淺析電動汽車電池包低壓線束設計及制造

薛桂紅， 張紅兵， 王永超

（鶴壁天海環(huán)球電器有限公司研發(fā)部， 河南 鶴壁 458030）

隨著近年來國家節(jié)能減排，環(huán)保綠色發(fā)展的號召，新能源電動汽車發(fā)展逐步受到關注。電動汽車以電能為能源，它所需要的電能存儲在動力電池系統(tǒng)中，動力電池包是電動汽車的核心部件，為整車提供電能存儲，是新能源車的動力源泉。線束是動力電池系統(tǒng)電路的網(wǎng)絡主題，其主要分為動力系統(tǒng)低壓線束和動力系統(tǒng)高壓線束，動力系統(tǒng)高壓線束如同整車的大動脈血管，將動力電池的動力不斷輸出到各個重要的部件器官中。而低壓線束則如同整車的神經(jīng)網(wǎng)絡，實時傳輸各類檢測信號和控制信息。電池包低壓線束的可靠性和穩(wěn)定性對電池包正常工作起著關鍵性的作用。

一般的電池包低壓線束承載著模組通信、模組采樣和電池管理等功能。電池包低壓線束一般分為模組通信線束、模組采樣線束、BMS線束等。這里結(jié)合實際工作中的經(jīng)歷和遇到的困擾，主要分析和探討SUV純電動汽車電池包低壓線束設計及制造。

1 連接器的選擇

1） 根據(jù)在電池包的不同位置選擇不同類型的連接器，均需要選擇符合汽車規(guī)范的連接器，連接器均需要在復雜的車用環(huán)境下保持可靠性。

2） 電池包箱體內(nèi)部的連接器，不需要選擇防水類型，以便有更小的體積。

3） 模組連接器小型化。為了實現(xiàn)電芯最大化提高電池的能量密度以提高續(xù)航里程，一般留給連接器的接口面積比較小，同時由于負責采集電壓、溫度、CAN信號及傳遞模組信息，傳輸電流很小，所以連接器選型一般遵循與模組最小的接口，連接器小型化。由于電池包所處的環(huán)境，塑料連接器阻燃等級要求達到UL94-V0級別；端子選用0.50mm系列小型端子。由于連接器小型化，它的機械強度隨之會降低，但仍需滿足汽車連接器規(guī)范USCAR-2標準。因為連接器同時要滿足線束生產(chǎn)制造和電池包線束裝配時所產(chǎn)生的外來拉力，USCAR-2第6版標準新增加了0.50系列連接器端子在護套中的保持力要求，如圖1所示。

端子在護套中保持力最小20N （一次自鎖），這是為了滿足線束生產(chǎn)制造過程所經(jīng)受的拉力。這個力比較小，對于那些一次鎖止結(jié)構(gòu)機械強度在20N邊界的連接器，一般在線束生產(chǎn)制作過程中需要注意，不能用傳統(tǒng)的線束裝配拉拔力去拉搖端子，否則很容易造成連接器自身鎖扣結(jié)構(gòu)損壞或者將端子拉出，造成品質(zhì)隱患或材料報廢，需要用很弱的力去拉動導線或者聽鎖止聲音來確認端子是否卡到位，嚴格按供應商操作指導書進行操作。從目前經(jīng)歷的項目看，對于一次鎖止結(jié)構(gòu)機械強度在20N邊界的連接器，給線束制造供應商帶來了一定的困擾：不同的操作工插拔力有差異造成材料報廢時有發(fā)生，需要加強培訓或者專人操作。鑒于插拔力需要，連接器在設計和選材時應考慮更大的力避免各種潛在風險及成本增加。

2 導線的選型及發(fā)展方向

低壓導線滿足ISO6722或者DIN 72551-6的要求。一般選用德標FLRY-A，F(xiàn)LRY-B導線或等同的薄壁導線。

圖1 USCAR-2第6版標準

模組通信中CAN信號線使用雙絞線，用以抵御外界電磁波干擾以及降低自身信號的對外干擾。用于模組通信的導線目前主機廠大多要求使用0.35mm2導線或0.5mm2導線。目前負責模組通信的線所通電流較小，通常是毫安級別，隨著0.13mm2導線的開發(fā)成熟及批量使用，電池包內(nèi)的負責模組通信的導線將逐步使用0.13mm2的導線，這在整包輕量化和降低材料成本方面將是一個技術(shù)改進。另一方面，線束直徑變小，將給模組更多的空間提升能量以提高整車續(xù)航里程。

3 線束的防護

電池包內(nèi)低壓線束依據(jù)線束布置方式及結(jié)構(gòu)環(huán)境可以用膠帶、波紋管或其它保護方式。使用黑色波紋管時，波紋管需要滿足UL94-V0阻燃等級要求。波紋管阻燃等級比整車低壓線要求更嚴苛。

4 線束的固定

由于受電池包內(nèi)環(huán)境和結(jié)構(gòu)的限制，線束固定方式采用小型化、易裝配的原則。

純電動汽車電池包低壓線束，無論何種設計布置方式，模組通信或采樣線束都比較長，為保證線束連接可靠性，線束的固定尤為重要。線束必須按間隔設計固定卡位?？蓞⒄彰?00mm左右（特殊情況可更小距離） 間隔設置卡扣，可優(yōu)先選用圓孔樹形卡扣（圖2），以方便操作和安裝。其次在空間有限過孔不方便，有固定板時可使用Edge clip固定線束（圖3）。

圖2 圓孔樹形卡扣固定

圖3 Edge clip固定

5 其它需要注意的地方

1） 干涉 因電池包內(nèi)空間有限，同時還有高壓動力線束（高電流、高電壓） 和水冷管道等布置。低壓線束實際走向布置要避免和高壓線束產(chǎn)生干涉，避免產(chǎn)生裝配障礙和加速線束磨損老化等問題。在電池包內(nèi)的水冷管道等布置的區(qū)域，要考慮線束的固定安裝方式是否與水管管道干涉。必要時調(diào)整線束裝配工藝解決干涉問題。

2） 標識 對于SUV純電動汽車電池包，因模組數(shù)量之多，與模具對接的線束接插件較多，且一般是相同的接插件，所以對于數(shù)量較多且相同的線束接插件，建議在每一個線束接插件尾部做功能標識以方便識別裝配及后續(xù)維修查找方便。功能標簽標識如圖4所示。

圖4 功能標簽標識

6 技術(shù)發(fā)展

隨著連接器供應商不斷開發(fā)出更多的電池包專用連接器，以及線束制造工藝技術(shù)水平的不斷發(fā)展，特別是小平方導線壓接技術(shù)日趨成熟和線束裝配工藝自動化水平的不斷提高，可以大膽嘗試在電池包線束設計時更多采用0.13mm2的導線，這樣不僅能減重、節(jié)能減排，而且還能降低成本和提高電池包線束的集成度。

7 總結(jié)

通過新能源純電動汽車電池包內(nèi)低壓線束設計及制造分析，以及對電池包內(nèi)低壓線束設計制造所面臨的問題分析，提出優(yōu)化線束設計及制造方案。電動汽車電池包低壓線束，既有和整車低壓線相同的地方，又有一些特殊結(jié)構(gòu)和環(huán)境的要求，需要識別并優(yōu)化和改進設計以適應新的發(fā)展方向需要，從而提升電動汽車電池包性能的穩(wěn)定性和安全性。