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簡述新能源汽車高壓線束的設(shè)計

來源:   發(fā)布時間:2022-11-16   點擊量:700

 

傳統(tǒng)燃油車,動力來源是通過發(fā)動機活塞運動燃燒燃油,依靠曲軸和輪系傳輸發(fā)動機飛輪、發(fā)電機、壓縮機和冷卻水泵等功率設(shè)備上,通過動力傳動裝置實現(xiàn)車輛的行駛和功能的運作。而新能源汽車尤其是純電動汽車,動力來源靠高壓電池包提供,傳輸載體為高壓線束,連接充電口座、高壓電池包、逆變器、電機,車載充電機等大功率設(shè)備及直流轉(zhuǎn)換器,空調(diào)壓縮機、PTC和加熱器等小功率設(shè)備

 

1 高壓線束的設(shè)計

1.1 高壓線束的組成

高壓線束主要包括:高壓連接器、高壓線纜,接地端子和扎帶、外包材料、膠帶、熱縮套管、膠套、安裝支架等輔材。

 

1.2 高壓連接器

根據(jù)功能定義可分為小電流和大電流兩種,大電流主要用于OBC,電機,及電池等動力系統(tǒng)和上,小電流主要用于壓縮機,PTC,電池加熱裝置及DCDC等功能電器上。

 

1.3 高壓線纜

高壓線纜主要分為屏蔽線和非屏蔽線兩種,線徑從2.5mm2120mm2不等。

 

1.4 輔材配件

輔材配件與傳統(tǒng)低壓線束所使用的無太大差別,但外包材料需要用紅色或橘紅色的包覆物,以便于起到高壓危險警示作用。

 

2 高壓電纜的技術(shù)要求

2.1 電纜的技術(shù)要求

1)結(jié)構(gòu)

 

高壓電纜主要由線芯和絕緣材料組成,屏蔽線還要有屏蔽層和雙層絕緣結(jié)構(gòu)。線芯是由一定數(shù)量的單絲先進行束絞,然后再同心的復(fù)絞,形成高壓電纜需要的軟導(dǎo)體。根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為屏蔽線和非屏蔽線,根據(jù)用途可分為單芯屏蔽線和多芯屏蔽線(下圖)

 

 

 

2)絕緣材料

 

8)布線需要考慮走線的美觀性,裸露地盤掛線需要考慮增加線束護槽。

 

3) 屏蔽

 

由于EMC(電磁兼容性)的要求,使用多根銅絲組成編織屏蔽。鍍錫銅絲可以使其抵抗環(huán)境影響如氧化等變得更加強大。用細的銅絲可以保持設(shè)計的柔韌性,編織屏蔽可以結(jié)合其他各種屏蔽,如鋁塑符合薄膜。屏蔽外可以繞包一層無紡布,以確保在裝配過程中輕松的剝下護套。

 

4)彎曲半徑

 

由于空間的局限性,電纜通過的路徑非常狹小且復(fù)雜,橫截面積較普通線束大導(dǎo)致其所需的彎曲半徑也要很大,高彎曲力難以克服等問題。為了解決這個問題,高壓電纜高柔韌性是至關(guān)重要,只有比較柔韌的設(shè)計,通過車輛的路由才可以容易實現(xiàn)。通常電纜推薦的SR導(dǎo)線外徑的510倍。

 

2.2 高壓線束布線注意事宜

1)高壓線纜過銳邊或過孔時應(yīng)設(shè)計保護結(jié)構(gòu);

 

2)布置時應(yīng)避開熱源或與之保持足夠的距離;

 

3)電纜與電纜之間避免產(chǎn)生較大的彈性摩擦;

 

4)通常直線布置的線纜固定點間距≤300 mm,固定點與接插件間距≤120 mm(參考值)。

 

5)電機線束應(yīng)考慮部件運動與振動的影響以及對連接器或者端子的影響,預(yù)留足夠的運動量。

 

6)線束布置要考慮電磁干擾,布線時避免90°的折線,高、低壓線須分開排布。

 

7)高壓線束布置應(yīng)具有合適的空間進行安裝與維修。

 

整車的線束的數(shù)量及料號的減少會是一個趨勢,隨著整車模塊化、集成化,線束也會逐步會被標(biāo)準(zhǔn)化,多個線束以一個料號的存在,便于管理和成本計算。

 

9)連接器尾部應(yīng)保持平直,避免彎曲造成的連接器密封失效。

 

10)布線時需要注意高低壓分開,分層設(shè)計,距離保持在200mm-300m內(nèi),走線規(guī)范,干擾源要遠離信號源。

 

2.3 高壓線束屏蔽要求

1)對于高壓系統(tǒng)而言,屏蔽應(yīng)該優(yōu)先的是需要系統(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等等。同時還要注意功率源和輸出之間的高壓線束的距離,比如整車上的電機和電機控制器,如果布置相隔較遠,那么會形成共模電流通過電纜傳遞干擾的風(fēng)險等。

 

2)對于本身要具備360°屏蔽層的連接器,必須有效和電纜屏蔽層連接,屏蔽層覆蓋整個連接長度,以保證足夠 的屏蔽功能,并盡量減少屏蔽界面之間的電阻,在產(chǎn)品生命周期內(nèi),屏蔽連接接觸電阻<10mΩ,隨著整車電氣設(shè)備越來越多,現(xiàn)在普遍的這個數(shù)值是要<5mΩ

 

3)此外還需要考慮屏蔽的可靠接地問題,如果通過螺母連接設(shè)備端,我們需要防腐蝕的處理,因為如果不做處理會導(dǎo)致屏蔽的加大風(fēng)險, 以及線纜或者連接器和設(shè)備端有效的屏蔽連接,如果設(shè)備端表面沒有表面的處理保護層,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。

 

2.4 高壓連接器的選型

高壓連接器的選用主要考慮電器的電器原理,使用要求,線束布置走向,裝配空間及裝配方式,同時也要結(jié)合成本進行綜合考量使用。對于集成方案的可以考慮過孔連接器,主要是考慮成本因素和振動情況下對于插拔式連接器的脫扣風(fēng)險的擔(dān)心等因素。對于電池,電機等需要在整車廠進行組裝的,通常以插合式連接器;對于耐環(huán)境要求相對比較苛刻、環(huán)境溫度較高、電流及瞬間電流較大的部位可考慮溫升和防水等級要求。

 

3 高壓線束未來發(fā)展及趨勢

1)數(shù)量及物料號的減少

 

絕緣材料主要包括線芯絕緣和護套絕緣。線芯絕緣材料的選擇主要是考慮耐熱要求和機械強度和柔軟度,護套材料根據(jù)熱和機械性的要求選擇。護套絕緣由于直接與環(huán)境接觸,耐液體和耐磨等的環(huán)境屬性對護套要求尤其重要。目前主要有交聯(lián)聚乙烯和硅橡膠作為絕緣層的基礎(chǔ)材料。

 

2)輕量化趨勢

 

為了降低油耗,整車上數(shù)量繁多的線束成為企業(yè)輕量化的重點目標(biāo)。當(dāng)前汽車線束使用的材料以銅為主,所以在減重方面除縮小截面積外,就是采用比銅更輕的鋁材料。另外,鋁的價格相較銅便宜,一旦鋁導(dǎo)線能在線束中得到應(yīng)用,不僅能降低重量,還能有效提升性價比。

 

3)高壓連接器小型化,載流能力的提升

 

隨著端子技術(shù)的進步,小端子能承載更大的電流,高壓連接器結(jié)構(gòu)也朝著日益精密和輕量化的方向發(fā)展,性能提升的同時也給整車廠在設(shè)計的帶來了更大的空間,成本也將進一步優(yōu)化。

 

 

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