新能源高压线束设计要点

左洪涛 林岩飞

摘 要：对于国家发布《节能与新能源汽车产业发展规划》的相关政策，主要规划的内容为新能源汽车产业发展将以纯电驱动为新能源汽车发展和汽车工业转型的主要战略取向，当前重点推进纯电动汽车和插电式混合动力汽车产业化，而电动汽车的产业也获得了前所未有的发展和机遇。高压线束作为关键零部件也得以迅速的发展。高压线束（高压线缆和高压接口）是高压电气系统的关键零组件，并为电动汽车的可靠运行和安全提供了保证。

关键词：新能源；高压线束；设计要点

1 高压线束概述

高压线束主要可分为电机高压线、充电高压线以及电池高压线。其中，电机高压线主要是指与电机和控制器连接的高压线；充电高压线主要是指与充电机和电池连接的高压线；电池高压线主要是指与电池和控制器连接的高压线。高压线束是相对于地压线束来说的，其具有的特性主要包括耐压性能和耐温性能均较高。同时，高压线束的应用对于新能源汽车驱动的满足以及安全可靠性的满足方面均具有重要的作用。因此，对高压线束力学性能的测试成为重点的研究领域。在对高压线束力学性能进行测试的过程中，高压线束的材料、方法的选择以及试样安装和夹持等诸多技术都是重要的影响因素。

2 新能源高压线束设计要点

2.1 线缆选型

2.1.1 电缆线径

依据整车各个高压电气元件布局图分清主回路和支路，确定高压线束所连接的高压部件的负责特性。特性包括工作电压、额定功率、峰值功率、额定电流、峰值电流、持续时间等。工作温度及环境温度的对于电缆线径也是有影响的，由于高电流传输会导致高功耗和相关组件的提高温升，从而高压电缆设计必须要能够承受较高的温度。如果线缆的布置环境超过了电缆允许的工作温度，则必须选择较大截面积的电缆。对于Tmax达到180℃时，导体截面积需升一挡使用，Tmax达到250℃时，导体截面积需升二挡使用。

2.1.2 线缆结构

高压线缆从类型上分为单芯电缆和多芯电缆，高压电缆截面为圆形，护套颜色为橙色。多芯电缆是由多个单芯线组成，单芯线必须同时满足单芯电缆的相关技术参数，并如多芯电缆内有用于信号传输请采用单独屏蔽，保证信号不丢失。导线主要采用多芯软铜绞线，以满足导线的内阻和柔软弯曲度的技术要求，绝缘层必须要耐高低温耐阻燃，多为复合结构。对于EMC的防护，采用带屏蔽层的高压电缆采用裸铜或镀铜线编织在内护套层上，其编织密度≥90%。

2.2 高压连接器的设计

通常连接器（主要指其中的接触件）都有使用温度限制，一旦使用温度超过规定限值，连接器就会因发热而降低安全性，甚至失效损坏。造成连接器使用温度增高的原因主要有两方面：a、汽车本身。汽车上温度最高的部位就是发动机周围，例如传统汽车发动机周围温度可达125℃以上。b、连接器本身。连接器在使用过程中会发热，连接器中插合的接触件存在接触电阻，接触电阻越大，功率损耗越大，接触件的温度越高，可靠性越低。对此，在设计电动乘用车高压大电流连接器时尤其需要注意。为了避免过高的使用温度使连接器中的绝缘材料受损，降低其绝缘性能，甚至烧毁失效，以及使接触件受热后出现弹性下降，或在接触区形成绝缘薄膜，降低接触可靠性，增大接触电阻，进而加剧使用温度升高，如此恶性循环最终导致连接接触失效，必须合理设计电动乘用车高压大电流连接器中的大电流接触件。在设计大电流接触件时，选用何种接触形式将直接决定连接器的质量和成本。通常接触件的接触形式主要有片式、片簧式和线簧式三种。片式接触件的插孔为圆柱筒开槽并收口，插孔采用铍青铜丝（棒）加工，原材料价格较贵，且后续收口工序较难控制，产品质量一致性较难保证，成本较高。片簧式接触件的插孔为冠簧孔，插孔内安放有1～2个片簧圈，每个片簧圈由多个弹簧片组成，所有弹簧片都向里拱，组成具有弹性的弹簧圈；当插孔和插针相配时，每个弹簧片都和插针接触并且产生挤压力，保证多点稳定接触；片簧式插孔由黄铜车制件及冠簧冲压件组成，产品一致性好，成本低。安费诺公司获得专利的RADSOK插孔结构，即采用了双曲线冠簧技术，接触面积可增加65%，其表面为高耐磨性的镀银层。线簧式接触件的插孔为线簧孔，插孔的结构和片簧式插孔的结构相似，只是线簧式插孔由弹簧线组成，线簧式插孔虽然性能优良，但是工艺复杂，成本也较高。在对上述各接触形式接触件比较后，该电动乘用车高压大电流连接器采用了大电流片簧式接触件。同时，为提高接触可靠性及载流能力，以及满足大电流接触件的其它指标要求，该大电流片簧式接触件采用了双簧片的两级片簧式插孔。最终通过对大电流接触件接触电阻的计算、结构的设计以及样件设计修正，成功设计了大电流接触件。

2.3 高压线束安装控制

（1）不同高压部件进行隔离，分别设立供电控制系统，杜绝不工作部件仍然带电的现象发生；（2）高压线缆布置时应远离热源，经过锐边或需要穿孔时，应当在线缆表面加裹保护结构，防止线缆遭到破坏；（3）线缆布置应按要求加装支撑和固定装置，直线线缆两个固定点间的距离应当小于300mm，距离插接件120mm以内的距离内必须有固定点；（4）注意插接件的位置，为避免雨水和灰层对插接件的侵蚀，插接件应尽可能安排放置在驾驶室内，并且应当避免垂直布置；（5）线束长度控制要合理，既要留有一定的富裕，以抵消部件运动拖拽带来的应力，又要避免过长导致线缆堆积影响美观；（6）充分考虑电磁干扰因素，高压线束与低压线束分开排布，与信号线束隔离，避免线缆间的互相干扰；（7）线束布置时应充分考虑美观和维修等因素，保证不仅布置美观，而且维修起来也非常方便。

3 实例应用分析

线束设计需要满足汽车整体布局和人机建设工程的需求，对布置在底盘部分的高压线束，设计人员需要应用特殊的配置方式，充分考虑车辆的涉水深度、底盘的磨损率、泥沙飞溅的情况等因素，并采用塑料线槽或金属弯管的形式提高线束的安全程度，切实考虑线槽设计方式的可实施性，利用分槽设计方式将高压线束固定在车底板处。在线束制造材料选择上，为了避免电磁波的干扰，设计人员应当选择双绞线，并将双绞线的线路回路布置在系统中其他线束的最外侧。整车线束传导和发射的大多数电流都和电源线有关。因此，设计人员在进行EMC防护线束设计时，需要遵守以下几点注意事项：处理好电源的开关部分，在结构设计中优先考虑环路控制方式；如果电路系统中涉及敏感信号，需要选择屏蔽线缆进行传输，在其屏蔽层中做好全方位的搭接处理工作；如果信号线缆与高压网路和强干扰信号之间的距离较远，需要对耦合布线进行合理配置；做好滤波器的相关工作，减少系统引线存在的电感；在线缆设计中要保持足够的信地比例，且设计人员需要分析设计过程中可能出现的问题，尽早做出合理安排和配置。设计人员尽快对上述问题进行分析和解答，就能尽早规避后期设计存在的风险。

4 结束语

本文简要介绍了电动乘用车高压线束的功能用途。从电动乘用车的使用特点、要求和环境入手，分析了电动乘用车用的高压线束的设计要点详细论述了電缆的主要设计，连接器及其接触件的主要设计方案，仅供参考。

参考文献

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