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一、高電壓
新能源汽車普遍工作在B級(jí)電壓范圍,因此要求高壓線束也需要滿足60V-1500V的工作電壓范圍要求,目前普遍的導(dǎo)線電壓要求根據(jù)GB/T 184384.3中對(duì)B級(jí)電壓的規(guī)定為AC30V-1000V,或DC60V-1500V。
二、大電流
新能源汽車高壓線束作為主要的能源傳輸通道,需要承受較大的電流,直流母線額定工作電流都能夠達(dá)到300A以上。
三、密封性
由于高壓線束高電壓大電流的特性,對(duì)線束的密封性也有很高的要求,一般都會(huì)要求進(jìn)行防水防塵試驗(yàn)和氣密測(cè)試,如果密封不好,導(dǎo)致潮濕或進(jìn)水,會(huì)造成導(dǎo)線和連接部位的極速老化或損壞。如果在接插件部位的密封性能差,還能夠?qū)е陆^緣電阻降低,整車報(bào)絕緣故障。
四、耐熱性
由于高壓線束長(zhǎng)時(shí)間通過大電流,因?yàn)楣β屎艽?,由焦耳效?yīng)產(chǎn)生很大的熱量,因此高壓線束的導(dǎo)線耐溫等級(jí)一般都達(dá)到125℃(150℃),端子耐溫一般都達(dá)到140℃。
五、EMC性能
EMC(Electro Magnetic Compatibility,電磁兼容性)是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運(yùn)行并不對(duì)其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無(wú)法忍受的電磁干擾的能力。簡(jiǎn)單來說,EMC包括了EMI(Electro Magnetic Interference,電磁干擾)和EMS(Electro Magnetic Susceptibility,電磁敏感性)。EMI是指設(shè)備在正常運(yùn)行過程中對(duì)所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾;EMS是指器具對(duì)所在環(huán)境中存在的電磁干擾所具有的一定程度的抗擾度。EMI是主動(dòng)性的,即對(duì)外界產(chǎn)生的干擾,EMS是被動(dòng)性的,即抵抗外界的干擾。所以對(duì)設(shè)備的EMC要求便是:減少對(duì)別人的干擾,同時(shí)自身能抵抗相當(dāng)程度的外界干擾。
零部件電磁兼容性是整車電磁兼容性的基礎(chǔ)和前提,用于新能源車上的零部件不僅應(yīng)滿足零部件電磁兼容性要求,同時(shí)在整車電磁兼容性出現(xiàn)問題時(shí),零部件供應(yīng)商也有義務(wù)支持并進(jìn)行相關(guān)整改。理論與實(shí)踐證明,任何電磁騷擾的發(fā)生必須具備3個(gè)條件:騷擾源、傳播騷擾的途徑和敏感設(shè)備。作為新能源汽車的零部件應(yīng)該從兩個(gè)方面盡可能地優(yōu)化:一是盡量降低騷擾的強(qiáng)度;二是盡可能地提高抗騷擾的能力。
整車范圍內(nèi)首先保證零部件的EMC符合標(biāo)準(zhǔn)要求,通過線束將各個(gè)控制單元聯(lián)系在一起。新能源汽車整車級(jí)屏蔽設(shè)計(jì)的重點(diǎn)應(yīng)是高壓系統(tǒng)的布局、屏蔽設(shè)計(jì)以及CAN通信網(wǎng)絡(luò)的抗干擾處理。首先盡量要求高壓線束沿著車身布置,優(yōu)化整車電磁輻射的環(huán)路,同時(shí)利用車身形成封閉的屏蔽艙。同時(shí)屏蔽高壓電纜和連接器也是一種減少不必要的電磁干擾經(jīng)濟(jì)有效的方法,通過一系列標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)顯示了屏蔽電纜和連接器能夠有效減少在100kHz到200MHz頻率范圍內(nèi)的不必要的干擾。目前國(guó)內(nèi)車型全部采用屏蔽高壓線,日系車也有應(yīng)用屏蔽網(wǎng)包覆在高壓線外側(cè),插件處處理實(shí)現(xiàn)屏蔽連接。為了避免高壓線束傳輸強(qiáng)電電流時(shí)產(chǎn)生電磁干擾,導(dǎo)致低壓線束對(duì)控制單元供電及信號(hào)傳輸受到電磁干擾的風(fēng)險(xiǎn),一般采用高壓線束與低壓線束分層設(shè)計(jì),距離保證在200-300mm內(nèi)。
六、耐久性
新能源汽車上的電源和各種電氣零件通過線束來實(shí)現(xiàn)電路物理連接,線束分布遍布全車。如果把動(dòng)力系統(tǒng)比作汽車心臟的話,那么線束就是汽車的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)它負(fù)責(zé)整車各個(gè)電器零件之間的信息傳遞工作。隨著人們對(duì)舒適性、經(jīng)濟(jì)性、安全性要求的不斷提高,汽車上的電子產(chǎn)品種類也在不斷增加,汽車線束越來越復(fù)雜線束的故障率也相應(yīng)增加。這就要求提高線束的可靠性和耐久性等性能。端子和連接器是決定系統(tǒng)可靠性的重要內(nèi)容,也是整個(gè)線束的重要組成部分。由于部分端子和連接器的工作環(huán)境惡劣,端子和連接件中容易發(fā)生各種各樣的故障,如腐蝕、老化以及在振動(dòng)的作用下松動(dòng)等問題。由于端子和連接器的損毀、松動(dòng)、脫落、失效所導(dǎo)致的電氣線路故障占整個(gè)電氣系統(tǒng)的故障的50%以上,所以整車電氣系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)中應(yīng)充分重視端子和連接器的可靠性設(shè)計(jì)。為提高端子和連接器設(shè)計(jì)的可靠性,首先應(yīng)分析其故障模式,以便做好相應(yīng)的預(yù)防工作。端子和連接器通常有接觸不良、絕緣不良和固定脫落這三種主要的故障模式,其中,針對(duì)接觸不良,可采用檢測(cè)靜態(tài)接觸電阻、動(dòng)態(tài)接觸電阻、單孔分離力、連接點(diǎn)和元器件的耐振性等指標(biāo)來加以判斷;對(duì)于絕緣不良,可檢測(cè)絕緣體絕緣電阻、絕緣體時(shí)間退化速度、絕緣體、接觸件等零件尺寸等指標(biāo)來加以判斷;對(duì)于固定脫落類的可靠性,可檢測(cè)端子和連接器的裝配公差、耐力矩、連接針保持力、連接針插入力、環(huán)境應(yīng)力狀況下保持力等指標(biāo)來加以判斷。分析了端子和連接器的主要故障模式和失效形式之后,可采取以下措施來提高端子和連接器設(shè)計(jì)的可靠性:
a)選擇合適的接插件。接插件的選擇不僅要考慮連接電路的類型和數(shù)量,還要有利于設(shè)備的組成。如圓形連接器受氣候和機(jī)械因素的影響比矩形連接器小,并且機(jī)械磨損較小,與導(dǎo)線或電纜的端接可靠,所以盡可能地選擇圓形連接器。
b)連接器中接觸件數(shù)量越多,系統(tǒng)的可靠性越低,所以在空間、重量允許的情況下,盡量選擇接觸件數(shù)量較少的連接器。
c)選用連接器時(shí),應(yīng)考慮設(shè)備的工作條件。這是因?yàn)檫B接器的總負(fù)載電流和極大工作電流往往是根據(jù)在周圍環(huán)境的極高溫度條件下工作時(shí)所允許的熱量來確定的。同時(shí),為降低連接器的工作溫度,應(yīng)充分考慮連接器的散熱條件,如可使用距連接器中心較遠(yuǎn)的接觸件來連接電源,這樣便更利于散熱。
d)當(dāng)插件在有腐蝕性氣、液體環(huán)境中工作時(shí),為防腐蝕,在安裝時(shí)應(yīng)注意盡可能從側(cè)面水平安裝,當(dāng)條件需要而垂直安裝時(shí),應(yīng)防止水順著引線流入接插件,一般使用防水插接件。
e)端子拉脫力、屏蔽環(huán)拉脫力需要滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。
f)在高壓線束的設(shè)計(jì)過程中,需要考慮線束布置的彎曲半徑,不合適的彎曲半徑會(huì)造成線纜對(duì)于端子和和屏蔽環(huán)長(zhǎng)時(shí)間的拉扯,容易產(chǎn)生拉脫的風(fēng)險(xiǎn)。另外,車輛上線束的工作環(huán)境是十分惡劣的,腐蝕性氣、液體的存在,潮濕、高溫、振動(dòng)以及與其他部件的摩擦和碰撞,容易出現(xiàn)絕緣體磨損、接頭松動(dòng)、導(dǎo)線腐蝕等現(xiàn)象,進(jìn)而導(dǎo)致斷路、短路。所以要想讓線束能夠安全可靠的工作,應(yīng)做好線路的保護(hù)設(shè)計(jì),也即是要做好線束的包扎和固定。
整車線束都應(yīng)有防腐、防潮的保護(hù)措施,并防止車輛振動(dòng)對(duì)其造成不利影響;線孔處必須做好保護(hù),如翻邊設(shè)計(jì),以防線束穿過時(shí)對(duì)線束摩擦而造成絕緣層破損。為了提高保護(hù)設(shè)計(jì)可靠性,在裝配前對(duì)包扎材料應(yīng)進(jìn)行環(huán)境篩選試驗(yàn),避免不合格的產(chǎn)品進(jìn)入下一環(huán)節(jié);還應(yīng)在設(shè)計(jì)選型時(shí)針對(duì)不同部位的環(huán)境應(yīng)力,對(duì)不同包裝材料進(jìn)行加速壽命試驗(yàn),以選出綜合性能更好的一種。
七、安全性
高壓線束電壓定義:DC:60V<U<1500V;AC:30V<U<1000V;根據(jù)高壓系統(tǒng)部件的載流量計(jì)算電流可高達(dá)250A;一般情況下人人體安全電壓為36V,允許通過的電流為36mA這大大高出了人體所能接受的安全電壓、電流,所以高壓線束的安全性十分重要。
高壓線束的安全性設(shè)計(jì)主要在于絕緣,耐壓保護(hù)、過載、接插件的IP等級(jí)防護(hù)要求等。
絕緣:指使用不導(dǎo)電的物質(zhì)將帶電體隔離或包裹起來,以對(duì)觸電起保護(hù)作用的一種安全措施;有強(qiáng)電作用下,絕緣物質(zhì)可能被擊穿而喪失其絕緣性能。因此,電氣線路與設(shè)備的絕緣選擇必須與電壓等級(jí)相配合,而且須與使用環(huán)境及運(yùn)行條件相適應(yīng),以保證絕緣的安全作用。高壓線束一般都是采用雙重絕緣,耐壓:把一個(gè)高于正常工作的電壓加在被測(cè)設(shè)備的絕緣體上,并持續(xù)一段規(guī)定的時(shí)間,如果其間的絕緣性足夠好,加在上面的電壓就只會(huì)產(chǎn)生很小的漏電流。如果一個(gè)被測(cè)設(shè)備絕緣體在規(guī)定的時(shí)間內(nèi),其漏電電流保持在規(guī)定的范圍內(nèi),就可以確定這個(gè)被測(cè)設(shè)備可以在正常的運(yùn)行條件下安全運(yùn)行。
過載:電氣線路中允許連續(xù)通過而不至于使電線過熱的電流量,稱為安全載流量或安全電流。如導(dǎo)線流過的電流超過了安全載流量,就叫導(dǎo)線過載。過載時(shí),溫度超過該溫度,會(huì)使絕緣迅速老化甚至于線路燃燒。
發(fā)生過載的主要原因有導(dǎo)線截面選擇不當(dāng),實(shí)際負(fù)載已超過了導(dǎo)線的安全電流;還有端子的載流量不夠已超過了其承載的極大電流。
接插件的IP等級(jí)防護(hù)要求:高壓接插件連同線束連接HEV/EV的動(dòng)力總成系統(tǒng),不僅是車輛驅(qū)動(dòng)的關(guān)鍵能源輸送線,影響車輛功能及性能,同時(shí),也是一個(gè)影響安全性能的關(guān)鍵因素,會(huì)引起車輛拋錨、著火,甚至?xí)a(chǎn)生電擊,從而車輛使用者的生命安全。IP防護(hù)設(shè)計(jì)。試驗(yàn)證明,裸露于潮濕空氣的高壓端子會(huì)更容易腐蝕,也更危險(xiǎn),因此在可能的情況下,所有的高壓插件的防護(hù)等級(jí)要求在IP67以上,當(dāng)然,位于底盤或前艙等更惡劣的情況下必須更高。
防觸指功能設(shè)計(jì):整車的高壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)需保證在單點(diǎn)失效的情況不影響操作人員的安全,即便裸露的插件,也要保證人員徒手操作不造成危害,因此,護(hù)套與端子的設(shè)計(jì)使得人手指無(wú)法直接接觸到端子。
八、高壓連接器特點(diǎn)
高壓連接器作為高壓線束的關(guān)鍵核心部件,其特點(diǎn)與高壓線束大部分一致,其中以下特點(diǎn)較為突出:
耐壓性:滿足爬電距離和電器間隙要求,滿足750V額定電壓要求;
安全性:具有高壓互鎖功能,未對(duì)配插件滿足IPXXB要求,對(duì)配狀態(tài)插件滿足IPXXD防護(hù)要求。電氣間隙和爬電距離,滿足污染等級(jí)3的設(shè)計(jì)要求。
九、高壓導(dǎo)線特點(diǎn)
車用高壓導(dǎo)線極大的特點(diǎn)是耐高電壓,目前市場(chǎng)應(yīng)用高壓導(dǎo)線處于600V交流/1000V直流耐高壓水準(zhǔn),隨著續(xù)航里程提升而需要更大功率輸出,將需要更高耐壓等級(jí)的高壓導(dǎo)線,耐壓等級(jí)將達(dá)到以及高于1000V交流/1500V直流的水準(zhǔn)。另外,對(duì)于高壓大電流模塊用到的高壓導(dǎo)線,因?yàn)楦吖β?、車?nèi)空間和布線設(shè)計(jì)的要求,高壓導(dǎo)線具有耐大電流、耐高溫、阻燃、高柔性和EMC抗屏蔽性能等特點(diǎn),從而滿足新能源汽車市場(chǎng)應(yīng)用。
十、充電口特點(diǎn)
充電口相對(duì)于其他高壓連接器,它的接觸端子插拔后易損,導(dǎo)致接觸區(qū)域阻抗變大,發(fā)熱,燒蝕等,因?yàn)橐徊糠譃槭彝馐褂?,污染等?jí)為3級(jí),實(shí)際情況還要高于這個(gè)污染等級(jí),特別是充電樁端的產(chǎn)品,基本無(wú)防護(hù),故塑膠材料選材需考慮高溫和耐油等特性,防護(hù)等級(jí)必須滿足插合前IP54,插合后IP55,而實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景還要高于這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。
從標(biāo)準(zhǔn)來看,充電口需要滿足GB/T20234.1的要求,快充接口和慢充接口分別還需要滿足GB/T20234.2和GB/T20234.3的要求。充電口需要同時(shí)滿足互操作性標(biāo)準(zhǔn)GBT34657.2-2015要求。
目前的充電口普遍存在的待解決的問題包括:交流63A發(fā)熱、燒蝕暫時(shí)沒有比較好的解決辦法,充電槍卡鉤強(qiáng)度無(wú)參考標(biāo)準(zhǔn),實(shí)際使用中容易發(fā)生斷裂等。
其他注意點(diǎn)說明
線路設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的合理性:
通常汽車上根據(jù)用電器在車身上的實(shí)際布置位置來確定電線束的各部分的長(zhǎng)度,并且所有由線束經(jīng)過的地方都有固定的扎帶或孔位來將線束固定。所以線束可靠性受線束總成上各分支的尺寸的影響也較大。線束如果過長(zhǎng),不僅浪費(fèi)了空間和材料,也容易導(dǎo)致在車輛行駛過程中因與其它部件的接觸而產(chǎn)生摩擦,加速了線束的磨損,進(jìn)而引起短路等問題。因此,線束的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度一定要比實(shí)際長(zhǎng)度稍有富余,一般適宜的松弛度量根據(jù)不同環(huán)境為0.05-5%。
高壓線束的柔軟性:
高壓線束基本使用大平方所以對(duì)電纜的極小折彎半徑也有一定的要求通常為電纜外徑的5D;高壓線束顏色要求:為了起到警示作用高壓線束必須使用橙色;也可附帶高壓警示標(biāo)識(shí)