浅谈新能源汽车线束应用布置

苑怀志 沈博识 李堃恺 张腾

【摘  要】随着新能源汽车技术的发展，对汽车的电器要求越来越高，而汽车线束作为汽车电器的核心零部件之一，对其要求也日益增加。汽车线束布置走向对新能源汽车的可靠性和稳定性产生较大影响，因此如何将新能源汽车线束布置得科学合理、安全美观且便于维修安装，是需要重点关注的对象。文章以新能源汽车整车线束布置为核心，明确汽车高压线束和低压线束的设计布置原则，为新能源汽车线束布置提供借鉴。

【关键词】汽车线束；线束结构；布置原则

中图分类号：U469.72    文献标志码：A    文章编号：1003-8639（ 2023 ）04-0008-03

【Abstract】With the development of new energy vehicle technology，the demand for automotive electrical equipment is becoming higher and higher. As one of the core parts of automobile electrical appliances，the automobile wiring harness is increasingly required. The wiring arrangement of new energy vehicle has a great influence on the reliability and stability of new energy vehicle，so how to make the wiring arrangement of new energy vehicle scientific and reasonable，safe and beautiful，and convenient for maintenance and installation，is the object that needs to be focused on. The article takes the new energy vehicle whole vehicle wiring harness arrangement as the core，clarifies the automobile high-voltage wiring harness and the low-voltage wiring harness arrangement principle，provides the new energy vehicle wiring harness arrangement for the reference.

【Key words】automobile wiring harness；wire harness structure；arrangement principle

汽车线束是连接汽车电源、执行器和传感器等电子和电器设备的重要零部件，也被认为是汽车的“神经系统”。如果没有汽车线束，汽车电路也将消失，进而导致汽车所有电气功能无法实现。当前汽车呈现出电动化、智能化以及网联化的发展趋势，极大地促进了汽车线束的发展，同时对汽车线束的要求越来越高。近年来新能源汽车蓬勃发展，其对汽车线束的依赖程度更高，也因此对汽车线束的布置走向提出了更为严格的要求[1]。

汽车线束是新能源汽车电器零部件的重要组成部分，其性能的优劣对新能源汽车的可靠性和稳定性产生至关重要的影响，因此有必要对汽车线束走向布置进行科学设计，进一步提升汽车线束的可靠性。在本文中以新能源汽车为例，介绍了新能源汽车线束布置原则，为后续新能源汽车线束布置提供一定的借鉴和帮助。

1  新能源汽车线束作用及组成

汽車线束是汽车电气结构的主体，贯通了汽车所有电器零部件，主要作用是传输交换汽车电气功能的输入输出信号，传递蓄电池、电机等各发电零部件发出的电流到各执行器，实现汽车各电器零部件的协同控制与管理。新能源汽车线束主要由高压线束和低压线束两部分组成。新能源汽车低压线束和传统车辆低压线束功能相似，主要是将新能源汽车电器零部件连接，实现传感器/控制单元等电子电气零部件控制。

汽车线束一般是指用塑料胶管等材料将铜线、铝线等各金属导体包裹然后与线束插针压接并固定在线束连接器中，通过尼龙胶带将各线束分支捆扎在一起。汽车线束一般是由线缆、端子、连接器、固定装置等各零部件组合而成。

线缆是汽车线束的主体，是连接汽车各电气零部件和传递各电气信号的关键零部件之一。电流承载能力是在选用线缆时的重要指标之一，其电流承载能力主要受线径、线长、电阻率及环境温度的影响。

线束连接器也被称为线束插接件，主要是将线束与汽车各电气零部件有效连接起来，实现线束连接导通功能。线束连接器是汽车线束的另一重要零部件，线束连接器的性能决定了线缆能否与汽车电气零部件有效导通，属于相对较为精密线束零部件。线束连接器成对出现使用，通常要求成套使用公母插接件，母插接件常被用于线束端，从而确保汽车线束与汽车各电气零部件的连接性能，避免出现虚接问题等，一般不可以交换使用。

另外，汽车线束在实际布置走线时，不可避免地出现与汽车其他零部件接触，因此线束包裹保护材料是不可或缺的。线束包裹保护材料根据保护材料的不同通常分为PVC胶带、波纹管、绒布胶带、海绵胶带、布基胶带和铝箔胶带等。线束包裹保护材料的使用一般是根据线束的使用环境、耐温要求、耐磨性等进行选择。由于线束属于柔性连接，与汽车各零部件一直处于相对运动中，因此对线束实施必要的固定装置将线束按照设计布置线束走向进行走线，避免出现线束走向混乱，对线束可靠性造成影响。线束常用的固定装置主要包括：橡胶护套、扎带、线束支架、卡扣等。线束固定装置辅助线束走向并将线束固定，主要是根据线束的使用环境、附近的固定装置等进行选择使用。

线束还包括熔断器、标签等，需要根据汽车线束的使用条件进行选择[3]。

2  汽车线束布置原则

在新能源汽车线束布置时，主要是针对新能源汽车的高压线束和低压线束依据各功能进行合理布置，以实现汽车线束的稳定性和可靠性，同时实现各电器件的功能。

2.1  汽车线束结构布置

汽车线束布置设计通常指将汽车线束按照汽车各电气零部件位置进行走线布置并使用卡箍、管夹等各种固定装置固定在合适的位置，构成汽车的电器网络，实现汽车的各种电气功能。新能源汽车的特点是电器功能復杂，空间窄小，电器零部件分布相对较广，且需要将汽车高压线束和低压线束分开布置，减少相互间干扰，保证汽车电气系统可靠稳定运行，这给新能源汽车线束布置带来了一定的挑战。

汽车线束布置设计一般是遵循可靠性、装配维修方便等各方面考虑。汽车线束布置设计时，通常利用拓扑结构原理和汽车电气零部件的模块设计布置方案将汽车线束设计出主干线和数量，然后根据拓扑和其他电气零部件设计对应的分支，这样可以有效地提高线束装配性和经济性[3]。从汽车拓扑结构来看，一般整车线束分为一段式结构、两段式结构和三段式结构布置。其中，一段式结构主要是将汽车线束布置设计出一主体，然后从上面设计诸多分支布置，可以有效地减少线束对接点、线束连接器，可以提高线束经济性等。两段式结构通常是根据新能源汽车电气零部件模块设计方案分出两个主体，然后通过额外的线束连接器进行连接。三段式结构与两段式结构类似，主要是将线束主干分为3个进行布置设计。无论是两段式结构还是三段式结构，线束维修方便，装配可以随着电气零部件布置调整方便，但是增加线束数量，后市场维护带来不便。当汽车线束布置超过三段式结构后，线束连接点增加，线束可靠性降低，数量种类增加，因此不建议采用[4]。

2.2  汽车线束设计原则

2.2.1  汽车线束长度布置合理

汽车线束长度一般是以两个电器件连接器之间的实际线束走向的距离为基础进行计算的。线束长度预留过长，极容易造成线束冗余繁杂或者与周围其他汽车零部件干涉，进而引起汽车故障；若是预留长度过短，对线束装配产生较大的影响[2]。因此，汽车线束在设计时，需要考虑线束实际走向，预留长度在合理范围内，通常预留长度不超过200mm，以保证线束实际装配的可靠性。

另外，当汽车电器零部件安装在比较隐蔽的位置时，为方便后期的维修检查需要将对应的线束长度增加。若汽车线束附近存在着相对运动的零部件，线束长度设计需要考虑其相对运动的距离，适当增加线束长度。

2.2.2  汽车线束连接器选用原则

汽车线束连接器是保证各电器零部件正常工作的重要器件。因此，线束连接器选用对新能源汽车的可靠性产生较大的影响。线束连接器在线束对接时，可以有效保证各线束端子插针之间的绝缘并实现线束与传感器、执行器等各电器零部件可靠固定连接。在线束连接器实际选用时，应遵循以下原则。

1）线束连接器大小需要根据线束线径以及通过电流大小进行合理选择，避免出现线束连接器过大导致汽车线束固定不牢固或者线束连接器过小导致汽车线束无法固定在连接器中。

2）对线束连接器要求较高的电器零部件，建议采用镀金等高可靠性线束连接器。

3）线束连接器需要通过大小、颜色等特点进行区分；在同一区域内，型号相同的线束连接器建议增加线束颜色、定位槽等防错措施，可以有效防止电器件发生错误连接。

4）对于高压线束等需要的金属端子，需设计相应的防护，避免线束不必要的接触产生相关问题。

5）线束连接器插拔需要留出足够的空间，保证连接器装配稳定。

6）汽车线束连接器固定应该远离水溅或者遭受砂石撞击的地方，需要使用防水线束连接器；如果无法更改，需要增加对线束连接器必要的防护装置。

2.3  汽车线束安全原则

汽车线束安全稳定是保证汽车正常运行的前提条件之一，因此汽车线束在布置设计装配时需要遵循相应的安全原则。

1）线束需要进行穿孔通过时，需要对线缆进行增加护套或者包裹胶带等特殊防护装置，避免线束受到伤害。需要注意的是，线束防护装置不应对线束性能产生影响，避免对线束产生额外的伤害。另外，汽车线束支架固定孔设计时，不应仅考虑线束线径的大小，同时需要考虑过孔的连接器大小；通常要求对于钣金件汽车线束过孔直径是连接器的2～3倍，而对于腔体空间截面直径一般大于连接器的1.3～1.5倍；对于护套或者包裹胶带一般大于线束过孔直径1～2mm[5]。

2）汽车线束安装区域内存在运动部件时，需要与运动件应至少有50mm的间距。

3）汽车线束安装区域内存在热源时，需尽量远离热源。与温度高于150℃的零部件的距离需大于50mm。如布线位置无法避开排气管等温度过高的零部件，应增加隔热垫以保护线束，并且至少保证距离在125mm以上，有效降低线束周围的温度[3]。

4）线束搭铁点需要稳定可靠，接触面平整，当搭铁点产生腐蚀部分损坏后也可靠运行。汽车低压线束搭铁点通常选用车身或者底盘上，高压线束不能选用该部位应单独设置。

5）由于新能源汽车存在高低压线束，因此需要将高低压线束区分间隔大于300mm，避免汽车线束产生电气干扰。

2.4  汽车线束布置固定装配原则

汽车线束的整体布置及固定需要保证简单操作同时维修方便，避免出现因线束装配或者维修要对整车其他零部件进行拆装的问题。图1为线束捆扎示意图。

1）在汽车低压线束装配时，通常每隔200～300mm距离增加相对应的固定装置，在特殊恶劣环境下可以适当增加，但是间隔距离不应大于150mm[6]。

2）在线束拐点使用固定时，通常在直角处使用2个，钝角时使用1个，不建议出现线束锐角走向[7]。

3）在线束连接器小于120 mm安装位置处需要增加固定点，减少因线束端子振动对线束的损害等。

4）若线束安装区域固定装置缺失，需要单独设计线束固定沿槽或者支架等装置。需要注意的是，线束与无锋利边缘汽车零部件的间隙在6mm（含）以上，与有锋利边缘的零部件至少在30mm以上。

5）在汽车线束装配时，若线束冗长则需要将多余线束进行单独固定或捆扎，捆扎线束时最小弯曲半径不能小于线束直径的2倍[6]。

综上所述，汽车线束在装配时，需要保证线束走向平顺、固定装置、位置合理等。

2.5  新能源汽车高压线束布置

2.5.1  高压线束的特点

高压线束需要承载60～1500V的高压电，是新能源汽车高压系统的关键零部件之一，可以为新能源汽车提供高强电压并且实现将高压电高效传递驱动车辆行驶。高压线束具有高电压强电流、线径粗且多的特点，因此新能源汽车高压线束布置设计面临着诸多挑战。

高压线束一般是在高电压、强电流的状态下持续工作，如果高压线束散热不及时，很容易发生汽车线束起火问题，对线束耐热性提出了较高要求；由于新能源汽车存在高压电气零部件，在电压发生变化时其他低压电气零部件极容易产生电磁干扰，因此高压线束的抗电磁干扰也需要进行专门设计。另外，高压线束价格较贵、更换时间较长，所以高压线束的使用寿命需要进行专门考虑优化设计，以保证新能源汽车长期安全使用。

2.5.2  高压线束的选配设计

新能源汽车高压线束与低压线束相比，主要区别是高压线束的防护层比低压线束要求更高，需要金属层编制结构等进行防护，其他结构构成与低压线束一致，主要包括线缆、连接器和防护结构等。其中，高压线束的线束连接器对电流承载能力、导通性及抗电磁干扰性等要求更高，一般需要较大的接通面积，同时具有耐腐蚀性、耐高低温等能力并可以实现多次插拔能力，以保证高压线束稳定的连接特性和导通能力。高压线束的防护也需要进行专门考虑，特别是对电磁干扰的防护，常见的防护结构包括波纹管、胶带、防护接头、金属编织网等结构。高压线束的其他防护、固定装置与低压线束基本相同，在布置时尽力远离低压线束及低压零部件。

2.5.3  高压线束布置原则

在新能源汽车正常工作时，其高压系统电流高达数十安培甚至更高，在瞬时放电时电流会成倍增加，因此，高压线束设计布置需要充分考虑车辆和人员的安全，有必要对高压线束的设计布置进行说明[8]。

1）新能源汽车髙压线束的线缆不可发生外露现象，其线缆和插接件必须采用橙色设计，以和低压线束等常规低压电器零部件进行容易区分，避免人员误操作引起事故。线缆应增加波纹管和热缩管等防护，其中，波纹管、插接件、胶带、护套均使用橙色；对于热缩管需要使用不同颜色对极性进行区分，正极为红色，负极为蓝色，U相为黄色，V相为绿色，W相为红色[9]。

2）高压线束本身分版块合理布置，供电系统应单独设置，防止出现高压零部件不工作部件仍然带电的现象。

3）高压线束布置应该远离燃油管路，如果需要靠近燃油管路则至少留出100mm距离。

4）汽车高低压线束并列走向时间距大于400mm，若在实际环境中无法实现该距离时，建议高低压线束呈垂直走线，避免低压线束受到电磁干扰。

5）高压线束在布置走向时，避免出现小弯曲半径，通常线束最小弯曲半径≥线束外径的5倍；需要注意高压线束避免接头存在外露现象，否则极容易引起线束接头因密封失效而发生漏电现象。

6）高压线束在布置安装完成后建议增加防护装置，防止外界环境对高压线束进行污染损坏。

7）考虑到高压线束连接器较大，线束插拔或连接部分应预留出适当的长度，长度不小于200mm，应留出足够的空间保证装配和维修方便。

3  结束语

汽车线束的布置应用对汽车的可靠性影响越来越重要，因此需要科學合理布置汽车线束。在布置汽车线束时，需要结合汽车的实际情况，保证汽车线束安全可靠。科学合理地布置新能源汽车线束，从而为新能源汽车的安全稳定运行提供强力支持。

参考文献：

[1] 王婷萍，李春芳. 汽车线束布置的设计及可靠性浅析[J]. 商用汽车，2019（7）：87-88.

[2] 黄江波. 电动汽车线束布置的研究[J]. 时代汽车，2018（6）：60-61.

[3] 张婉婷. 汽车线束及其空间布置应用[J]. 汽车实用技术，2022，47（10）：100-102.

[4] 陈淳，吴欣宇，单黎婷. 汽车线束拓扑研究及分析[J]. 汽车电器，2020（6）：40-42，46.

[5] 林贞亮，卢云，石红伟，等. 汽车线束过孔橡胶护套设计[J]. 汽车电器，2021（11）：38-41

[6] 程夏露，张平平，胡凌. 浅谈汽车线束布置[C]//2020中国汽车工程学会年会论文集（6），2020：15-17.

[7] 刘妮. 重卡线束布置原则及固定方式浅析[J]. 汽车实用技术，2021，46（8）：128-130.

[8] 电动汽车高压线束技术规范[DB/OL]. http：//www.wendangku.net/doc/b35559788-2.html.

[9] 胡凯，李臻，李延静. 汽车线束布置的研究[J]. 汽车零部件，2017（12）：50-52.

（编辑  杨  景）