新能源高压线束设计探讨
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新能源汽车的发展推动了线束行业的发展，汽车线束市场逐渐由低成本转化为有技术含量的市场，线束加工技术、加工工艺以及加工设备进行了新一轮的升级。随着生产技术的逐步完善，电动汽车整车线束作为车辆的信号传输、整车供电、车辆功能实现的主要连接及传输系统，越来越受到重视。 1 高压线束的绝缘材料 硅橡胶的击穿电压高，故具有耐电弧性、耐漏电痕迹性、耐臭氧性，其同时具有良好的耐高低温性，耐高温可达200 ℃，绝缘性能良好，在高温高湿条件下性能稳定、阻燃。硅橡胶因具有物理机械性能良好、使用寿命长、价格低廉等优点而成为了电动乘用车高压电缆绝缘材料的首选。最终设计的电动乘用车高压电缆的结构如图1所示。 2 高压线束特性 高压线束耐压与耐温等级的性能远高于低压线束等级，国内主机厂通常采用屏蔽高压线，近年来日本主机厂主要采用非屏蔽高压线外包裹屏蔽网工序。 屏蔽高压线可减少EMI( 电磁干扰)、RFI( 无线电干扰)对整车系统的影响。整条高压线束回路均实现屏蔽连接，电机、控制器及电池等接口高压线束屏蔽层，通过插件等压接结构连接到电池电机控制器壳体，再与车身搭铁连接。高压线的屏蔽对于电缆传导数据不是必须的，但是可减少或避免高压线的辐射。(高压线束屏蔽的必要性) 耐压性能：常规汽车耐高压额定600V，商用车及大巴士电压可高达1000V； 耐电流性能：根据高压系统部件的电流量，可达250~400A； 耐温性能：耐高温等级分为125℃、150℃、200℃不等， 高温常规选择150℃导线；低温常规-40℃。 3 高压线束设计规范 3.1 总体设计要求 高压线束的电压已经超出人体安全电压，车身不能作为整车搭铁点，必须严格执行双轨制；对于电动汽车高压线束连接器的选择可以考虑耐高压、防水性能好、环路互锁以及屏蔽层连接等功能。 3.2 搭铁设计 由于新能源汽车高压部件较多，在设计时高压线束以及高压部件壳体都需要采用搭铁设计。 3.3机械防护和防尘防水设计 由于电动乘用车高压电缆的直径较大，需要进行专门的布线走向，即电动乘用车高压线束布局在车外，因此必须对电动乘用车高压线束进行机械防护和防尘防水设计。 为了提高高压线束的机械防护和防尘防水性能，在接插的连接器间以及连接器连接电缆的位置均采用了密封圈等防护措施，防止水汽和灰尘进入，从而确保连接器的密封环境，避免接触件之间短路的风险，以及防止湿气进入，避免产生火花等安全问题。 对于布置在发动机舱及底盘部分的高压线束应特别注意线束的保护方式。布置在底盘部分的高压线束应充分考虑车辆涉水、刮底盘等情况， 在布置设计高压线束的时候充分考虑防水、防泥沙飞溅、防刮伤等因素，可以采用塑料线槽、金属弯管设计来保护高压线束。线槽考虑可装配性，分槽盖导槽将高压线束扣合后固定在车底板上，金属管为弯折机器加工成型，工艺相对繁琐。本田思域为线槽结构，丰田普瑞斯为金属管结构。 3.4 屏蔽及EMC干扰设计 为了使所设计的高压线束在满足基本的可靠电气连接要求外，还具有出色的电磁屏蔽性能，展开了高压线束的屏蔽性能设计。高压线束的屏蔽性能设计主要包括高压电缆自身的屏蔽性能设计、高压电缆与高压连接器结合处的屏蔽性能设计、高压连接器自身的屏蔽性能设计及高压连接器插合界面处的屏蔽性能设计。 整车高压线束采用带屏蔽功能线缆，要求屏蔽层密度不小于 85%，屏蔽层为镀锡铜编织网，电缆绝缘电阻大于 500 Ω/V，耐电压 2500V DC，工作温度范围为-40℃～125℃。为满足标准要求，线缆外部护套采用橙色，正、负极线缆外部 护套采用增加红、黑标识。 高压线束每个接口均采用屏蔽处理，前后电机接口处为屏蔽卡环与电气盒导轨压接，控制器及电池箱插件采用有屏蔽功能的结构件。 EMC是新能源车型面临的一大问题，电机、控制器等高压部件发出不同频段的电磁波对整车音响、倒车影像及变速器传感器等产生干扰，目前国标没有详细关于此方面的标准。有些主机厂采用在相关高压零件(包括设备和线束)均增加磁环， 整车EMC问题得到大大的改善。 3.5 高压线橡胶护套设计 橡胶圈是固定在线束上的橡胶类部品，和车体相应部分相配合，起密封、防水等效果，多用于线束穿过车身钣金的地方。 高压线橡胶件考虑强度问题，采用橡胶与塑料组合件，对钣金固定匹配、抗拉伸强度都有保证。 高压线束一般较粗，弯曲应力相对很大，高压连接器体积较大，在橡胶圈设计上体积会大很多，同时固定强度要求也会很高，结构方面相对较复杂，材料选择方面要求会更高。 3.6 高压线束固定卡扣选型和包覆物 高压线束由于强度大，需要选择螺柱固定卡扣，便于装配维修。包覆物的作用主要有防磨、降噪、隔热、美观等，一般选用橙色的波纹管。 3.7 高压线束布置要求规范 根据总布置及高压电气设计需求，高压线束布置基于就近原则，即尽量减少高压电缆用料来进行高压线束走向布置 3.8 高低压线束布置结构 (1)分层布置 高压线束与低压线束分为上下层级关系。为了避免高压线束传输强电电流时产生电磁干扰，导致低压线束对控制单元供电及信号传输受到电磁干扰的风险，一般采用高压线束与低压线束分层设计，距离保证在200-300mm内。分层布线可以有效的对高压线工作时产生的EMC干扰起到防护作用。 (2)并列布置 走向相同但采用依附车身机构并列布置。采用并列式布置，保证高低压线束并列不交叉。有效防护高压线束工作时对控制器的EMC干扰。并列式布线方案适用于混合动力车型，将高压线束连接单元布线区域和发动机电喷线束布置区域并列。进而有效避免高压线束传输供电时产生的电磁干扰。 3.9 电缆布置注意事项 纯电动汽车动力电池布置在车辆后方下底板中，电池前端引出的高压线束从车辆底板下面经过，离地面较近，需在线缆外部增加波纹管防护，以防止在行车过程中高压线束遭受到路面飞溅的石击等。 部分位置因为空间的需求，线束无法应用波纹管进行防护，可以考虑在高压线束外增加塑料线槽的方案来对线束进行防护。此方案具有以下优点： (1)塑料线槽自身具有耐磨耐腐蚀的特性，能避免使用橡胶护套保护高压线束所带来的老化问题； (2)塑料线槽能引导高压线束按特定的走向进行布置，使线束走向更合理、美观； (3)塑料线槽能与线束做成一体，便于产品的成组供应，减少车间生产现场的装配工序，提高装车效率。 |
