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新能源汽车高压线束的设计

来源:论文知识网作者:kaiting时间:2019-04-23 10:34

  摘 要 采用非传统车燃料作为主要动力来源或者使用燃油但采用新型动力装置的车型统称为新能源车,主要包括纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车等。目前国家主推的纯电动汽车,其高电压高达300V~800V,而高压线束就是保证这个传输系统的重要载体。而我们将从高压部件到另一个高压部件间线束传输组件成为高压线束。

  关键词 新能源;高电压;高压线束

新能源论文

  前言

  传统燃油车,动力来源是通过发动机活塞运动燃烧燃油,依靠曲轴和轮系传输发动机飞轮、发电机、压缩机和冷却水泵等功率设备上,通过动力传动装置实现车辆的行驶和功能的运作。而新能源汽车尤其是纯电动汽车,动力来源靠高压电池包提供,传输载体为高压线束,连接充电口座、高压电池包、逆变器、电机,车载充电机等大功率设备及直流转换器,空调压缩机、PTC和加热器等小功率设备(见图1)。

  1 高压线束的设计

  1.1 高压线束的组成

  高压线束主要包括:高压连接器、高压线缆,接地端子和扎带、外包材料、胶带、热缩套管、胶套、安装支架等辅材。

  1.2 高压连接器

  根據功能定义可分为小电流和大电流两种,大电流主要用于OBC,电机,及电池等动力系统和上,小电流主要用于压缩机,PTC,电池加热装置及DCDC等功能电器上。

  1.3 高压线缆

  高压线缆主要分为屏蔽线和非屏蔽线两种,线径从2.5mm?至120mm?不等。

  1.4 辅材配件

  辅材配件与传统低压线束所使用的无太大差别,但外包材料需要用红色或橘红色的包覆物,以便于起到高压危险警示作用。

  2 高压电缆的技术要求

  2.1 电缆的技术要求

  (1)结构

  高压电缆主要由线芯和绝缘材料组成,屏蔽线还要有屏蔽层和双层绝缘结构。线芯是由一定数量的单丝先进行束绞,然后再同心的复绞,形成高压电缆需要的软导体。根据结构可分为屏蔽线和非屏蔽线,根据用途可分为单芯屏蔽线和多芯屏蔽线(下图)。

  (2)绝缘材料

  绝缘材料主要包括线芯绝缘和护套绝缘。线芯绝缘材料的选择主要是考虑耐热要求和机械强度和柔软度,护套材料根据热和机械性的要求选择。护套绝缘由于直接与环境接触,耐液体和耐磨等的环境属性对护套要求尤其重要。目前主要有交联聚乙烯和硅橡胶作为绝缘层的基础材料。

  (3) 屏蔽

  由于EMC(电磁兼容性)的要求,使用多根铜丝组成编织屏蔽。镀锡铜丝可以使其抵抗环境影响如氧化等变得更加强大。用细的铜丝可以保持设计的柔韧性,编织屏蔽可以结合其他各种屏蔽,如铝塑符合薄膜。屏蔽外可以绕包一层无纺布,以确保在装配过程中轻松的剥下护套。

  (4)弯曲半径

  由于空间的局限性,电缆通过的路径非常狭小且复杂,横截面积较普通线束大导致其所需的弯曲半径也要很大,高弯曲力难以克服等问题。为了解决这个问题,高压电缆高柔韧性是至关重要,只有比较柔韧的设计,通过车辆的路由才可以容易实现。通常电缆推荐的SR导线外径的5~10倍。

  2.2 高压线束布线注意事宜

  (1)高压线缆过锐边或过孔时应设计保护结构;

  (2)布置时应避开热源或与之保持足够的距离;

  (3)电缆与电缆之间避免产生较大的弹性摩擦;

  (4)通常直线布置的线缆固定点间距≤300 mm,固定点与接插件间距≤120 mm(参考值)。

  (5)电机线束应考虑部件运动与振动的影响以及对连接器或者端子的影响,预留足够的运动量。

  (6)线束布置要考虑电磁干扰,布线时避免90°的折线,高、低压线须分开排布。

  (7)高压线束布置应具有合适的空间进行安装与维修。

  (8)布线需要考虑走线的美观性,裸露地盘挂线需要考虑增加线束护槽。

  (9)连接器尾部应保持平直,避免弯曲造成的连接器密封失效。

  (10)布线时需要注意高低压分开,分层设计,距离保持在200mm-300m内,走线规范,干扰源要远离信号源。

  2.3 高压线束屏蔽要求

  (1)对于高压系统而言,屏蔽应该优先的是需要系统级考虑布置的合理性,比如系统级布线时需要注意高低压分开,走线规范,干扰源要远离信号源等等。同时还要注意功率源和输出之间的高压线束的距离,比如整车上的电机和电机控制器,如果布置相隔较远,那么会形成共模电流通过电缆传递干扰的风险等。

  (2)对于本身要具备360°屏蔽层的连接器,必须有效和电缆屏蔽层连接,屏蔽层覆盖整个连接长度,以保证足够 的屏蔽功能,并尽量减少屏蔽界面之间的电阻,在产品生命周期内,屏蔽连接接触电阻<10mΩ,随着整车电气设备越来越多,现在普遍的这个数值是要<5mΩ。

  (3)此外还需要考虑屏蔽的可靠接地问题,如果通过螺母连接设备端,我们需要防腐蚀的处理,因为如果不做处理会导致屏蔽的加大风险, 以及线缆或者连接器和设备端有效的屏蔽连接,如果设备端表面没有表面的处理保护层,我们甚至需要增加屏蔽防护盒等方式来实现可靠的屏蔽连续性的连接。

  2.4 高压连接器的选型

  高压连接器的选用主要考虑电器的电器原理,使用要求,线束布置走向,装配空间及装配方式,同时也要结合成本进行综合考量使用。对于集成方案的可以考虑过孔连接器,主要是考虑成本因素和振动情况下对于插拔式连接器的脱扣风险的担心等因素。对于电池,电机等需要在整车厂进行组装的,通常以插合式连接器;对于耐环境要求相对比较苛刻、环境温度较高、电流及瞬间电流较大的部位可考虑温升和防水等级要求。

  3 高压线束未来发展及趋势

  (1)数量及物料号的减少

  整车的线束的数量及料号的减少会是一个趋势,随着整车模块化、集成化,线束也会逐步会被标准化,多个线束以一个料号的存在,便于管理和成本计算。

  (2)轻量化趋势

  为了降低油耗,整车上数量繁多的线束成为企业轻量化的重点目标。当前汽车线束使用的材料以铜为主,所以在减重方面除缩小截面积外,就是采用比铜更轻的铝材料。另外,铝的价格相较铜便宜,一旦铝导线能在线束中得到应用,不仅能降低重量,还能有效提升性价比。

  (3)高压连接器小型化,载流能力的提升

  随着端子技术的进步,小端子能承载更大的电流,高压连接器结构也朝着日益精密和轻量化的方向发展,性能提升的同时也给整车厂在设计的带来了更大的空间,成本也将进一步优化。

  4 结束语

  目前中国新能源汽车刚刚起步,市场上新能源产品鱼龙混杂,标准也尚不完善。但随着其快速的发展,未来市场上将会出现许多的更新换代的科技和产品,加之国家政策的支持,未来中国整个电动车市场将会进入更加快速发展和规范的轨道上。

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