簡(jiǎn)述新能源汽車高壓線束的設(shè)計(jì)

楊文虎

摘 要 采用非傳統(tǒng)車燃料作為主要?jiǎng)恿?lái)源或者使用燃油但采用新型動(dòng)力裝置的車型統(tǒng)稱為新能源車，主要包括純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車、燃料電池電動(dòng)汽車等。目前國(guó)家主推的純電動(dòng)汽車，其高電壓高達(dá)300V～800V，而高壓線束就是保證這個(gè)傳輸系統(tǒng)的重要載體。而我們將從高壓部件到另一個(gè)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(dòng)力來(lái)源是通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞運(yùn)動(dòng)燃燒燃油，依靠曲軸和輪系傳輸發(fā)動(dòng)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(guò)動(dòng)力傳動(dòng)裝置實(shí)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(dòng)汽車，動(dòng)力來(lái)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(jì)

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(dòng)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(wú)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(xiǎn)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(duì)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(jì)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(wú)紡布，以確保在裝配過(guò)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(guò)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(wèn)題。為了解決這個(gè)問(wèn)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(jì)，通過(guò)車輛的路由才可以容易實(shí)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(guò)銳邊或過(guò)孔時(shí)應(yīng)設(shè)計(jì)保護(hù)結(jié)構(gòu);

（2）布置時(shí)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(diǎn)間距≤300 mm，固定點(diǎn)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(dòng)與振動(dòng)的影響以及對(duì)連接器或者端子的影響，預(yù)留足夠的運(yùn)動(dòng)量。

（6）線束布置要考慮電磁干擾，布線時(shí)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(shí)需要注意高低壓分開，分層設(shè)計(jì)，距離保持在200mm-300m內(nèi)，走線規(guī)范，干擾源要遠(yuǎn)離信號(hào)源。

2.3 高壓線束屏蔽要求

（1）對(duì)于高壓系統(tǒng)而言，屏蔽應(yīng)該優(yōu)先的是需要系統(tǒng)級(jí)考慮布置的合理性，比如系統(tǒng)級(jí)布線時(shí)需要注意高低壓分開，走線規(guī)范，干擾源要遠(yuǎn)離信號(hào)源等等。同時(shí)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(huì)形成共模電流通過(guò)電纜傳遞干擾的風(fēng)險(xiǎn)等。

（2）對(duì)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(gè)連接長(zhǎng)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(lái)越多，現(xiàn)在普遍的這個(gè)數(shù)值是要<5mΩ。

（3）此外還需要考慮屏蔽的可靠接地問(wèn)題，如果通過(guò)螺母連接設(shè)備端，我們需要防腐蝕的處理，因?yàn)槿绻蛔鎏幚頃?huì)導(dǎo)致屏蔽的加大風(fēng)險(xiǎn)， 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(lái)實(shí)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(shí)也要結(jié)合成本進(jìn)行綜合考量使用。對(duì)于集成方案的可以考慮過(guò)孔連接器，主要是考慮成本因素和振動(dòng)情況下對(duì)于插拔式連接器的脫扣風(fēng)險(xiǎn)的擔(dān)心等因素。對(duì)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(duì)于耐環(huán)境要求相對(duì)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(jí)要求。

3高壓線束未來(lái)發(fā)展及趨勢(shì)

（1）數(shù)量及物料號(hào)的減少

整車的線束的數(shù)量及料號(hào)的減少會(huì)是一個(gè)趨勢(shì)，隨著整車模塊化、集成化，線束也會(huì)逐步會(huì)被標(biāo)準(zhǔn)化，多個(gè)線束以一個(gè)料號(hào)的存在，便于管理和成本計(jì)算。

（2）輕量化趨勢(shì)

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(diǎn)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(jià)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(jià)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(shí)也給整車廠在設(shè)計(jì)的帶來(lái)了更大的空間，成本也將進(jìn)一步優(yōu)化。

4結(jié)束語(yǔ)

目前中國(guó)新能源汽車剛剛起步，市場(chǎng)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(lái)市場(chǎng)上將會(huì)出現(xiàn)許多的更新?lián)Q代的科技和產(chǎn)品，加之國(guó)家政策的支持，未來(lái)中國(guó)整個(gè)電動(dòng)車市場(chǎng)將會(huì)進(jìn)入更加快速發(fā)展和規(guī)范的軌道上。