電動(dòng)汽車高壓線束的設(shè)計(jì)研究獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

電動(dòng)汽車高壓線束的設(shè)計(jì)研究獲獎(jiǎng)科研報(bào)告摘

要：高壓線束作為電動(dòng)汽車的關(guān)鍵零組件，為電動(dòng)汽車的安全性和可靠性提供保障，通過(guò)對(duì)電動(dòng)汽車高壓線束的設(shè)計(jì)研究，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)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(dòng)汽車;高壓線束;設(shè)計(jì)

Abstract：HighwiringharnessasthekeycomponentsoftheEVtoprovideguaranteeforthesafetyandreliabilityoftheelectriccar，bythestudyonthedesignoftheelectricautomobilehighwiringharness，realizetheelectriccarrelatedappliances，electronicequipmentandswitchtonormalsafetywork

Keywords：Electricvehicle;HighvoltageHarness;Design

一、前言

根據(jù)國(guó)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(dá)到500萬(wàn)輛，生產(chǎn)能力將達(dá)到200萬(wàn)輛/年。國(guó)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(dòng)為電動(dòng)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(diǎn)推進(jìn)純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車產(chǎn)業(yè)化。受政策扶持、車型放量等積極因素推動(dòng)，我國(guó)新能源汽車產(chǎn)銷將爆發(fā)式增長(zhǎng)。汽車線束作為電動(dòng)汽車系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)主體，是電動(dòng)汽車進(jìn)行動(dòng)力傳輸和信號(hào)傳遞的載體，對(duì)電動(dòng)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(dān)著電動(dòng)汽車的能源與動(dòng)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(dòng)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(dòng)汽車線束的設(shè)計(jì)原則是以最短的電纜長(zhǎng)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(dòng)汽車高壓線束設(shè)計(jì)主要包括線束布線走向設(shè)計(jì)、線徑大小設(shè)計(jì)、高壓連接器選型、電磁屏蔽設(shè)計(jì)、高壓互鎖HVIL設(shè)計(jì)和高壓線束的防護(hù)與標(biāo)識(shí)設(shè)計(jì)等[1]。

二、高壓線束布線走向設(shè)計(jì)

下圖為電動(dòng)汽車高壓部件常見的分布圖，一般以高壓電器為中心對(duì)高壓線束進(jìn)行分類，可分為充電高壓線、電池高壓線和電機(jī)高壓線等。充電高壓線主要連接充電機(jī)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(jī)高壓線主要是連接控制器和電機(jī)部分。高壓電纜承載的電流較大，線徑的直徑隨之變粗，這對(duì)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(dòng)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(jì)

高壓線束是電動(dòng)汽車電路的網(wǎng)絡(luò)主體，沒(méi)有線束也就不存在汽車電路。高壓線束在電動(dòng)汽車中屬于高安全件，在載通能力、機(jī)械強(qiáng)度、絕緣保護(hù)和電磁兼容性等方面進(jìn)行了特殊的處理。一般來(lái)說(shuō)，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(jí)的性能遠(yuǎn)高于低壓線束等級(jí)。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(dá)1000V，根據(jù)高壓系統(tǒng)部件的電流量，可達(dá)250A～400A。耐高溫等級(jí)分為125℃、150℃、200℃不等，常規(guī)選擇-40℃～125℃電纜。國(guó)內(nèi)主機(jī)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(duì)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(fù)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(shí)的環(huán)境溫度;導(dǎo)線自身通電時(shí)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(diǎn)和應(yīng)用

高壓連接器應(yīng)用于高壓配電盒、動(dòng)力電池、維修開關(guān)、DC/DC直流接口、空調(diào)、動(dòng)力電機(jī)、儀表及監(jiān)控系統(tǒng)、燈光音響等各模塊。高壓連接器特點(diǎn)：1）結(jié)構(gòu)防錯(cuò)（多種防呆鍵位可選）和視角防錯(cuò)（不同顏色）;2）連接快速可靠;3）高壓互鎖、二次鎖緊設(shè)計(jì)，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?lè)烙|手設(shè)計(jì)，避免誤操作觸電;6）按有無(wú)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(duì)簡(jiǎn)單，無(wú)屏蔽功能，成本相對(duì)低。使用在無(wú)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(duì)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(guò)孔、連接銅排、螺紋等，壓接方式主要采用對(duì)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(zhǎng)，適用于大批量加工。目前電動(dòng)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(diǎn)和應(yīng)用

電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)在需要檢查維修時(shí)，通過(guò)斷開維修開關(guān)來(lái)實(shí)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(jiǎn)單，體積相體積較大，成本相對(duì)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(duì)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(jì)

由于電動(dòng)汽車存在高壓交流系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的電磁干擾性;同時(shí)電機(jī)、控制器等高壓部件發(fā)出不同頻段的電磁波也會(huì)對(duì)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(gè)接口均應(yīng)采用屏蔽處理。屏蔽需要系統(tǒng)級(jí)考慮布置的合理性，比如系統(tǒng)級(jí)布線時(shí)需要注意高低壓分開，走線規(guī)范，干擾源要遠(yuǎn)離信號(hào)源并且電源線與信號(hào)線盡量采用隔離或分開配線，輸入與輸出信號(hào)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(wèn)題，比如通過(guò)接地柱連接設(shè)備端，對(duì)接地部件進(jìn)行防腐蝕處理，減少屏蔽失效的風(fēng)險(xiǎn)。如果設(shè)備端表面有處理保護(hù)層，我們甚至需要增加屏蔽防護(hù)盒等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)可靠的屏蔽連續(xù)性的連接。信號(hào)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(hào)控制線芯屏蔽層能有效屏蔽外界電磁波對(duì)監(jiān)控線芯信號(hào)傳輸?shù)挠绊懀苊庠诠ぷ鬟^(guò)程中出現(xiàn)誤動(dòng)作;電纜總屏蔽層在電纜工作時(shí)作為接地線使用，可有效抑制由于電動(dòng)汽車充電時(shí)由于電流過(guò)大而對(duì)電網(wǎng)造成的沖擊，同時(shí)還能有效屏蔽電纜本體對(duì)外發(fā)射電磁波，減小對(duì)電動(dòng)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(jì)

高壓回路互鎖功能設(shè)計(jì)是針對(duì)高壓電路連接的可靠程度提出的。危險(xiǎn)電壓閉鎖回路也稱為高壓互鎖回路（HVIL），是一個(gè)典型的互鎖系統(tǒng)，通過(guò)使用的電氣信號(hào)，來(lái)檢查整個(gè)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(jì)，貫穿整車所有高壓部件，在對(duì)高壓部件進(jìn)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(guò)BMS執(zhí)行控制和反饋。

七、高壓部件和高壓線束的防護(hù)與標(biāo)識(shí)設(shè)計(jì)

高壓部件的防護(hù)主要包括防水、機(jī)械防護(hù)及高壓警告標(biāo)識(shí)等。高壓線束系統(tǒng)必須滿足整車總體布置及人機(jī)工程的要求，對(duì)于位于發(fā)動(dòng)機(jī)艙和底盤部分的高壓線束應(yīng)特別注意線束的保護(hù)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(guò)熱縮套管、波紋管和各類套管來(lái)實(shí)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?gòu)澒茉O(shè)計(jì)來(lái)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(duì)其進(jìn)行防護(hù)，高壓連接器也應(yīng)標(biāo)識(shí)為橙色，起到警示作用，并且所選高壓連接器防護(hù)等級(jí)至少應(yīng)達(dá)到IP67。

八、結(jié)束語(yǔ)

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