽車高壓線束降成本活動中，此次主要研究用技術(shù)手段法從以下幾個方面來進(jìn)行高壓線束成本優(yōu)化。

4.1 高壓系統(tǒng)架構(gòu)優(yōu)化

在純電動汽車上，高壓零部件有動力電池、三合一（電機(jī)控制器+驅(qū)動電機(jī)+差減）、PDU（高壓配電盒）、ECP（電動壓縮機(jī)）、二合一（IPS=OBC+DC-DC）、HVH（電池采暖）、PTC（乘員采暖）、慢充座（AC Inlet）、快充座（DC Inlet）及高壓線束等，這些部件組成了整車的高壓系統(tǒng)。純電動汽車高壓系統(tǒng)架構(gòu)優(yōu)化的好，可大幅減少接插件的使用數(shù)量和冗余的高壓線束[5]。以某項目高壓系統(tǒng)架構(gòu)優(yōu)化為例，優(yōu)化前高壓線束系統(tǒng)架構(gòu)中PDU僅作為電源分配功能模塊存在，沒有整車功能性能相關(guān)模塊，詳見圖3。PDU的獨立，使得高壓線束系統(tǒng)中轉(zhuǎn)接數(shù)量增加。HVH和PTC兩個功能相近，使得高壓線束回路數(shù)量增加。快慢充插座布置在左右后側(cè)圍，距離用電器接口（電池快充接口在前部，充電機(jī)慢充接口在前艙）太遠(yuǎn)，使高壓線束長度偏長。經(jīng)過研究分析，實現(xiàn)功能的電器元件為僅用于連接功能的銅排和電源保護(hù)功能的熔斷器，與其他用電器集成難度小。PDU與IPU集成可以取消一個高壓配電盒總成，同時可以節(jié)省掉一套電機(jī)控制器線束（約1.5m的50mm2導(dǎo)線和兩對φ8mm端子接插件），可帶來的降成本效益明顯。HVH和PTC兩個功能相近，這兩個功能合并，高壓線束可以減少一個回路（約1.5m 的3mm2導(dǎo)線和兩對片寬2.8mm端子接插件），高壓系統(tǒng)架構(gòu)優(yōu)化后如圖4所示。通過此高壓系統(tǒng)架構(gòu)優(yōu)化，減少了4個高壓連接器和兩根高壓線束，高壓線束能降成本約730元。

4.2 高壓線束布置優(yōu)化

高壓線束布置需要根據(jù)車型進(jìn)行不斷的優(yōu)化，優(yōu)化后可以減少高壓線纜的使用等，進(jìn)一步降低成本[6]。以某車型快慢充口布局優(yōu)化為例，優(yōu)化前快慢充口均布置在左右后側(cè)圍，快慢充線束長度過長，其中慢充線束長度約4.5m，快充線束長度約4m，造成快慢充高壓線束成本高。優(yōu)化后將充電口布置在左右翼子板處，靠近充電機(jī)和電池包布置，減少高壓線束長度。優(yōu)化前后布置圖如圖5、6所示，通過此高壓線束布置優(yōu)化能降低成本約260元。

4.3 高壓線束物料優(yōu)化

高壓線束成本構(gòu)成中，物料成本占比最高，對目前的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，目前高壓線束物料優(yōu)化方向主要為充電插座一體式設(shè)計、高壓連接器國產(chǎn)化、高壓線纜線徑優(yōu)化及物料一對多可選優(yōu)化。

4.3.1 充電插座一體式設(shè)計優(yōu)化

充電插座優(yōu)化前為分體式設(shè)計，成本較高，優(yōu)化前分體式充電插座如圖7所示，含快充充電插座和慢充充電插座。通過充電插座按照平臺化方案進(jìn)行開發(fā)設(shè)計，對所有項目的充電插座主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行固化，以最大限度降低開發(fā)成本，優(yōu)化后一體式充電插座詳見圖8所示。通過此優(yōu)化可減少一套法蘭模具從而使高壓線束總成成本下降約8元。

4.3.2 高壓連接器國產(chǎn)化

近年來高壓連接器行業(yè)發(fā)展迅速，涌現(xiàn)出了一批優(yōu)秀的國內(nèi)高壓連接器品牌供應(yīng)商。優(yōu)化前主要利用TE等外資品牌的高壓連接器，通過高壓連接器國產(chǎn)化不斷優(yōu)化，用國產(chǎn)品牌如Luxshare、Ebusbar等進(jìn)行國產(chǎn)化替代，對高壓連接器降成本意義重大，如下表1所示為高壓連接器國產(chǎn)化示范案例。

4.3.3 高壓線纜線徑優(yōu)化

通過對法規(guī)的解讀、對標(biāo)及統(tǒng)計云端大數(shù)據(jù)等措施，來優(yōu)化高壓線纜線徑。針對具體的高壓線纜，往往可以通過截面、溫度要求、柔韌性以及屏蔽效果的優(yōu)化來量體裁衣，避免過度尺寸和過度的組件。以快充高壓線纜為例，優(yōu)化前線纜線徑為70mm2，優(yōu)化后為50mm2，均能滿足實際充電需求。

4.3.4 物料一對多可選優(yōu)化

高壓線束物料一對多可以充分調(diào)動tier 1供應(yīng)商的積極性以及運用tier 1供應(yīng)商自己的供應(yīng)鏈優(yōu)勢，選擇成本最優(yōu)方案進(jìn)行供貨。以物料成本中占比較高的高壓線纜為例，目前主要規(guī)格高壓線纜按照一對多思路按照高壓線纜標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開發(fā)，每一種規(guī)格線束廠有多個規(guī)格可選，其中各回路具體應(yīng)用導(dǎo)線情況，需要根據(jù)整車實際負(fù)載情況確認(rèn)。通過不斷的優(yōu)化設(shè)計，目前很多物料可以實現(xiàn)一對多可選，以下表2僅為部分物料一對多示例。

4.4 平臺化及標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

從整車線束原理和原材料等方面進(jìn)行平臺化和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，可以大幅度縮短整車線束設(shè)計階段開發(fā)周期，減少重復(fù)驗證試驗，降低線束成本[7]。通過線束物料的不斷平臺化和標(biāo)準(zhǔn)化，減少了物料的種類，提高單一物料的數(shù)量可起到規(guī)模化效應(yīng)，對于物料降低成本意義重大。經(jīng)過研究與分析，通過二級物料（連接器、電纜、輔料等）的平臺化及標(biāo)準(zhǔn)化方案可大幅降低高壓線束物料成本。以下為高壓插件平臺化示例，在滿足同等電性能的情況下，電池包鋁合金面板上的開孔尺寸能同時安裝不同品牌（TE、Luxshare）的板端連接器，詳見圖9、10、11。此平臺化設(shè)計，通用性強(qiáng)。

5 總結(jié)與展望

純電動汽車高壓線束由于具有大電壓、大電流、大線徑導(dǎo)線數(shù)量多等特點，高壓線束面臨著布線、安全、屏蔽、重量及成本等挑戰(zhàn)。高壓線束作為高價值的純電動汽車的零部件，通過研究不斷的成本優(yōu)化，可為整車降成本做貢獻(xiàn)。降成本工作是一個不斷優(yōu)化持續(xù)的活動，后續(xù)還需不斷優(yōu)化，從而使整車成本降至最低，向客戶提供更有競爭力的產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)：

[1]紀(jì)抒言. Y汽車制造企業(yè)零部件采購成本控制研究[D]. 哈爾濱商業(yè)大學(xué)，2017.

[2]瑞佩爾. 新能源汽車結(jié)構(gòu)與原理[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2019.

[3]孫禹. 汽車成本管理[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2017.

[4]華中. 汽車零部件技術(shù)降成本的意義及方法[J]. 汽車科技，2011（2）：76-79.

[5]李田田，金啟前，馮擎峰. 純電動汽車高壓電氣構(gòu)架的設(shè)計[J].汽車工程師，2013（11）：49-51.

[6]黃江波. 電動汽車線束布置的研究[J]. 時代汽車，2018（6）：60-61.

[7]李松原.整車線束平臺化設(shè)計研究與應(yīng)用[J].汽車零部件，2020（1）：21-26.

作者簡介

黃江濤：（1987—），男，碩士，廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院。