電動汽車的高壓線束設計方案解析

1 高壓線束的設計 ?

高壓線束是新能源商用車上最主要的能量傳輸載體，其主要作用是為車載高壓電器零部件傳輸動力能源。高壓線束設計主要涉及高壓線束的工作電壓、工作溫度以及溫升、線徑選擇、高壓連接器的選型以及高壓線束的防護。

1.1 高壓線束的選擇 ? ?

1）工作電壓

由于新能源商用車所用電機額定功率都比較大，普遍在50～150 kW之間，在某些新能源重卡上，驅動電機額定功率可達200 kW以上。為了盡可能地減小在對高壓系統傳輸過程中的能量損失以及電流對電氣系統的沖擊，就得適當地提高整車動力部分電氣系統的工作電壓，新能源商用車的高壓零部件工作電壓一般在540～600 V DC，最高工作電壓可達750 V DC左右。根據電動汽車的電壓級別為B級，所以高壓線束的工作電壓一般選擇在1000 V DC或者1500 V DC。

2）工作溫度以及溫升

溫度包括工作環境溫度、工作溫升以及線束工作溫度。目前一般環境溫度在-40℃～+85℃，高壓線束表面長期允許最大工作溫度為125℃，對于某些特殊用途的高壓線束，其最大工作溫度可達150℃。高壓線束的允許工作溫升就是高壓線束在工作時達到熱平衡時的表面工作溫度和環境溫度的差值。

高壓線束設計時，要求：高壓線束工作溫度≥環境溫度+高壓線束溫升，高壓線束使用時一般要求溫升不超過55K。

3）線徑

高壓線束線徑選取步驟如下。

① 確定高壓線束所連接的電氣部件上負載特性，特性包括穩態電流強度、電壓要求，瞬態條件和電流波形 （平穩、脈沖、頻率等）。

②根據穩態電流強度，確定高壓線束的截面積，在125℃下，常見銅芯電纜線徑截面積與載流量的匹配參見表1。

表1 電纜線徑和載流量對照表（環境溫度30℃，工作溫度70℃）

③如果高壓線束的布置環境超過了線束允許的工作環境，則必須選擇較大截面積的線束，對于Tmax為180℃時，線束截面積升一檔使用，Tmax為250℃時，線束截面積升兩檔使用。例如，當最大電流為150 A時，125℃情況下選用35 mm2的線束，180℃情況下選用50 mm2的線束，250℃情況下選用70 mm2的線束。

4）彎曲半徑

高壓線束的彎曲半徑對于高壓線束的電阻影響很大。高壓線束被過分彎曲后，線束折彎部分的電阻變大，會造成線路壓降超大。

對于線徑D小于等于15 mm的高壓線束，高壓線束的折彎半徑應大于3D；當線徑D大于15 mm時，高壓線束的折彎半徑應大于5D。

1.2 高壓線束用連接器的選型 ? ?

1）接器防護等級要求不低于IP67。

2）連接器直接接觸防護滿足IPXXB的等級要求。

3）連接器的絕緣電阻不小于500 MΩ，1000 V DC。

4）連接器的工作電壓不低于車輛最高工作電壓。

5）連接器要帶有機械防呆功能，同時，不同型號規格在顏色上也能加以區分；以Amphenol PL系列連接器為例進行說明，如表2所示。

表2 Amphenol PL系列連接器防呆和顏色區分

6）連接器要具有高壓互鎖功能。

7）連接器要帶有屏蔽環，滿足高壓屏蔽線的壓接要求。

8）連接器要具有二次鎖止功能，避免因使用過程中的誤操作或者顛簸導致高壓觸電風險。

1.3 高壓線束的制作 ? ?

高壓線束的制作主要涉及高壓線束端子的壓接、屏蔽層處理、防護以及絕緣電阻的檢測。

1）高壓線束端子的壓接

高壓線束端子的壓接水平影響著高壓線束的電阻率，接觸電阻以及絕緣性能。評價端子壓接程度的好壞從這幾方面：端子端面壓著狀態、端子承受最大拉拔力、端子壓著后接觸性能阻抗綜合評價。端子壓接不緊，端子承受最大拉拔力達不到要求，高壓導線容易從端子松脫，造成高壓安全事故；端子壓接過緊，端子承受最大拉拔力有所下降，端子端面壓著結構緊湊，端子壓著后接觸性能阻抗增大，在大電流的作用下，容易在端子壓接處局部發熱生成高溫區，能量損耗嚴重，甚至發生火災。因此通過從上述三方面檢測保證端子壓接到位，具體檢測設備見圖1。端子剖面分析儀，用于分析端子壓著端面導線分布壓接情況。拉力測試機，用于測試驗證端子壓緊情況。電壓降測試儀，用于檢測端子壓著后接觸性能阻抗。

2）高壓線束的屏蔽層處理

由于新能源商用車上高壓零部件屬于大電流工作器件，其工作期間，會對車載低壓電器，尤其是控制器類部件，產生很強的電磁干擾，故高壓線束一般采用帶屏蔽層結構。高壓線束在制作過程中，需要按照連接器的操作說明書，對高壓線上的屏蔽層進行處理，以避免因屏蔽層處理不當產生過量的電磁泄露，影響其他車載器件或者通訊設備的正常工作。

3）高壓線束的防護

高壓線束在壓接完成后，根據其在車輛上的布置位置以及使用工況，在其外表面要用橙色波紋管、編織物管或者紡織膠帶等外敷物進行包裹，以增加其耐磨性、隔熱性以及美觀性。常用的高壓線束外敷物及其特性見表3。

圖1 高壓線束端子壓接檢測設備

表3 高壓線束外敷物及特性

4）高壓線束的絕緣電阻檢測

高壓線束是新能源商用車上的應用最廣泛的高壓零部件，也是最容易出現絕緣故障的高壓零部件，因此，高壓線束的絕緣電阻測量是高壓線束制作過程中必須進行的監控項。高壓線束的絕緣電阻要求一般不低于500 MΩ，1000 V DC。

2 高壓線束在新能源商用車的布置 ?

新能源商用車，尤其是新能源城市物流車，因其結構緊湊，布置空間緊張，對于高壓線束的布置提出了更高的要求。

高壓線束的布置，需要滿足以下幾個要求。

1）高、低壓線布置時，盡量分開布置，以提高車輛的電磁兼容性能。

2）高壓線束布置時的折彎半徑應不小于其最小折彎半徑。

3）高壓線從連接器接口處出來后，在允許出現高于連接器中心水平面進行布置之前，必須先保證有一段高壓線處于連接器中心水平面之下，以保證雨水不會沿著高壓線束倒流進高壓零部件內部，如圖2、圖3所示。

圖2 連接器水平方向出線

圖3 連接器非水平方向出線

4）高壓線束由于線徑較粗，折彎時需要的折彎力比較大，因此在進行高壓線束固定時，在折彎處的兩端要用固定卡箍等可以長期承受較大作用力的零件進行固定，如圖4中，在圖中標記的1、2兩處地方需要分別用圖5中所描述的卡夾進行固定。

圖4 高壓線束折彎處固定

圖5 固定卡夾

5）對于非受力部位的高壓線束進行固定時，可以用尼龍扎帶進行捆扎、固定。

6）高壓線束布置時，應避開運動部件以及高溫部位。

7）高壓線束布置和固定時，應避開劇烈震動區域，并根據線束布置部位的振動幅度、運動件的最大運動包絡，留有足夠的線長，避免讓線束承受拉力或者張力。

8）高壓線束要避免從尖銳物、金屬架邊緣、焊接縫、車身上的固定孔處走線，避免因裝配操作、振動摩擦使得高壓線束外敷物磨破，導致線束損傷而造成安全事故。

編輯：黃飛

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