《电动汽车高压线束的设计》
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摘 要：高压线束作为电动汽车的关键零组件,为电动汽车的安全性和可靠性提供保障,通过对电动汽车高压线束的设计研究,实现电动汽车相关电器、电子设备和开关能正常安全工作.
关键词：电动汽车;高压线束;设计
Abstract：High wiring harness as the key components of the EV to provide guarantee for the safety and reliability of the electric car,by the study on the design of the electric automobile high wiring harness,realize the electric car related appliances,electronic equipment and switch to normal safety work
Keywords：Electric vehicle;High voltage Harness;Design
一、前言
根据国家能源局发布的《节能与新能源汽车产业发展规划（2012～2020 年）》中指出：到2020 年新能源汽车将达到500 万辆,生产能力将达到200 万辆/年.国务院发布的《节能与新能源汽车产业发展规划》也明确了以纯电驱动为电动乘用车发展和汽车工业转型的主要技术路线,重点推进纯电动汽车和插电式混合动力汽车产业化.受政策扶持、车型放量等积极因素推动,我国新能源汽车产销将爆发式增长.汽车线束作为电动汽车系统的网络主体,是电动汽车进行动力传输和信号传递的载体,对电动汽车的行驶至关重要.在汽车线束中又以汽车高压线束最为关键,它是将电缆及其连接器或端子和其他零件组装成一体的电线束,其承担着电动汽车的能源与动力装置间的电气传输.相比于汽车内部其他电气设备中的线束,汽车高压线束要求能够保证电动汽车在各种恶劣环境和各种行驶条件下具有更高的安全性和可靠性.电动汽车线束的设计原则是以最短的电缆长度、最少的电缆根数和最合适的电缆截面,选择适配的连接器加以正确可靠的连接,保证所有汽车电器、电子设备和开关正常安全的工作.
电动汽车高压线束设计主要包括线束布线走向设计、线径大小设计、高压连接器选型、电磁屏蔽设计、高压互锁HVIL设计和高压线束的防护与标识设计等[1].
二、高压线束布线走向设计
下图为电动汽车高压部件常见的分布图,一般以高压电器为中心对高压线束进行分类,可分为充电高压线、电池高压线和电机高压线等.充电高压线主要连接充电机和电池单元,电池高压线主要是连接控制器和电池单元,电机高压线主要是连接控制器和电机部分.高压电缆承载的电流较大,线径的直径随之变粗,这对布线走向以及电磁干扰及屏蔽就变得非常重要.高线线束主要在车内的较小空间布置,必须有良好的柔软性,高压线束处于车上的高振动环境,必须有良好的耐磨性、抗拉性和抗撕裂能力等.
三、线径大小设计
高压线束是电动汽车电路的网络主体,没有线束也就不存在汽车电路.高压线束在电动汽车中属于高安全件,在载通能力、机械强度、绝缘保护和电磁兼容性等方面进行了特殊的处理.一般来说,与传统的汽车线束要求完全不一样,高压线束耐压与耐温等级的性能远高于低压线束等级.常规乘用汽车耐高压额定600 V,商用车及大巴士电压可高达1 000 V,根据高压系统部件的电流量,可达250A～400 A.耐高温等级分为125 ℃、150 ℃、200 ℃不等,常规选择-40℃～125℃电缆.国内主机厂通常采用屏蔽高压线,屏蔽高压线可降低或避免高压线的辐射从而减少EMI、RFI对整车系统的影响.因此线径大小需要综合考虑以下几方面：负载回路的额定电流大小;电缆导体的容许温度;线束工作时的环境温度;导线自身通电时温度上升引起的电阻率变化;成捆线束容许载流的折减系数等[1].
四、高压连接器的类型和应用
(一)高压连接器特点和应用
高压连接器应用于高压配电盒、动力电池、维修开关、DC/DC 直流接口、空调、动力电机、仪表及监控系统、灯光音响等各模块.高压连接器特点：1）结构防错（多种防呆键位可选）和视角防错（不同颜色）;2）连接快速可靠;3）高压互锁、二次锁紧设计,防振性能优越;4）直头/弯头根据车内空间及线路选择;5）插针防触手设计,避免误操作触电;6）按有无屏蔽功能分为非屏蔽型连接器和屏蔽型连接器.非屏蔽型连接器结构相对简单,无屏蔽功能,成本相对低.使用在无需屏蔽的位置,如充电回路、电池包壳体内部及控制器内部等由金属壳体包覆的电器上.屏蔽型连接器结构复杂,有屏蔽要求,成本相对高.适用于必须有屏蔽功能的地方,如电器外部与高压线束的连接.7）连接方式有推拉式、卡口式直插锁紧、螺纹等;8）接线方式有压接、尾部过孔、连接铜排、螺纹等,压接方式主要采用对相应规格的压模施加外力使接插件端子与电缆接触面结合,连接快速,稳定可靠,寿命长,适用于大批量加工.目前电动汽车线束电缆与接插件端子普遍采用压接方式连接.
(二)维修开关的特点和应用
电动汽车高压系统在需要检查维修时,通过断开维修开关来实现断开高压总电源,从而保证操作人员的安全,因此维修开关在高压系统中必不可少.维修开关分为带熔断丝和不带熔断丝两种.带熔断丝开关结构复杂,简单,体积相体积较大,成本相对也高,一般用在高压电池包等大电流的高压系统上.不带熔断丝开关结构对小,成本也低,适用于布置车内空间有限的位置.
五、屏蔽及EMC干扰设计
由于电动汽车存在高压交流系统,具有较强的电磁干扰性;同时电机、控制器等高压部件发出不同频段的电磁波也会对整车音响、倒车影像和变速器传感器等产生干扰,因此高压线束每个接口均应采用屏蔽处理.屏蔽需要系统级考虑布置的合理性,比如系统级布线时需要注意高低压分开,走线规范,干扰源要远离信号源并且电源线与信号线尽量采用隔离或分开配线,输入与输出信号线应避免排在一起造成干扰.我们还需要考虑屏蔽的可靠接地问题,比如通过接地柱连接设备端,对接地部件进行防腐蚀处理,减少屏蔽失效的风险.如果设备端表面有处理保护层,我们甚至需要增加屏蔽防护盒等方式来实现可靠的屏蔽连续性的连接.信号控制线芯的屏蔽和总屏蔽均采应用镀锡铜丝编织屏蔽结构,编织密度不低于80%[2].信号控制线芯屏蔽层能有效屏蔽外界电磁波对监控线芯信号传输的影响,避免在工作过程中出现误动作;电缆总屏蔽层在电缆工作时作为接地线使用,可有效抑制由于电动汽车充电时由于电流过大而对电网造成的冲击,同时还能有效屏蔽电缆本体对外发射电磁波,减小对电动汽车内部及外界弱电通信设备的干扰.
六、高压互锁HVIL设计
高压回路互锁功能设计是针对高压电路连接的可靠程度提出的.危险电压闭锁回路也称为高压互锁回路（HVIL）,是一个典型的互锁系统,通过使用的电气信号,来检查整个模块、导线及连接器的电气完整性.高压部件带有高压互锁人性化安全设计,贯穿整车所有高压部件,在对高压部件进行拆卸前必须先断开高压互锁结构才可执行操作,通过BMS执行控制和反馈.
七、高压部件和高压线束的防护与标识设计
高压部件的防护主要包括防水、机械防护及高压警告标识等.高压线束系统必须满足整车總体布置及人机工程的要求,对于位于发动机舱和底盘部分的高压线束应特别注意线束的保护方式.布置于底盘部分的高压线束应充分考虑车辆暴雨、涉水和刮底盘等情况,结构上线束自身固定通过热缩套管、波纹管和各类套管来实现,线束在车上的固定可以采用塑料线槽、各类挂夹或金属弯管设计来固定高压线束.为提示和警示用户和维修人员,高压线束应采用橙色线缆并用橙色波纹管对其进行防护,高压连接器也应标识为橙色,起到警示作用,并且所选高压连接器防护等级至少应达到IP67.
八、结束语
新能源汽车产业发展是我国汽车产业战略转型升级的一个重要突破口,以新能源为特点的绿色化、低碳化的发展趋势已经如火如荼,高压线束广泛应用于电动汽车各组成部分间的连接与集成,是电动汽车电路的网络主体,为实现汽车内部网络的舒适性、经济性和安全性提供了有力保障.同时随着整车模块化、集成化和批量化,整车的多个高压线束会被以线束固定组件方式进行优化和减少,便于管理和成本计算,逐步实现标准化和轻量化,向有效提高性价比方向进一步发展.
参考文献
[1] 张春梅,徐涛.新能源汽车混合动力系统整车高压线束设计.汽车电器,2013年第6期.
[2] 王文渊,赵钱育,宫传播.新能源电动汽车充电电缆的研制.中国新技术新产品,2016年第6期下.
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电动汽车和新能源汽车引用文献:
[1] 汽车电动尾门和新能源汽车硕士论文范文 汽车电动尾门和新能源汽车有关专科毕业论文范文2万字
[2] 电动汽车和新能源汽车毕业论文格式模板范文 电动汽车和新能源汽车类有关学士学位论文范文5000字
[3] 电动汽车和新能源汽车毕业论文范文 关于电动汽车和新能源汽车相关学术论文怎么写2万字
