新能源高壓線束設(shè)計(jì)要點(diǎn)

左洪濤 林巖飛

摘 要：對(duì)于國(guó)家發(fā)布《節(jié)能與新能源汽車(chē)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(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展將以純電驅(qū)動(dòng)為新能源汽車(chē)發(fā)展和汽車(chē)工業(yè)轉(zhuǎn)型的主要戰(zhàn)略取向，當(dāng)前重點(diǎn)推進(jìn)純電動(dòng)汽車(chē)和插電式混合動(dòng)力汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化，而電動(dòng)汽車(chē)的產(chǎn)業(yè)也獲得了前所未有的發(fā)展和機(jī)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(dòng)汽車(chē)的可靠運(yùn)行和安全提供了保證。

關(guān)鍵詞：新能源；高壓線束；設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1 高壓線束概述

高壓線束主要可分為電機(jī)高壓線、充電高壓線以及電池高壓線。其中，電機(jī)高壓線主要是指與電機(jī)和控制器連接的高壓線；充電高壓線主要是指與充電機(jī)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(duì)于地壓線束來(lái)說(shuō)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(shí)，高壓線束的應(yīng)用對(duì)于新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)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(duì)高壓線束力學(xué)性能的測(cè)試成為重點(diǎn)的研究領(lǐng)域。在對(duì)高壓線束力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試的過(guò)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(jì)要點(diǎn)

2.1 線纜選型

2.1.1 電纜線徑

依據(jù)整車(chē)各個(gè)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(fù)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(shí)間等。工作溫度及環(huán)境溫度的對(duì)于電纜線徑也是有影響的，由于高電流傳輸會(huì)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(jì)必須要能夠承受較高的溫度。如果線纜的布置環(huán)境超過(guò)了電纜允許的工作溫度，則必須選擇較大截面積的電纜。對(duì)于Tmax達(dá)到180℃時(shí)，導(dǎo)體截面積需升一擋使用，Tmax達(dá)到250℃時(shí)，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(lèi)型上分為單芯電纜和多芯電纜，高壓電纜截面為圓形，護(hù)套顏色為橙色。多芯電纜是由多個(gè)單芯線組成，單芯線必須同時(shí)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(hào)傳輸請(qǐng)采用單獨(dú)屏蔽，保證信號(hào)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(duì)于EMC的防護(hù)，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(hù)套層上，其編織密度≥90%。

2.2 高壓連接器的設(shè)計(jì)

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(guò)規(guī)定限值，連接器就會(huì)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(chē)本身。汽車(chē)上溫度最高的部位就是發(fā)動(dòng)機(jī)周?chē)鐐鹘y(tǒng)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)周?chē)鷾囟瓤蛇_(dá)125℃以上。b、連接器本身。連接器在使用過(guò)程中會(huì)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(duì)此，在設(shè)計(jì)電動(dòng)乘用車(chē)高壓大電流連接器時(shí)尤其需要注意。為了避免過(guò)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(jìn)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(jì)電動(dòng)乘用車(chē)高壓大電流連接器中的大電流接觸件。在設(shè)計(jì)大電流接觸件時(shí)，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(kāi)槽并收口，插孔采用鈹青銅絲（棒）加工，原材料價(jià)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(gè)片簧圈，每個(gè)片簧圈由多個(gè)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(shí)，每個(gè)彈簧片都和插針接觸并且產(chǎn)生擠壓力，保證多點(diǎn)穩(wěn)定接觸；片簧式插孔由黃銅車(chē)制件及冠簧沖壓件組成，產(chǎn)品一致性好，成本低。安費(fèi)諾公司獲得專(zhuān)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(duì)上述各接觸形式接觸件比較后，該電動(dòng)乘用車(chē)高壓大電流連接器采用了大電流片簧式接觸件。同時(shí)，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(jí)片簧式插孔。最終通過(guò)對(duì)大電流接觸件接觸電阻的計(jì)算、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及樣件設(shè)計(jì)修正，成功設(shè)計(jì)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(jìn)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(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離熱源，經(jīng)過(guò)銳邊或需要穿孔時(shí)，應(yīng)當(dāng)在線纜表面加裹保護(hù)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(gè)固定點(diǎn)間的距離應(yīng)當(dāng)小于300mm，距離插接件120mm以?xún)?nèi)的距離內(nèi)必須有固定點(diǎn)；（4）注意插接件的位置，為避免雨水和灰層對(duì)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(zhǎng)度控制要合理，既要留有一定的富裕，以抵消部件運(yùn)動(dòng)拖拽帶來(lái)的應(yīng)力，又要避免過(guò)長(zhǎng)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(kāi)排布，與信號(hào)線束隔離，避免線纜間的互相干擾；（7）線束布置時(shí)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(lái)也非常方便。

3 實(shí)例應(yīng)用分析

線束設(shè)計(jì)需要滿足汽車(chē)整體布局和人機(jī)建設(shè)工程的需求，對(duì)布置在底盤(pán)部分的高壓線束，設(shè)計(jì)人員需要應(yīng)用特殊的配置方式，充分考慮車(chē)輛的涉水深度、底盤(pán)的磨損率、泥沙飛濺的情況等因素，并采用塑料線槽或金屬?gòu)澒艿男问教岣呔€束的安全程度，切實(shí)考慮線槽設(shè)計(jì)方式的可實(shí)施性，利用分槽設(shè)計(jì)方式將高壓線束固定在車(chē)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(jì)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(chē)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(jì)人員在進(jìn)行EMC防護(hù)線束設(shè)計(jì)時(shí)，需要遵守以下幾點(diǎn)注意事項(xiàng)：處理好電源的開(kāi)關(guān)部分，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(hào)，需要選擇屏蔽線纜進(jìn)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(hào)線纜與高壓網(wǎng)路和強(qiáng)干擾信號(hào)之間的距離較遠(yuǎn)，需要對(duì)耦合布線進(jìn)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(jì)中要保持足夠的信地比例，且設(shè)計(jì)人員需要分析設(shè)計(jì)過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，盡早做出合理安排和配置。設(shè)計(jì)人員盡快對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行分析和解答，就能盡早規(guī)避后期設(shè)計(jì)存在的風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

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

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