新能源汽車動(dòng)力蓄電池接地線設(shè)計(jì)

張 嬌，黃祖朋，黃武榮，李 彬

（上汽通用五菱汽車股份有限公司技術(shù)中心，廣西 柳州 545007）

引言

大地是可導(dǎo)電的，其電位通常取為零。接地線，即為與大地連接的導(dǎo)線。電氣設(shè)備的外露導(dǎo)體部分及裝置外導(dǎo)電部分通過導(dǎo)體與大地相連接，稱作接地。接地的目的是使可能觸及到電的部分與地相導(dǎo)通，當(dāng)設(shè)備產(chǎn)生電氣故障時(shí)，即使其導(dǎo)電部分帶電，因其電位與大地電位相接近，也可降低人員觸電危險(xiǎn)，保證人生及設(shè)備的安全。

1 接地線的組成

1.1 接地線設(shè)計(jì)國標(biāo)要求

《電動(dòng)汽車安全要求第三部分：人員觸電防護(hù)》（GB/T—18384.3-2015）第6.9條對電位均衡有如下要求：所有組成電位均衡電流通路的組件（導(dǎo)體、連接部分）應(yīng)能承受單點(diǎn)失效情況下的最大電流，電位均衡通路中任意兩個(gè)可以被人同時(shí)觸碰到的外露可導(dǎo)電部分之間的電阻應(yīng)不超過0.1 Ω[1]。

1.2 接地線結(jié)構(gòu)介紹

目前行業(yè)內(nèi)普遍采用銅線作為接地線主材質(zhì)，以滿足電位均衡要求。接地線由端子和導(dǎo)線組成，端子用于固定接地線至車身及電池上，導(dǎo)線用于連接電池和車身。端子多為鐵片組成，設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮擰緊轉(zhuǎn)功能，導(dǎo)線部分則由銅絲、絕緣層、外包裹層組成。銅的電阻小、導(dǎo)電性能好，可滿足接地線電位均衡要求。絕緣層的作用是防止人員接觸帶電導(dǎo)體部分。外包裹層的作用為保護(hù)線纜，需具備耐磨性及防水性，避免車輛行駛過程接地線損壞。外包裹層常用材料為PP波紋管或者織物纏繞。PP波紋管防水、防腐性、耐磨性較織物纏繞好，其使用壽命更長。

2 接地線設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 接地線長度

接地線長度影響裝配難度及裝配后效果。如接地線過長，需卷繞彎折長度過大（見圖1），打緊后易造成松動(dòng)。多余長度的接地線需要彎折，也會(huì)導(dǎo)致接地線不易裝配，且過長的接地線可能與周圍零件產(chǎn)生干涉。如接地線過短，則無法安裝至指定位置。接地線長度設(shè)計(jì)值與其兩端所處位置相關(guān)，還通常需要在樣車階段進(jìn)行不同長度接地線裝配效果驗(yàn)證。動(dòng)力電池接地線長度公差為±5 mm較適宜。

圖1 過長接地線裝配效果

2.2 接地線防轉(zhuǎn)功能

接地線通常使用螺栓等與電氣底盤進(jìn)行電路連接，在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮防轉(zhuǎn)動(dòng)功能。如無防轉(zhuǎn)功能，螺栓打緊時(shí)端子受力轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)接地線轉(zhuǎn)動(dòng)，難于打緊且扭力易衰減，導(dǎo)致接地線裝配固定后形態(tài)各異。防轉(zhuǎn)功能有利于提升安裝效率及一致性。圖2為某款新能源汽車帶防轉(zhuǎn)端子和防轉(zhuǎn)卡口的接地線的裝配效果圖，其在電池包上焊接了一個(gè)帶凸臺的小方塊，接地線設(shè)計(jì)凹槽卡入凸臺，防止打緊螺栓過程中接地線轉(zhuǎn)動(dòng)。接地線另外一端設(shè)計(jì)防轉(zhuǎn)卡扣，車身上配合設(shè)計(jì)安裝孔，防轉(zhuǎn)卡扣卡入安裝孔內(nèi)，防止打緊螺栓過程中接地線轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖2 接地線裝配效果

2.3 接地線硬度

接地線硬度影響裝配難易程度。如接地線過硬，難以彎折，當(dāng)其兩端安裝點(diǎn)不在同一平面時(shí)，則會(huì)很難安裝到位。接地線過硬，擰緊接地線安裝螺栓時(shí)，還可能會(huì)出現(xiàn)接地線與擰緊套筒干涉的現(xiàn)象（見圖3），導(dǎo)致螺栓無法擰緊。如接地線過軟，則較難定型，安裝時(shí)易變形竄動(dòng)。接地線硬度與銅線關(guān)系較大，表1歸納了不同銅線材質(zhì)、粗細(xì)、截面積的接地線設(shè)計(jì)方案的及其硬度、成本、使用效果及抗腐蝕性能的關(guān)系。

圖3 接地線過硬與擰緊套筒干涉

表1 不同接地線方案優(yōu)缺點(diǎn)對比

2.3.1 接地線銅絲鍍錫對硬度影響

方案一和方案二的接地線的截面積、銅絲粗細(xì)均相同，只是鍍錫和不鍍錫的區(qū)別。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)接地線都比較硬，均難裝配，說明接地線柔軟度與銅絲是否鍍錫無關(guān)。車底工況惡劣，接地線設(shè)計(jì)需要考慮良好抗腐蝕性，鍍錫銅絲比裸銅絲有更加好的抗腐蝕性、導(dǎo)電性及散熱效果，建議采用鍍錫銅導(dǎo)線。

2.3.2 接地線銅絲粗細(xì)對硬度影響

對比方案二與方案三的不同截面積的鍍錫銅接地線，方案三比方案二的銅絲細(xì)。銅絲越細(xì)，接地線越柔軟，工人能輕松彎折接地線，便于工人裝配。方案三的缺點(diǎn)是同樣平方數(shù)的電纜成本會(huì)升高30%，綜合考慮成本及性能要求，建議選用細(xì)銅絲的接地線。另外，銅絲越細(xì)，越需要良好的散熱，否則溫度升高會(huì)導(dǎo)致接地線阻值增大，影響接地線的導(dǎo)電性能。接地線裝配位置應(yīng)為通風(fēng)處。

2.3.3 接地線線徑大小對硬度影響

對比方案三35 mm2與方案四25 mm2的鍍錫銅接地線，銅絲線徑均為0.1 mm，兩者柔軟度相當(dāng)，說明柔軟度與導(dǎo)線截面積關(guān)系不大。由于等電位電纜并不過大電流，所以35 mm2的與25 mm2的電纜均可滿足阻值小于0.1 Ω要求。然而，接地線截面積越大，用到的銅越多，成本越高，建議選用25 mm2鍍錫銅接地線。

綜上所述，接地線硬度與銅絲表面是否鍍錫無關(guān)，與銅絲線徑大小有關(guān)，與接地線截面積大小無關(guān)，建議選用方案四的接地線。

3 接地線安裝面防銹工藝

接地線一般裝配在動(dòng)力蓄電池箱體上，而動(dòng)力蓄電池鈑金箱體表面會(huì)進(jìn)行電泳以防止箱體生銹，接地線固定面需保證過流能力，不能有電泳漆。不建議采用電泳后打磨掉接觸表面電泳漆及在表面涂導(dǎo)電漆的工藝，一則導(dǎo)電漆防銹效果不理想，二則此處金屬材料經(jīng)過長時(shí)間暴露在空氣會(huì)遇水氧化，導(dǎo)致此處表面銹蝕（見圖4）。建議動(dòng)力蓄電池鈑金箱體用螺栓堵住接地線在箱體上的安裝孔后，再過電泳工藝，這樣增加了接地線安裝面的電泳漆面積，可以有效地防止安裝面裸露生銹。

圖4 接地線安裝面銹蝕圖

4 結(jié)語

電池設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)電池接地線時(shí)，需充分考慮接地線長度、硬度、防轉(zhuǎn)對裝配過程的影響，同時(shí)需要對接地線安裝面加工工藝進(jìn)行合理優(yōu)化，避免車輛長期使用造成安裝面生銹。