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純電動汽車高壓線束設(shè)計要求

來源:深圳市賽儀歐電子有限公司   2025年04月21日 09:45  

在純電動汽車的復(fù)雜系統(tǒng)中,高壓線束主要負(fù)責(zé)連接動力電池、高壓盒、電機(jī)控制器、驅(qū)動電機(jī)等高壓部件,肩負(fù)著傳輸高電壓、大電流的重任,其性能的優(yōu)劣直接關(guān)乎整車的安全性、可靠性以及動力表現(xiàn)。

1 高壓線束的設(shè)計要求

純電動汽車高壓線束因其工作環(huán)境和傳輸任務(wù)的特殊性,在設(shè)計上有著一系列且嚴(yán)格的要求,這些要求涵蓋了電氣性能、物理性能、環(huán)境適應(yīng)性等多個關(guān)鍵領(lǐng)域。

1.1 高電壓與大電流承載設(shè)計

純電動汽車的高壓系統(tǒng)工作電壓范圍通常在幾百伏甚至更高,常見的電壓平臺有 400V、600V,部分高性能車型甚至達(dá)到 800V 。

如此高的電壓,要求高壓線束的絕緣材料具備出色的電氣絕緣性能,以防止漏電和擊穿現(xiàn)象的發(fā)生。

在大電流承載方面,高壓線束需要傳輸強(qiáng)大的電流,如驅(qū)動電機(jī)的工作電流往往可達(dá)數(shù)百安培。

為了滿足這一需求,導(dǎo)線材料一般選用高導(dǎo)電性的銅或鋁,并且要根據(jù)電流大小精確計算并選擇合適的線徑。線徑過細(xì)會導(dǎo)致電阻增大,從而產(chǎn)生過多的熱量,影響線束的性能和壽命;線徑過粗則會增加成本和重量。

1.2 耐熱與散熱設(shè)計

當(dāng)高壓線束傳輸大電流時,由于導(dǎo)線電阻的存在,不可避免地會產(chǎn)生熱量。如果這些熱量不能及時散發(fā),會導(dǎo)致線束溫度不斷升高,進(jìn)而使絕緣材料性能下降,甚至引發(fā)安全事故。

為了解決這一問題,

在材料選擇上,會采用耐熱性能優(yōu)良的絕緣材料,如硅橡膠、聚四氟乙烯等,這些材料能夠在較高溫度下保持穩(wěn)定的性能。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面,會增加線束的散熱面積,例如采用特殊的散熱結(jié)構(gòu)或添加散熱片。一些車型還會配備主動冷卻系統(tǒng),通過風(fēng)冷或液冷的方式,強(qiáng)制將線束產(chǎn)生的熱量帶走,確保其工作溫度在安全范圍內(nèi)。

1.3 電磁兼容性(EMC)設(shè)計

高壓線束在傳輸高電壓、大電流的過程中,會產(chǎn)生電磁干擾。這是因?yàn)樽兓碾娏鲿a(chǎn)生磁場,而變化的磁場又會感應(yīng)出電場,從而形成電磁波向外輻射。這些電磁干擾可能會影響車內(nèi)其他電子設(shè)備的正常工作,如車載通信系統(tǒng)、傳感器等。

為了實(shí)現(xiàn)電磁兼容性,高壓線束通常會采用屏蔽設(shè)計。

常見的屏蔽方式有導(dǎo)線自帶屏蔽層、在導(dǎo)線外面增加屏蔽套管等。

屏蔽層一般由金屬材料制成,如銅編織網(wǎng)或鋁箔,能夠?qū)㈦姶鸥蓴_限制在屏蔽層內(nèi)部,防止其向外傳播。良好的接地也是實(shí)現(xiàn)電磁兼容性的重要措施,通過將屏蔽層可靠接地,可以將感應(yīng)產(chǎn)生的電荷引入大地,從而有效降低電磁干擾。

1.4 機(jī)械性能設(shè)計

1.4.1 彎曲半徑與柔韌性設(shè)計

汽車內(nèi)部空間緊湊,高壓線束需要在狹小的空間內(nèi)進(jìn)行布線,這就對其彎曲半徑和柔韌性提出了嚴(yán)格要求。

如果彎曲半徑過小,會導(dǎo)致導(dǎo)線內(nèi)部結(jié)構(gòu)受損,電阻增大,甚至可能造成導(dǎo)線斷裂。

一般來說,高壓線束的最小彎曲半徑應(yīng)大于線束外徑的 5 倍 。

為了滿足這一要求,在導(dǎo)線結(jié)構(gòu)設(shè)計上,會采用多股細(xì)銅絲絞合的方式,增加導(dǎo)線的柔韌性。同時選用柔軟且耐用的絕緣材料和護(hù)套,進(jìn)一步提高線束的彎曲性能。

1.4.2 耐振動與沖擊設(shè)計

在車輛行駛過程中,高壓線束會受到來自路面的振動和沖擊,這些外力可能會導(dǎo)致線束連接松動、導(dǎo)線疲勞斷裂等問題。

為了提高高壓線束的耐振動與沖擊性能,會采用多種設(shè)計措施。

在固定方式上,會使用專門設(shè)計的線束固定夾和支架,將線束牢固地固定在車身上,減少其振動幅度。同時在固定點(diǎn)處增加緩沖材料,如橡膠墊,以吸收振動和沖擊能量。

對于一些關(guān)鍵部位的線束,會進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計,如增加導(dǎo)線的強(qiáng)度、采用更堅(jiān)固的連接器等,確保在惡劣的振動和沖擊環(huán)境下,高壓線束依然能夠可靠工作。

1.5 密封性與防護(hù)設(shè)計

高壓線束的密封性至關(guān)重要,一旦水分、灰塵或腐蝕性物質(zhì)侵入,會導(dǎo)致絕緣性能下降,引發(fā)短路、漏電等安全事故。

為了實(shí)現(xiàn)良好的密封性,采用密封材料對連接器和線束接頭進(jìn)行密封處理,如使用橡膠密封圈、密封膠等。

在防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計上,會對線束進(jìn)行整體防護(hù),例如采用防護(hù)套管、波紋管等,將線束包裹起來,防止外界物質(zhì)的侵蝕。

對于一些暴露在車外或惡劣環(huán)境中的線束,還會進(jìn)行特殊的防護(hù)處理,如增加防腐涂層,提高其防水、防塵、防腐蝕能力,確保高壓線束在各種復(fù)雜環(huán)境下都能穩(wěn)定運(yùn)行。

1.6 高壓線束布置要求

高壓線束的三維布置是一個復(fù)雜而關(guān)鍵的過程,需要綜合考慮多個因素。除了要遵循基本的布置原則外,有如下注意事項(xiàng):

  • 應(yīng)盡量避免 HV 線束從乘客艙走線,如因設(shè)計需要,HV 線束需連接前艙和行李箱的情況時,可以將 HV 線束通過車身鈑金過孔,從車輛底盤下走線,這樣同時能有利于 HV 線束 EMC 設(shè)計;

  • 應(yīng)避開和低壓線束一同走線,防止干擾低壓線束,高低壓線束應(yīng)盡量避開交叉走線,高低壓線束平行布線相距 100mm,(除非不影響 EMC);

  • 高壓線束走向順暢、無扭曲,高壓線束連接器盡量避免水滴區(qū),接地線束端子要有防旋轉(zhuǎn)設(shè)計。

  • 高壓線束同燃油管相隔至少 100mm;

  • 高壓線束同靜止部件間隙至少15 mm(<15 mm時加保護(hù)套或分離管夾);

  • 運(yùn)動高壓線束與非運(yùn)動件最小靜態(tài)間隙≥25mm(<25 mm時加保護(hù)套或分離管),運(yùn)動高壓線束與運(yùn)動件最小靜態(tài)間隙≥35 mm(<35 mm時加保護(hù)套或分離管夾);

  • 高壓接插件出線端到第一個固定點(diǎn)的距離不大于 100mm,相鄰固定點(diǎn)之間的距離一般不超過 150~200mm;

  • 線束應(yīng)距離熱源(如發(fā)動機(jī)排氣管、打氣泵銅管路等)大于 200mm,如不能滿足要求,應(yīng)采用阻燃隔熱棉對線束進(jìn)行包扎,或在線束附近增加隔熱板處理。

  • 應(yīng)盡量避開車身碰撞后變形較大區(qū)域,以防止車輛出現(xiàn)意外碰撞后高壓線被鈑金割裂或絕緣層被破壞導(dǎo)致車身帶有高壓形成電擊傷害,比如盡量不在前后防撞梁、側(cè)圍鈑金和車門內(nèi)走線。

  • 車輛在發(fā)生碰撞情況下,須確保高壓線束不會受到擠壓,以防線束破裂造成短路。

  • 線束走線彎曲半徑不宜過小,過小宜造成接插件密封件失效、導(dǎo)線絕緣皮損壞。導(dǎo)線合適的彎曲半徑如下表。 動態(tài)線束轉(zhuǎn)彎半徑≥8D。



注:外徑指最外層絕緣皮直徑;有部分廠家的高壓大平方導(dǎo)線彎曲半徑可小于上述表格要求的,需同供應(yīng)商確定其彎曲半徑和測試要求及其方法。

2 高壓線束設(shè)計的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范

為了確保高壓線束的設(shè)計質(zhì)量和安全性,國內(nèi)外都制定了一系列嚴(yán)格的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

國內(nèi)標(biāo)注,如GB/T 37133 - 2018《電動汽車高壓大電流線束和連接器技術(shù)要求》,規(guī)定了由電動汽車用高壓大電流線束和連接器組成的高壓連接系統(tǒng)的一般要求、電氣性能、物理性能、環(huán)境適應(yīng)性、電磁屏蔽效能、試驗(yàn)方法和檢驗(yàn)規(guī)則 。

國際上,美國汽車工程師協(xié)會(SAE)制定的 SAE J1654《高壓電纜》、SAE J1673《電動汽車高壓電纜總成設(shè)計》、SAE J1742《道路測量車載電線束高壓連接 - 試驗(yàn)方法和一般性能要求》等標(biāo)準(zhǔn)被廣泛應(yīng)用。

3 總結(jié)與展望

純電動汽車高壓線束的設(shè)計要求是一個涉及多領(lǐng)域、多學(xué)科的復(fù)雜體系,涵蓋了電氣性能、物理性能、環(huán)境適應(yīng)性等多個關(guān)鍵方面。從高電壓與大電流承載設(shè)計,到耐熱與散熱設(shè)計、電磁兼容性設(shè)計、機(jī)械性能設(shè)計以及密封性與防護(hù)設(shè)計,每一個環(huán)節(jié)都緊密相扣,缺一不可,共同保障著高壓線束在純電動汽車中的可靠運(yùn)行 。

隨著新能源汽車技術(shù)的飛速發(fā)展,未來純電動汽車高壓線束的設(shè)計也將朝著更加高性能、輕量化、智能化的方向邁進(jìn)。在材料創(chuàng)新方面,新型絕緣材料、屏蔽材料和導(dǎo)線材料的研發(fā)和應(yīng)用將不斷提升高壓線束的性能和可靠性;在設(shè)計理念創(chuàng)新方面,與整車的深度融合以及對未來汽車發(fā)展趨勢的前瞻性思考,將為高壓線束設(shè)計帶來全新的思路和方法 。


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