電動汽車高壓線束的設(shè)計研究獲獎科研報告

電動汽車高壓線束的設(shè)計研究獲獎科研報告摘

要：高壓線束作為電動汽車的關(guān)鍵零組件，為電動汽車的安全性和可靠性提供保障，通過對電動汽車高壓線束的設(shè)計研究，實現(xiàn)電動汽車相關(guān)電器、電子設(shè)備和開關(guān)能正常安全工作。

關(guān)鍵詞：電動汽車;高壓線束;設(shè)計

Abstract：HighwiringharnessasthekeycomponentsoftheEVtoprovideguaranteeforthesafetyandreliabilityoftheelectriccar，bythestudyonthedesignoftheelectricautomobilehighwiringharness，realizetheelectriccarrelatedappliances，electronicequipmentandswitchtonormalsafetywork

Keywords：Electricvehicle;HighvoltageHarness;Design

一、前言

根據(jù)國家能源局發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012～2020年）》中指出：到2020年新能源汽車將達到500萬輛，生產(chǎn)能力將達到200萬輛/年。國務(wù)院發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》也明確了以純電驅(qū)動為電動乘用車發(fā)展和汽車工業(yè)轉(zhuǎn)型的主要技術(shù)路線，重點推進純電動汽車和插電式混合動力汽車產(chǎn)業(yè)化。受政策扶持、車型放量等積極因素推動，我國新能源汽車產(chǎn)銷將爆發(fā)式增長。汽車線束作為電動汽車系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)主體，是電動汽車進行動力傳輸和信號傳遞的載體，對電動汽車的行駛至關(guān)重要。在汽車線束中又以汽車高壓線束最為關(guān)鍵，它是將電纜及其連接器或端子和其他零件組裝成一體的電線束，其承擔著電動汽車的能源與動力裝置間的電氣傳輸。相比于汽車內(nèi)部其他電氣設(shè)備中的線束，汽車高壓線束要求能夠保證電動汽車在各種惡劣環(huán)境和各種行駛條件下具有更高的安全性和可靠性。電動汽車線束的設(shè)計原則是以最短的電纜長度、最少的電纜根數(shù)和最合適的電纜截面，選擇適配的連接器加以正確可靠的連接，保證所有汽車電器、電子設(shè)備和開關(guān)正常安全的工作。

電動汽車高壓線束設(shè)計主要包括線束布線走向設(shè)計、線徑大小設(shè)計、高壓連接器選型、電磁屏蔽設(shè)計、高壓互鎖HVIL設(shè)計和高壓線束的防護與標識設(shè)計等[1]。

二、高壓線束布線走向設(shè)計

下圖為電動汽車高壓部件常見的分布圖，一般以高壓電器為中心對高壓線束進行分類，可分為充電高壓線、電池高壓線和電機高壓線等。充電高壓線主要連接充電機和電池單元，電池高壓線主要是連接控制器和電池單元，電機高壓線主要是連接控制器和電機部分。高壓電纜承載的電流較大，線徑的直徑隨之變粗，這對布線走向以及電磁干擾及屏蔽就變得非常重要。高線線束主要在車內(nèi)的較小空間布置，必須有良好的柔軟性，高壓線束處于車上的高振動環(huán)境，必須有良好的耐磨性、抗拉性和抗撕裂能力等。

三、線徑大小設(shè)計

高壓線束是電動汽車電路的網(wǎng)絡(luò)主體，沒有線束也就不存在汽車電路。高壓線束在電動汽車中屬于高安全件，在載通能力、機械強度、絕緣保護和電磁兼容性等方面進行了特殊的處理。一般來說，與傳統(tǒng)的汽車線束要求完全不一樣，高壓線束耐壓與耐溫等級的性能遠高于低壓線束等級。常規(guī)乘用汽車耐高壓額定600V，商用車及大巴士電壓可高達1000V，根據(jù)高壓系統(tǒng)部件的電流量，可達250A～400A。耐高溫等級分為125℃、150℃、200℃不等，常規(guī)選擇-40℃～125℃電纜。國內(nèi)主機廠通常采用屏蔽高壓線，屏蔽高壓線可降低或避免高壓線的輻射從而減少EMI、RFI對整車系統(tǒng)的影響。因此線徑大小需要綜合考慮以下幾方面：負載回路的額定電流大小;電纜導(dǎo)體的容許溫度;線束工作時的環(huán)境溫度;導(dǎo)線自身通電時溫度上升引起的電阻率變化;成捆線束容許載流的折減系數(shù)等[1]。

四、高壓連接器的類型和應(yīng)用

（一）高壓連接器特點和應(yīng)用

高壓連接器應(yīng)用于高壓配電盒、動力電池、維修開關(guān)、DC/DC直流接口、空調(diào)、動力電機、儀表及監(jiān)控系統(tǒng)、燈光音響等各模塊。高壓連接器特點：1）結(jié)構(gòu)防錯（多種防呆鍵位可選）和視角防錯（不同顏色）;2）連接快速可靠;3）高壓互鎖、二次鎖緊設(shè)計，防振性能優(yōu)越;4）直頭/彎頭根據(jù)車內(nèi)空間及線路選擇;5）插針防觸手設(shè)計，避免誤操作觸電;6）按有無屏蔽功能分為非屏蔽型連接器和屏蔽型連接器。非屏蔽型連接器結(jié)構(gòu)相對簡單，無屏蔽功能，成本相對低。使用在無需屏蔽的位置，如充電回路、電池包殼體內(nèi)部及控制器內(nèi)部等由金屬殼體包覆的電器上。屏蔽型連接器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有屏蔽要求，成本相對高。適用于必須有屏蔽功能的地方，如電器外部與高壓線束的連接。7）連接方式有推拉式、卡口式直插鎖緊、螺紋等;8）接線方式有壓接、尾部過孔、連接銅排、螺紋等，壓接方式主要采用對相應(yīng)規(guī)格的壓模施加外力使接插件端子與電纜接觸面結(jié)合，連接快速，穩(wěn)定可靠，壽命長，適用于大批量加工。目前電動汽車線束電纜與接插件端子普遍采用壓接方式連接。

（二）維修開關(guān)的特點和應(yīng)用

電動汽車高壓系統(tǒng)在需要檢查維修時，通過斷開維修開關(guān)來實現(xiàn)斷開高壓總電源，從而保證操作人員的安全，因此維修開關(guān)在高壓系統(tǒng)中必不可少。維修開關(guān)分為帶熔斷絲和不帶熔斷絲兩種。帶熔斷絲開關(guān)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，簡單，體積相體積較大，成本相對也高，一般用在高壓電池包等大電流的高壓系統(tǒng)上。不帶熔斷絲開關(guān)結(jié)構(gòu)對小，成本也低，適用于布置車內(nèi)空間有限的位置。

五、屏蔽及EMC干擾設(shè)計

由于電動汽車存在高壓交流系統(tǒng)，具有較強的電磁干擾性;同時電機、控制器等高壓部件發(fā)出不同頻段的電磁波也會對整車音響、倒車影像和變速器傳感器等產(chǎn)生干擾，因此高壓線束每個接口均應(yīng)采用屏蔽處理。屏蔽需要系統(tǒng)級考慮布置的合理性，比如系統(tǒng)級布線時需要注意高低壓分開，走線規(guī)范，干擾源要遠離信號源并且電源線與信號線盡量采用隔離或分開配線，輸入與輸出信號線應(yīng)避免排在一起造成干擾。我們還需要考慮屏蔽的可靠接地問題，比如通過接地柱連接設(shè)備端，對接地部件進行防腐蝕處理，減少屏蔽失效的風(fēng)險。如果設(shè)備端表面有處理保護層，我們甚至需要增加屏蔽防護盒等方式來實現(xiàn)可靠的屏蔽連續(xù)性的連接。信號控制線芯的屏蔽和總屏蔽均采應(yīng)用鍍錫銅絲編織屏蔽結(jié)構(gòu)，編織密度不低于80%[2]。信號控制線芯屏蔽層能有效屏蔽外界電磁波對監(jiān)控線芯信號傳輸?shù)挠绊?，避免在工作過程中出現(xiàn)誤動作;電纜總屏蔽層在電纜工作時作為接地線使用，可有效抑制由于電動汽車充電時由于電流過大而對電網(wǎng)造成的沖擊，同時還能有效屏蔽電纜本體對外發(fā)射電磁波，減小對電動汽車內(nèi)部及外界弱電通信設(shè)備的干擾。

六、高壓互鎖HVIL設(shè)計

高壓回路互鎖功能設(shè)計是針對高壓電路連接的可靠程度提出的。危險電壓閉鎖回路也稱為高壓互鎖回路（HVIL），是一個典型的互鎖系統(tǒng)，通過使用的電氣信號，來檢查整個模塊、導(dǎo)線及連接器的電氣完整性。高壓部件帶有高壓互鎖人性化安全設(shè)計，貫穿整車所有高壓部件，在對高壓部件進行拆卸前必須先斷開高壓互鎖結(jié)構(gòu)才可執(zhí)行操作，通過BMS執(zhí)行控制和反饋。

七、高壓部件和高壓線束的防護與標識設(shè)計

高壓部件的防護主要包括防水、機械防護及高壓警告標識等。高壓線束系統(tǒng)必須滿足整車總體布置及人機工程的要求，對于位于發(fā)動機艙和底盤部分的高壓線束應(yīng)特別注意線束的保護方式。布置于底盤部分的高壓線束應(yīng)充分考慮車輛暴雨、涉水和刮底盤等情況，結(jié)構(gòu)上線束自身固定通過熱縮套管、波紋管和各類套管來實現(xiàn)，線束在車上的固定可以采用塑料線槽、各類掛夾或金屬彎管設(shè)計來固定高壓線束。為提示和警示用戶和維修人員，高壓線束應(yīng)采用橙色線纜并用橙色波紋管對其進行防護，高壓連接器也應(yīng)標識為橙色，起到警示作用，并且所選高壓連接器防護等級至少應(yīng)達到IP67。

八、結(jié)束語

新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展是我國汽車產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型升級的一個重要突破口，以新能源為特點的綠