电动汽车的高压线束设计方案解析

1 高压线束的设计  

高压线束是新能源商用车上最主要的能量传输载体，其主要作用是为车载高压电器零部件传输动力能源。高压线束设计主要涉及高压线束的工作电压、工作温度以及温升、线径选择、高压连接器的选型以及高压线束的防护。

1.1 高压线束的选择    

1）工作电压

由于新能源商用车所用电机额定功率都比较大，普遍在50～150 kW之间，在某些新能源重卡上，驱动电机额定功率可达200 kW以上。为了尽可能地减小在对高压系统传输过程中的能量损失以及电流对电气系统的冲击，就得适当地提高整车动力部分电气系统的工作电压，新能源商用车的高压零部件工作电压一般在540～600 V DC，最高工作电压可达750 V DC左右。根据电动汽车的电压级别为B级，所以高压线束的工作电压一般选择在1000 V DC或者1500 V DC。

2）工作温度以及温升

温度包括工作环境温度、工作温升以及线束工作温度。目前一般环境温度在-40℃～+85℃，高压线束表面长期允许最大工作温度为125℃，对于某些特殊用途的高压线束，其最大工作温度可达150℃。高压线束的允许工作温升就是高压线束在工作时达到热平衡时的表面工作温度和环境温度的差值。

高压线束设计时，要求：高压线束工作温度≥环境温度+高压线束温升，高压线束使用时一般要求温升不超过55K。

3）线径

高压线束线径选取步骤如下。

① 确定高压线束所连接的电气部件上负载特性，特性包括稳态电流强度、电压要求，瞬态条件和电流波形 （平稳、脉冲、频率等）。

②根据稳态电流强度，确定高压线束的截面积，在125℃下，常见铜芯电缆线径截面积与载流量的匹配参见表1。

表1 电缆线径和载流量对照表（环境温度30℃，工作温度70℃）

③如果高压线束的布置环境超过了线束允许的工作环境，则必须选择较大截面积的线束，对于Tmax为180℃时，线束截面积升一档使用，Tmax为250℃时，线束截面积升两档使用。例如，当最大电流为150 A时，125℃情况下选用35 mm2的线束，180℃情况下选用50 mm2的线束，250℃情况下选用70 mm2的线束。

4）弯曲半径

高压线束的弯曲半径对于高压线束的电阻影响很大。高压线束被过分弯曲后，线束折弯部分的电阻变大，会造成线路压降超大。

对于线径D小于等于15 mm的高压线束，高压线束的折弯半径应大于3D；当线径D大于15 mm时，高压线束的折弯半径应大于5D。

1.2 高压线束用连接器的选型    

1）接器防护等级要求不低于IP67。

2）连接器直接接触防护满足IPXXB的等级要求。

3）连接器的绝缘电阻不小于500 MΩ，1000 V DC。

4）连接器的工作电压不低于车辆最高工作电压。

5）连接器要带有机械防呆功能，同时，不同型号规格在颜色上也能加以区分；以Amphenol PL系列连接器为例进行说明，如表2所示。

表2 Amphenol PL系列连接器防呆和颜色区分

6）连接器要具有高压互锁功能。

7）连接器要带有屏蔽环，满足高压屏蔽线的压接要求。

8）连接器要具有二次锁止功能，避免因使用过程中的误操作或者颠簸导致高压触电风险。

1.3 高压线束的制作    

高压线束的制作主要涉及高压线束端子的压接、屏蔽层处理、防护以及绝缘电阻的检测。

1）高压线束端子的压接

高压线束端子的压接水平影响着高压线束的电阻率，接触电阻以及绝缘性能。评价端子压接程度的好坏从这几方面：端子端面压着状态、端子承受最大拉拔力、端子压着后接触性能阻抗综合评价。端子压接不紧，端子承受最大拉拔力达不到要求，高压导线容易从端子松脱，造成高压安全事故；端子压接过紧，端子承受最大拉拔力有所下降，端子端面压着结构紧凑，端子压着后接触性能阻抗增大，在大电流的作用下，容易在端子压接处局部发热生成高温区，能量损耗严重，甚至发生火灾。因此通过从上述三方面检测保证端子压接到位，具体检测设备见图1。端子剖面分析仪，用于分析端子压着端面导线分布压接情况。拉力测试机，用于测试验证端子压紧情况。电压降测试仪，用于检测端子压着后接触性能阻抗。

2）高压线束的屏蔽层处理

由于新能源商用车上高压零部件属于大电流工作器件，其工作期间，会对车载低压电器，尤其是控制器类部件，产生很强的电磁干扰，故高压线束一般采用带屏蔽层结构。高压线束在制作过程中，需要按照连接器的操作说明书，对高压线上的屏蔽层进行处理，以避免因屏蔽层处理不当产生过量的电磁泄露，影响其他车载器件或者通讯设备的正常工作。

3）高压线束的防护

高压线束在压接完成后，根据其在车辆上的布置位置以及使用工况，在其外表面要用橙色波纹管、编织物管或者纺织胶带等外敷物进行包裹，以增加其耐磨性、隔热性以及美观性。常用的高压线束外敷物及其特性见表3。

图1 高压线束端子压接检测设备

表3 高压线束外敷物及特性

4）高压线束的绝缘电阻检测

高压线束是新能源商用车上的应用最广泛的高压零部件，也是最容易出现绝缘故障的高压零部件，因此，高压线束的绝缘电阻测量是高压线束制作过程中必须进行的监控项。高压线束的绝缘电阻要求一般不低于500 MΩ，1000 V DC。

2 高压线束在新能源商用车的布置  

新能源商用车，尤其是新能源城市物流车，因其结构紧凑，布置空间紧张，对于高压线束的布置提出了更高的要求。

高压线束的布置，需要满足以下几个要求。

1）高、低压线布置时，尽量分开布置，以提高车辆的电磁兼容性能。

2）高压线束布置时的折弯半径应不小于其最小折弯半径。

3）高压线从连接器接口处出来后，在允许出现高于连接器中心水平面进行布置之前，必须先保证有一段高压线处于连接器中心水平面之下，以保证雨水不会沿着高压线束倒流进高压零部件内部，如图2、图3所示。

图2 连接器水平方向出线

图3 连接器非水平方向出线

4）高压线束由于线径较粗，折弯时需要的折弯力比较大，因此在进行高压线束固定时，在折弯处的两端要用固定卡箍等可以长期承受较大作用力的零件进行固定，如图4中，在图中标记的1、2两处地方需要分别用图5中所描述的卡夹进行固定。

图4 高压线束折弯处固定

图5 固定卡夹

5）对于非受力部位的高压线束进行固定时，可以用尼龙扎带进行捆扎、固定。

6）高压线束布置时，应避开运动部件以及高温部位。

7）高压线束布置和固定时，应避开剧烈震动区域，并根据线束布置部位的振动幅度、运动件的最大运动包络，留有足够的线长，避免让线束承受拉力或者张力。

8）高压线束要避免从尖锐物、金属架边缘、焊接缝、车身上的固定孔处走线，避免因装配操作、振动摩擦使得高压线束外敷物磨破，导致线束损伤而造成安全事故。

编辑：黄飞