劉洋，劉丹，婁鋒

（1.華晨汽車工程研究院新能源工程室，遼寧 沈陽(yáng) 110141；2.沈陽(yáng)燃?xì)饧夹g(shù)開發(fā)有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110000）

前言

對(duì)于國(guó)家發(fā)布《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》的相關(guān)政策，主要規(guī)劃的內(nèi)容為新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展將以純電驅(qū)動(dòng)為新能源汽車發(fā)展和汽車工業(yè)轉(zhuǎn)型的主要戰(zhàn)略取向，當(dāng)前重點(diǎn)推進(jìn)純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車產(chǎn)業(yè)化，而電動(dòng)汽車的產(chǎn)業(yè)也獲得了前所未有的發(fā)展和機(jī)遇。高壓線束作為關(guān)鍵零部件也得以迅速的發(fā)展。高壓線束（高壓線纜和高壓接口）是高壓電氣系統(tǒng)的關(guān)鍵零組件，并為電動(dòng)汽車的可靠運(yùn)行和安全提供了保證。

整車高壓線束的主要開發(fā)設(shè)計(jì)方案涉及到線纜整車布局、線纜線徑選型、高壓連接器選型、充電線纜及接口類型及應(yīng)用、線纜固定及防護(hù)設(shè)計(jì)、EMC設(shè)計(jì)、高壓安全（HVIL）設(shè)計(jì)等。

1 整車布置

圖1為純電動(dòng)汽車高壓部件布局圖。通過純電動(dòng)汽車高壓部件的布局位置來合理布置電池到PDU、電機(jī)控制器到電機(jī)、交直流充電等各個(gè)高壓部件之間的高壓連接線束。

高壓線束如需要通過銳邊或過孔時(shí)應(yīng)設(shè)計(jì)相應(yīng)的保護(hù)結(jié)構(gòu)或方式，在前期對(duì)于整車開發(fā)時(shí)線束的布置時(shí)需要盡量避開熱源振動(dòng)源不然與之要保持足夠的距離。

高壓線束均具有較大的外徑和重量，為避免應(yīng)力的集中，線纜最小彎曲半徑一般要大于該線徑直徑的5倍，要合理分布載荷，需要增加支撐固定裝置，線束直線布置固定點(diǎn)間距≤300mm，過彎布置固定點(diǎn)分別在弧線的兩個(gè)端點(diǎn)固定，固定點(diǎn)與連接器間距≤150mm，才得以承受線束的重量和振動(dòng)載荷。固定裝置必須采用汽車級(jí)扎帶和絕緣支架等。

圖1 純電動(dòng)汽車高壓部件布局圖

驅(qū)動(dòng)電機(jī)線束需要考慮部件運(yùn)動(dòng)與振動(dòng)的影響，要對(duì)線束的尺寸進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，既要滿足長(zhǎng)度分布的應(yīng)力，也要避免過長(zhǎng)導(dǎo)致的線束堆積。對(duì)于線束運(yùn)動(dòng)要增加膠圈緩沖和導(dǎo)向槽的固定結(jié)構(gòu)，避免線束與其它零組件剮蹭，導(dǎo)致線束損傷。

線束布置過程中要考慮 EMC電磁干擾因素，采用屏蔽高壓線纜，避免高頻噪聲發(fā)射，高低壓線纜必須分開排布，避免線束相互交叉重疊造成相互干擾。

考慮線束布置的美觀性，走向需與依附件方向一致，避免斜方向，對(duì)于發(fā)艙內(nèi)線束盡量在結(jié)構(gòu)件或零組件的下方或內(nèi)側(cè)走線，整車底部外露高壓線束應(yīng)采用護(hù)管、護(hù)板進(jìn)行遮蔽防護(hù)。

考慮安裝與維護(hù)，對(duì)于同一部位的接插件為防止錯(cuò)插應(yīng)選用不同的規(guī)格和定位方式的接插件，接插件末端需要留有一定量的余量以便插拔。

考慮高壓安全性，此高壓電已超出人體安全電壓，車身不能像低壓系統(tǒng)一樣的搭鐵方式，必須采用雙軌制。

2 線纜選型

2.1 電纜線徑

依據(jù)整車各個(gè)高壓電氣元件布局圖分清主回路和支路，確定高壓線束所連接的高壓部件的負(fù)責(zé)特性。特性包括工作電壓、額定功率、峰值功率、額定電流、峰值電流、持續(xù)時(shí)間等。

工作溫度及環(huán)境溫度的對(duì)于電纜線徑也是有影響的，由于高電流傳輸會(huì)導(dǎo)致高功耗和相關(guān)組件的提高溫升，從而高壓電纜設(shè)計(jì)必須要能夠承受較高的溫度。如果線纜的布置環(huán)境超過了電纜允許的工作溫度，則必須選擇較大截面積的電纜。對(duì)于 Tmax達(dá)到 180℃時(shí)，導(dǎo)體截面積需升一擋使用，Tmax達(dá)到250℃時(shí)，導(dǎo)體截面積需升二擋使用。

2.2 線纜結(jié)構(gòu)

高壓線纜從類型上分為單芯電纜和多芯電纜，高壓電纜截面為圓形，護(hù)套顏色為橙色。多芯電纜是由多個(gè)單芯線組成，單芯線必須同時(shí)滿足單芯電纜的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，并如多芯電纜內(nèi)有用于信號(hào)傳輸請(qǐng)采用單獨(dú)屏蔽，保證信號(hào)不丟失。導(dǎo)線主要采用多芯軟銅絞線，以滿足導(dǎo)線的內(nèi)阻和柔軟彎曲度的技術(shù)要求，絕緣層必須要耐高低溫耐阻燃，多為復(fù)合結(jié)構(gòu)。對(duì)于 EMC的防護(hù)，采用帶屏蔽層的高壓電纜采用裸銅或鍍銅線編織在內(nèi)護(hù)套層上，其編織密度≥90%。

3 高壓連接器選型

3.1 高壓連接器

電性能方面；需要考慮額定工作電壓、額定工作電流、絕緣電阻、耐壓等級(jí)、屏蔽和互鎖等相關(guān)電性能參數(shù)。

環(huán)境性能方面；需要考慮工作溫度、環(huán)境溫度、鹽霧等級(jí)、阻燃等級(jí)、耐溶液試劑以及禁用物質(zhì)等方面的要求。根據(jù)不同設(shè)計(jì)要求還會(huì)有其他方面的要求。

機(jī)械性能方面；根據(jù)不同的工況來測(cè)試耐振動(dòng)以及相應(yīng)的機(jī)械壽命。

安全性能方面；采用高壓互鎖，高壓互鎖分為內(nèi)置式和外置式，因內(nèi)置式布局緊湊體積小，電動(dòng)汽車上均采用內(nèi)置式，并通過VMS或BMS等控制器檢測(cè)高壓互鎖，要求高壓連接器分開后，帶電部分能夠在1S內(nèi)降低到60Vd.c和30Va.c以下。才能保證人身安全。

3.2 維修開關(guān)

MSD即手動(dòng)維護(hù)開關(guān)是保證純電動(dòng)汽車高壓電氣安全的關(guān)鍵部件，是能夠在關(guān)鍵時(shí)刻實(shí)現(xiàn)高壓系統(tǒng)電氣隔離的執(zhí)行部件，能夠?qū)⒎謹(jǐn)嘌b置和熔斷器兩者高度整合，在內(nèi)部配置合適的熔斷器同時(shí)也可以起到電路過流和短路保護(hù)的保護(hù)，合理的設(shè)計(jì)和操作維修開關(guān)對(duì)于電動(dòng)汽車的電氣安全起到至關(guān)重要的作用。

3.3 充電接口

充電接口目前分為兩種，交流充電接口和直流充電接口，而交流接口是將交流電網(wǎng)電源通過纜上控制與保護(hù)裝置接入到車載充電機(jī)。直流接口是將帶控制引導(dǎo)功能的直流供電設(shè)備直接接入到電動(dòng)汽車電池上。交流接口額定電壓 250Va.c或 440Va.c，額定電流電流不超過 63A，直流接口額定電壓750Vd.c或1000Vd.c，額定電流不超過250A，根據(jù)整車布置要求來確定充電接口的額定電壓電流值，交直流充電接口其他相關(guān)電氣特性等參數(shù)必須滿足國(guó)標(biāo) GBT20234.2-2015和GBT20234.3-2015的要求。

4 線束固定及防護(hù)

4.1 線束固定

線束固定方式多種多樣，依據(jù)整車各個(gè)高壓器件的布置情況，合理選用線束或接插件的固定方式，目前常用的緊固定方式包括、一體式固定扎帶附楔形固定頭、一體式固定扎帶附杉樹形固定頭等適用于圓孔方式固定；一體式焊接螺柱固定扎帶、帶焊接螺柱固定件隔離式雙夾頭扎帶等適用于焊接螺柱固定；固定扎帶和管夾類卡扣組件等適用于與管道、軟管及線束等固定；板材邊緣卡扣等適用于厚度不超過3mm的金屬或朔料邊緣固定；重型固定器適用于線徑≥35mm2；電纜導(dǎo)管支座適用于將電纜從框架軌道上抬升使電纜與車身突出部件分離防止電纜磨損；連接器卡扣適用于固定高壓連接器；波紋管卡扣適用于快速固定波紋管。

4.2 線束防護(hù)

波紋管防護(hù)；采用閉口式波紋管其特點(diǎn)具有耐磨、阻燃、耐熱等特點(diǎn)，波紋管的耐溫范圍在-40～150℃，短時(shí)間還能達(dá)到200℃，而市面上常見材質(zhì)有PA（尼龍）、PE（聚乙烯）和PP（聚丙烯），分別在阻燃、耐磨性和抗彎曲疲勞性方面各有優(yōu)勢(shì)，波紋管顏色必須采用橙色，用于區(qū)分整車低壓線束，并采用橡膠護(hù)套塑封或PVC膠帶纏繞與線纜固定密封。

護(hù)管防護(hù)；對(duì)于在狹小空間或特殊部位布置的線束，需采用專用的電線束護(hù)管進(jìn)行遮擋與防護(hù)。一般護(hù)管都具有化學(xué)性能穩(wěn)定，不老化，耐腐蝕力強(qiáng)等特點(diǎn)。

護(hù)板防護(hù)；對(duì)于布置在底盤部分的高壓線束（電池總正總負(fù)）保護(hù)方式，設(shè)計(jì)護(hù)板時(shí)要考慮防水、防泥沙飛濺、防剮蹭等因素。護(hù)板多數(shù)采用ABS+PC具有高抗沖、高耐熱、低溫時(shí)具備高沖擊強(qiáng)度、耐燃性。

護(hù)套防護(hù)；對(duì)于易損傷易沖擊的部位可以采用自卷式護(hù)套，其特點(diǎn)是耐高溫、防沖擊、防切割、輕巧以及易于安裝。

膠帶防護(hù)；對(duì)于線束來說膠帶用處非常的廣，常用于保護(hù)、捆扎、絕緣、阻燃、標(biāo)記等作用，高壓線束均采用阻燃性較好的PVC膠帶，耐溫能夠達(dá)到80℃。

5 屏蔽EMC設(shè)計(jì)

電動(dòng)汽車車輛運(yùn)行時(shí)，反復(fù)變化的電器負(fù)荷與系統(tǒng)中大量采用的變頻技術(shù)，造成線纜電壓、電流的劇烈波動(dòng)，并產(chǎn)生了較大的 EMC電磁干擾，對(duì)于電動(dòng)汽車本身及周圍環(huán)境的電子電氣產(chǎn)品設(shè)備造成影響，故線束在設(shè)計(jì)選型時(shí)要考慮對(duì)防護(hù)電磁干擾的屏蔽設(shè)計(jì)，以滿足整車對(duì)電磁兼容性的要求。

純電動(dòng)汽車在整車線束中包括高壓線束也包括低壓線束，對(duì)于從 EMC屏蔽的角度設(shè)計(jì)開發(fā)來說，選用屏蔽線纜時(shí)，不僅要考慮其屏蔽性能，屏蔽網(wǎng)密度，還要考慮機(jī)械強(qiáng)度、環(huán)境的影響等特性，當(dāng)整個(gè)電纜受到過多的機(jī)械、天氣和潮濕的影響時(shí)，連接處的屏蔽會(huì)收到最嚴(yán)重的影響。高壓連接器也要選著金屬連接器或選著帶屏蔽功能的朔料連接器。

高壓線束每個(gè)接口均采用屏蔽處理，前后電機(jī)接口處為屏蔽卡環(huán)與電氣盒導(dǎo)軌壓接，控制器及電池箱接插件采用有屏蔽功能的結(jié)構(gòu)件。目前國(guó)內(nèi)并沒有關(guān)于此方面的詳細(xì)標(biāo)準(zhǔn)，多數(shù)廠家在相關(guān)的高壓零組件包括設(shè)備和線束均增加磁環(huán)。

磁環(huán)是一塊環(huán)狀的導(dǎo)磁體，磁環(huán)是電子電路中常用的抗干擾元件，對(duì)于高頻噪聲有很好的抑制作用。磁環(huán)在不同的頻率下有不同的阻抗特性，一般在低頻時(shí)阻抗很小，當(dāng)信號(hào)頻率升高磁環(huán)表現(xiàn)的阻抗急劇升高。那么在磁環(huán)作用下，對(duì)于高壓系統(tǒng)的高壓線束，磁環(huán)盡量靠近電機(jī)、控制器高壓線束的進(jìn)出口。能很好的抑制高頻干擾信號(hào)的通過。

6 高壓安全HVIL

High Voltage Interlock Loop即HVIL（高壓互鎖回路）是通過使用低壓電信號(hào)，來檢查整個(gè)高壓模塊、導(dǎo)線及連接器的電氣完整性情況。

當(dāng)互鎖發(fā)生故障后，必須保證整車高壓系統(tǒng)下電且在故障排除前高壓系統(tǒng)不能上電，同時(shí)觸發(fā)相應(yīng)的警示信號(hào)。

帶有高壓模塊充高壓回路斷開的時(shí)候，防止由于高壓回路存在的容性負(fù)載，（必須在規(guī)定時(shí)間里直流電壓應(yīng)降到不超過60Vd.c，或B級(jí)電路存儲(chǔ)總能量小于0.2J），導(dǎo)致人員接觸帶電部件而發(fā)生觸電事故。

帶有高壓模塊充高壓回路斷開的時(shí)候，防止高壓線纜帶電、整車意外上電導(dǎo)致人員接觸帶電部件而發(fā)生觸電事故。

使用過程中，防止由于人為操作問題、車輛顛簸、產(chǎn)品老化、線路磨損等帶來的局部發(fā)熱和拉弧導(dǎo)致產(chǎn)品性能急劇下降、起火事故、保證車輛和人身安全。

7 高壓安全HVIL

7.1 開發(fā)過程

高壓線束的開發(fā)要與整車開發(fā)流程相輔相成，圖2為線束開發(fā)流程圖。

圖2 線束開發(fā)流程圖

7.2 生產(chǎn)過程

生產(chǎn)過程要求；依據(jù)圖紙要求進(jìn)行裁線要求切口整齊不能有毛刺，尺寸上要考慮公差——穿入絕緣護(hù)套（波紋管、護(hù)管、雙壁熱縮管）——?jiǎng)兤ね庥^整齊，尺寸嚴(yán)格按照連接器插針要求——端子壓接壓接質(zhì)量受力均勻，不能有壓破漏銅現(xiàn)象——組裝依據(jù)圖紙要求的接口定義——運(yùn)用萬(wàn)用表進(jìn)行導(dǎo)通檢測(cè)——尺寸檢驗(yàn)——外觀檢查——包裝入庫(kù)。

8 發(fā)展趨勢(shì)

8.1 技術(shù)進(jìn)步

高壓線束技術(shù)的發(fā)展還體現(xiàn)在線束加工工藝上，涉及到電池包電壓采集和溫度采集的線束對(duì)壓接工藝要求很高，高壓線束在大線徑部分由于端子材料限制，必須要使用液壓設(shè)備，不能用傳統(tǒng)沖壓工藝。在加工有防水要求的部分時(shí)必須采用新設(shè)備。

而對(duì)于未來更高電壓電流平臺(tái)車型，由于大電流會(huì)使其電纜迅速增加發(fā)熱量，而增加線纜線徑會(huì)導(dǎo)致安裝使用布局都很困難，從而要考慮對(duì)于線纜熱管理方面的未來技術(shù)發(fā)展，而是否要采取高壓線束的冷卻方式，還需要實(shí)際數(shù)據(jù)或樣車驗(yàn)證來解決。

8.2 輕量化

為了降低油耗和減輕整車重量，整車上數(shù)量繁多的線束成為企業(yè)輕量化的重點(diǎn)目標(biāo)。當(dāng)前汽車線束使用的材料以銅為主，為節(jié)省純電動(dòng)汽車高壓線束用銅量，未來趨勢(shì)是采用比銅芯線輕40%的鋁芯線或采用銅包鋁芯線，這樣不僅僅能夠大幅度的降低成本也能夠降低重量，提高提升性價(jià)比。雖然鋁芯線所占用的空間比銅芯線要大，但可以通過對(duì)在整車設(shè)計(jì)研發(fā)過程中調(diào)整布局空間解決，而銅包鋁芯線要采用硬銅線或銅合金線制作的，因此抗拉強(qiáng)度要比純銅芯線要大。

9 結(jié)論

隨著新能源電動(dòng)汽車的飛速發(fā)展，高壓線束作為電動(dòng)汽車上動(dòng)力傳輸?shù)闹饕d體，是整車性能和安全的關(guān)鍵零組件之一，高壓線束的研發(fā)和設(shè)計(jì)不僅要從整車的角度考慮，還要從原材料、高壓連接器、相關(guān)組件供應(yīng)商等各個(gè)環(huán)節(jié)的角度出發(fā)，在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)還未定的情況下，我們要不斷的深入了解其應(yīng)用，持續(xù)的改進(jìn)和完善，共同努力制定既符合當(dāng)前實(shí)際使用環(huán)境，又具有行業(yè)前瞻性的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)電動(dòng)汽車行業(yè)健康發(fā)展，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的國(guó)家戰(zhàn)略目標(biāo)。

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