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[高新技術 ] 新能源整車高壓線束設計

yvhkdv
P: 2019-08-24 11:48:55

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在資源日益緊張的今天,節能減排勢在必行, 新能源汽車在突破技術瓶頸的前提下,市場還是很 廣闊的。高壓線束在新能源汽車中屬于高安全件, 所以高壓線束的設計及布置至關重要。

     整車高壓線束主要的設計方案涉及到線束走向 設計、線徑設計、高壓連接器選型、充電口的類型 和應用、屏蔽設計、高壓線束固定卡扣選型、高壓 線槽設計、高壓互鎖HVIL設計、GROMMET設計等。

一、高壓線束走向布置及劃分類型

圖1 混合動力高壓部件布局圖

     圖1爲混合動力高壓部件布局圖。高壓系統在 設計方面,考慮到電磁幹擾的因素,整個高壓系統 均由屏蔽層全部包覆。目前國內車型全部采用屏蔽 高壓線,曰系車也有應用屏蔽網包覆在高壓線外 側,插件處處理實現屏蔽連接。同時由于高壓已經 超出人體安全電壓,車身不可像低壓系統一樣作爲 整車搭鐵點,因此在高壓線束系統的設計上,直流 高壓電回路必須嚴格執行雙軌制。根據高壓線束的 特性,我們一般以高壓電器爲中心對高壓線束進行 劃分,可分爲電機高壓線、電池高壓線、充電高壓線等。

     電機高壓線一般是連接控制器和電機的高壓線; 電池高壓線一般是連接控制器和電池的高壓線;充電高壓線一般是連接充電機和電池的高壓線。

二、高壓線束特性

     高壓線束耐壓與耐溫等級的性能遠高于低壓線 束等級,國內主機廠通常采用屏蔽高壓線,近年來 日本主機廠主要采用非屏蔽高壓線外包裹屏蔽網工序。屏蔽高壓線可減少EMI、RFI對整車系統的影 響。整條高壓線束回路均實現屏蔽連接,電機、控 制器及電池等接口高壓線束屏蔽層,通過插件等壓 接結構連接到電池電機控制器殼體,再與車身搭鐵 連接。高壓線的屏蔽對于電纜傳導數據不是必須的,但是可減少或避免高壓線的輻射。

     耐壓性能:常規汽車耐高壓額定600V,商用車及大巴士電壓可高達1000V;

     耐電流性能:根據 高壓系統部件的電流量,可達250~400A;

耐溫性能:耐高溫等級分爲125丈、150丈、200丈不等, 常規選擇150丈導線;低溫常規-40丈。

三、線徑設計

需要綜合考慮以下幾方面:

①負載回路的額定電流值;

②電線導體的容許溫度;

③線束工作時周 圍環境的溫度;

④導線自身通電時溫度上升引起的 通電率降低;

⑤成捆線束容許電流的折減系數。

     電線容許電流值 x 環境溫度引起的通電率降低 x 捆紮引起的折減系數>額定電流值。

     鑒于環境溫度對通電率降低的影響(駕駛室內 40丈、發動機室80丈),導體阻抗的上升需做考慮。 因此:電線的耐熱溫度>環境溫度+導體通電時的 溫度上升。

      導線最大穩態溫升應不超過額定溫度導線絕緣層、插件材料或其他導線涉及的材料。導線安培容 量很多決定因素變量,如:導體尺寸、絕緣材料、 絕緣層厚度、環境溫度、導線捆綁尺寸、導體材料。

四、高壓連接器及充電口類型和應用

4.1高壓連接器類型和應用

高壓連接器按有無屏蔽功能分爲非屏蔽型連接

器(圖2)和屏蔽型連接器(圖3)。

圖2 非屏蔽連接器

圖3 屏蔽型連接器

非屏蔽型連接器結構相對簡單,無屏蔽功能, 成本相對低。使用在無需屏蔽的位置,如充電回 路、電池包殼體內部及控制器內部等由金屬殼體包覆的電器上。

屏蔽型連接器結構複雜,有屏蔽要求,成本相 對高。適用于必須有屏蔽功能的地方,如電器外部 與高壓線束的連接。

所有高壓連接器都要求防水,根據使用位置不 同,防水等級也不一樣。目前使用居多的有1P連接 器(圖4)、2P連接器(圖5)及3P連接器,超過3P 的連接器比較少見,通用性太小而且開發成本高, —般連接器廠家很少開發。

1P連接器結構相對簡單,成本相對低。滿足高 壓系統的屏蔽、防水等要求,但裝配工序複雜,維修性差。一般可以應用在電池包甩線、電機甩線 等,也可以使用在高壓電器內部電路連接,如高壓 電池包內部等。

2P連接器結構複雜,成本相對高。滿足高壓系 統的屏蔽、防水等要求,維修性好。一般用于直流 電輸入輸出,如高壓電池包上、控制器端、充電機 直流電輸出端等。

4.2維修開關類型和應用

維修開關在高壓系統中必不可少,在高壓系統 需要檢查維修時,必須先斷開高壓電源,主要就是 通過斷開維修開關來實現斷開高壓總電源。

1) 帶熔斷絲開關(圖6)—般安裝在高壓電 池包上,並要布置在方便插拔的位置。特點:帶熔 斷絲,結構複雜,成本相對高,體積相對大,適用 于大電流的高壓系統上。

圖6 帶熔斷絲開關

不帶熔斷絲開關(圖7)結構簡單,成本 低,體積相對小,適用于布置空間緊張的位置。如 果維修開關內部不帶熔斷絲,高壓電氣系統中也應 該要有熔斷絲對電路進行保護。

圖7 不帶熔斷絲開關

4.3充電接口的類型和應用

兩種充電接口,一種爲車載充電機提供交流電 能的接口,另一種是爲電動汽車提供直流電能的接 口,適用于交流額定電壓爲220V和直流額定電壓不 超過750 V的電動汽 車傳導式充電接口。

1)直流快充充 電口(圖8)滿足國 標 GBT 20234.3—2011。

圖8 直流快充充電口

車輛插頭和車輛插座分別包含9對觸頭,其電 氣參數值及功能定義見表1。

車輛插頭和插座的觸頭布置方式如圖9和圖10 所示。

充電口和充電座滿足國標要求,直流快充系 統,電流電壓較大,整個充電口和充電座的要求更 高,體積比慢充充電口和充電座更大,成本較高。 國標規定:快充的額定直流電壓爲750V (DC),額定直流電流爲125 A和 250 A (DC)兩 種規格。

2)交流慢充充 電口(圖11)滿足 國標 GBT 20234.2— 2011。

車輛插頭和車 輛插座分別包含7對觸頭,其電氣參數值及功能定 義見表2。

車輛插頭和插座的觸頭布置方式如圖12和圖13 所示。

充電口和充電座滿足國標要求,慢充系統與快 充系統相比,工作電壓電流較小,整個充電口和充 電座要求比快充的低,體積相對較小,成本稍低。 國標規定,慢充額定交流電壓爲交流250 V和440 V(AC),慢充額定交流電流爲16A和32A (AC)。

五、屏蔽及EMC幹擾設計

高壓線束每個接口均采用屏蔽處理,前後電機 接口處爲屏蔽卡環與電氣盒導軌壓接,控制器及電 池箱插件采用有屏蔽功能的結構件。

EMC是新能源車型面臨的一大問題,電機、控 制器等高壓部件發出不同頻段的電磁波對整車音響 倒車影像及變速器傳感器等産生幹擾,目前國標沒 有詳細關于此方面的標准。有些主機廠采用在相關 高壓零件(包括設備和線束)均增加磁環(圖14), 整車EMC問題得到大大的改善。

圖14 磁環

5.1磁環材質

根據要抑制幹擾的頻率不同,選擇不同磁導率 的鐵氧體材料,鐵氧體材料的磁導率越高,低頻的阻抗越大,高頻的阻抗越小。

5.2磁環性能

[1]磁環的效果與電路阻抗有關電路的阻抗 越低,則磁環的濾波效果越好。鐵氧體材料的阻抗 越大,濾波效果也越好。電纜兩端安裝了電容式濾 波連接器時,其阻抗很低,磁環的效果更明顯。

[2]磁環的安裝位置 _般盡量靠近幹擾源。 對于高壓系統的高壓線,磁環盡量靠近電機、控制 器高壓線的進出口。

[3]磁環尺寸的確定磁環的內外徑差越大, 軸向越長,阻抗越大。內徑_定要包緊導線,因 此,要獲得大的衰減,在磁環內徑包緊導線的前提 下,盡量使用體積較大的磁環。

[4]電纜上磁環的個數增加電纜上磁環的個 數,可以增加低頻的阻抗,但高頻的阻抗會減小, 這是因爲寄生電容增加的緣故。

六、車底板高壓線束保護設計

高壓線束系統必須滿足整車總體布置及人機工 程的要求,對于布置在發動機艙及底盤部分的高壓 線束應特別注意線束的保護方式。布置在底盤部分 的高壓線束應充分考慮車輛涉水、刮底盤等情況, 在布置設計高壓線束的時候充分考慮防水、防泥沙 飛濺、防刮傷等因素,可以采用塑料線槽、金屬彎 管設計來保護高壓線束。線槽考慮可裝配性,分槽 蓋導槽將高壓線束扣合後固定在車底板上,金屬管 爲彎折機器加工成型,工藝相對繁瑣。本田思域爲 線槽結構,豐田普瑞斯爲金屬管結構。

七、高壓互鎖HVIL設計

高壓部件帶有高壓互鎖人性化安全設計,貫穿 整車所有高壓部件,拆卸前必須先斷開高壓互鎖結 構才可執行拆卸操作。由BMS、HCU執行控制反饋。

八、高壓線GROMMET方案設計

橡膠圈是固定在線束上的橡膠類部品,和車體 相應部分相配合,起密封、防水等效果,多用于線 束穿過車身钣金的地方。

高壓線橡膠件考慮強度問題,采用橡膠與塑料 組合件,對钣金固定匹配、抗拉伸強度都有保證。 高壓線束一般較粗,彎曲應力相對很大,高壓連接器體積較大,在橡膠圈設計上體積會大很多,同時固定強度要求也會很高,結構方面相對較複雜,材料選擇方面要求會更高。

九、高壓線束固定卡扣選型和包覆物

高壓線束由于強度大,選擇推拉式螺柱固定卡 扣,便于裝配維修。包覆物的作用主要有防磨、降噪、隔熱、美觀等,特性如表3所示。

十、總結

高壓線束線徑的合理選擇,固定保護的優化布 置,成本控制都成爲高壓線束設計的要務,新能源 汽車有著廣泛的市場前景。


PMCVD - plasma-enhanced modified chemical vopor deposition等離子體加強的改進型化學汽相沉積法 點贊(0) 投訴

f1012
P: 2019-08-24 14:50:49

2

頂一頂

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haiyang816
P: 2019-09-09 16:12:00

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這個必須得頂!!  好資料

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