新能源高壓線束設(shè)計要點

左洪濤 林巖飛

摘 要：對于國家發(fā)布《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》的相關(guān)政策，主要規(guī)劃的內(nèi)容為新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展將以純電驅(qū)動為新能源汽車發(fā)展和汽車工業(yè)轉(zhuǎn)型的主要戰(zhàn)略取向，當(dāng)前重點推進純電動汽車和插電式混合動力汽車產(chǎn)業(yè)化，而電動汽車的產(chǎn)業(yè)也獲得了前所未有的發(fā)展和機遇。高壓線束作為關(guān)鍵零部件也得以迅速的發(fā)展。高壓線束（高壓線纜和高壓接口）是高壓電氣系統(tǒng)的關(guān)鍵零組件，并為電動汽車的可靠運行和安全提供了保證。

關(guān)鍵詞：新能源；高壓線束；設(shè)計要點

1 高壓線束概述

高壓線束主要可分為電機高壓線、充電高壓線以及電池高壓線。其中，電機高壓線主要是指與電機和控制器連接的高壓線；充電高壓線主要是指與充電機和電池連接的高壓線；電池高壓線主要是指與電池和控制器連接的高壓線。高壓線束是相對于地壓線束來說的，其具有的特性主要包括耐壓性能和耐溫性能均較高。同時，高壓線束的應(yīng)用對于新能源汽車驅(qū)動的滿足以及安全可靠性的滿足方面均具有重要的作用。因此，對高壓線束力學(xué)性能的測試成為重點的研究領(lǐng)域。在對高壓線束力學(xué)性能進行測試的過程中，高壓線束的材料、方法的選擇以及試樣安裝和夾持等諸多技術(shù)都是重要的影響因素。

2 新能源高壓線束設(shè)計要點

2.1 線纜選型

2.1.1 電纜線徑

依據(jù)整車各個高壓電氣元件布局圖分清主回路和支路，確定高壓線束所連接的高壓部件的負責(zé)特性。特性包括工作電壓、額定功率、峰值功率、額定電流、峰值電流、持續(xù)時間等。工作溫度及環(huán)境溫度的對于電纜線徑也是有影響的，由于高電流傳輸會導(dǎo)致高功耗和相關(guān)組件的提高溫升，從而高壓電纜設(shè)計必須要能夠承受較高的溫度。如果線纜的布置環(huán)境超過了電纜允許的工作溫度，則必須選擇較大截面積的電纜。對于Tmax達到180℃時，導(dǎo)體截面積需升一擋使用，Tmax達到250℃時，導(dǎo)體截面積需升二擋使用。

2.1.2 線纜結(jié)構(gòu)

高壓線纜從類型上分為單芯電纜和多芯電纜，高壓電纜截面為圓形，護套顏色為橙色。多芯電纜是由多個單芯線組成，單芯線必須同時滿足單芯電纜的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，并如多芯電纜內(nèi)有用于信號傳輸請采用單獨屏蔽，保證信號不丟失。導(dǎo)線主要采用多芯軟銅絞線，以滿足導(dǎo)線的內(nèi)阻和柔軟彎曲度的技術(shù)要求，絕緣層必須要耐高低溫耐阻燃，多為復(fù)合結(jié)構(gòu)。對于EMC的防護，采用帶屏蔽層的高壓電纜采用裸銅或鍍銅線編織在內(nèi)護套層上，其編織密度≥90%。

2.2 高壓連接器的設(shè)計

通常連接器（主要指其中的接觸件）都有使用溫度限制，一旦使用溫度超過規(guī)定限值，連接器就會因發(fā)熱而降低安全性，甚至失效損壞。造成連接器使用溫度增高的原因主要有兩方面：a、汽車本身。汽車上溫度最高的部位就是發(fā)動機周圍，例如傳統(tǒng)汽車發(fā)動機周圍溫度可達125℃以上。b、連接器本身。連接器在使用過程中會發(fā)熱，連接器中插合的接觸件存在接觸電阻，接觸電阻越大，功率損耗越大，接觸件的溫度越高，可靠性越低。對此，在設(shè)計電動乘用車高壓大電流連接器時尤其需要注意。為了避免過高的使用溫度使連接器中的絕緣材料受損，降低其絕緣性能，甚至燒毀失效，以及使接觸件受熱后出現(xiàn)彈性下降，或在接觸區(qū)形成絕緣薄膜，降低接觸可靠性，增大接觸電阻，進而加劇使用溫度升高，如此惡性循環(huán)最終導(dǎo)致連接接觸失效，必須合理設(shè)計電動乘用車高壓大電流連接器中的大電流接觸件。在設(shè)計大電流接觸件時，選用何種接觸形式將直接決定連接器的質(zhì)量和成本。通常接觸件的接觸形式主要有片式、片簧式和線簧式三種。片式接觸件的插孔為圓柱筒開槽并收口，插孔采用鈹青銅絲（棒）加工，原材料價格較貴，且后續(xù)收口工序較難控制，產(chǎn)品質(zhì)量一致性較難保證，成本較高。片簧式接觸件的插孔為冠簧孔，插孔內(nèi)安放有1～2個片簧圈，每個片簧圈由多個彈簧片組成，所有彈簧片都向里拱，組成具有彈性的彈簧圈；當(dāng)插孔和插針相配時，每個彈簧片都和插針接觸并且產(chǎn)生擠壓力，保證多點穩(wěn)定接觸；片簧式插孔由黃銅車制件及冠簧沖壓件組成，產(chǎn)品一致性好，成本低。安費諾公司獲得專利的RADSOK插孔結(jié)構(gòu)，即采用了雙曲線冠簧技術(shù)，接觸面積可增加65%，其表面為高耐磨性的鍍銀層。線簧式接觸件的插孔為線簧孔，插孔的結(jié)構(gòu)和片簧式插孔的結(jié)構(gòu)相似，只是線簧式插孔由彈簧線組成，線簧式插孔雖然性能優(yōu)良，但是工藝復(fù)雜，成本也較高。在對上述各接觸形式接觸件比較后，該電動乘用車高壓大電流連接器采用了大電流片簧式接觸件。同時，為提高接觸可靠性及載流能力，以及滿足大電流接觸件的其它指標(biāo)要求，該大電流片簧式接觸件采用了雙簧片的兩級片簧式插孔。最終通過對大電流接觸件接觸電阻的計算、結(jié)構(gòu)的設(shè)計以及樣件設(shè)計修正，成功設(shè)計了大電流接觸件。

2.3 高壓線束安裝控制

（1）不同高壓部件進行隔離，分別設(shè)立供電控制系統(tǒng)，杜絕不工作部件仍然帶電的現(xiàn)象發(fā)生；（2）高壓線纜布置時應(yīng)遠離熱源，經(jīng)過銳邊或需要穿孔時，應(yīng)當(dāng)在線纜表面加裹保護結(jié)構(gòu)，防止線纜遭到破壞；（3）線纜布置應(yīng)按要求加裝支撐和固定裝置，直線線纜兩個固定點間的距離應(yīng)當(dāng)小于300mm，距離插接件120mm以內(nèi)的距離內(nèi)必須有固定點；（4）注意插接件的位置，為避免雨水和灰層對插接件的侵蝕，插接件應(yīng)盡可能安排放置在駕駛室內(nèi)，并且應(yīng)當(dāng)避免垂直布置；（5）線束長度控制要合理，既要留有一定的富裕，以抵消部件運動拖拽帶來的應(yīng)力，又要避免過長導(dǎo)致線纜堆積影響美觀；（6）充分考慮電磁干擾因素，高壓線束與低壓線束分開排布，與信號線束隔離，避免線纜間的互相干擾；（7）線束布置時應(yīng)充分考慮美觀和維修等因素，保證不僅布置美觀，而且維修起來也非常方便。

3 實例應(yīng)用分析

線束設(shè)計需要滿足汽車整體布局和人機建設(shè)工程的需求，對布置在底盤部分的高壓線束，設(shè)計人員需要應(yīng)用特殊的配置方式，充分考慮車輛的涉水深度、底盤的磨損率、泥沙飛濺的情況等因素，并采用塑料線槽或金屬彎管的形式提高線束的安全程度，切實考慮線槽設(shè)計方式的可實施性，利用分槽設(shè)計方式將高壓線束固定在車底板處。在線束制造材料選擇上，為了避免電磁波的干擾，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)選擇雙絞線，并將雙絞線的線路回路布置在系統(tǒng)中其他線束的最外側(cè)。整車線束傳導(dǎo)和發(fā)射的大多數(shù)電流都和電源線有關(guān)。因此，設(shè)計人員在進行EMC防護線束設(shè)計時，需要遵守以下幾點注意事項：處理好電源的開關(guān)部分，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中優(yōu)先考慮環(huán)路控制方式；如果電路系統(tǒng)中涉及敏感信號，需要選擇屏蔽線纜進行傳輸，在其屏蔽層中做好全方位的搭接處理工作；如果信號線纜與高壓網(wǎng)路和強干擾信號之間的距離較遠，需要對耦合布線進行合理配置；做好濾波器的相關(guān)工作，減少系統(tǒng)引線存在的電感；在線纜設(shè)計中要保持足夠的信地比例，且設(shè)計人員需要分析設(shè)計過程中可能出現(xiàn)的問題，盡早做出合理安排和配置。設(shè)計人員盡快對上述問題進行分析和解答，就能盡早規(guī)避后期設(shè)計存在的風(fēng)險。

4 結(jié)束語

本文簡要介紹了電動乘用車高壓線束的功能用途。從電動乘用車的使用特點、要求和環(huán)境入手，分析了電動乘用車用的高壓線束的設(shè)計要點詳細論述了電纜的主要設(shè)計，連接器及其接觸件的主要設(shè)計方案，僅供參考。

參考文獻

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