【汽车线束】高压线束设计基础要点解析（上）

本文主要谈谈高压 线束设计 基础要点。我们都知道新能源汽车高压线束是高压电气系统的关键组件， 为新能源汽车的可靠运行和安全提供了保障。

【资料图】

它承载着电动、 混动汽车内部及外部线束连接， 通过配电盒进行电源分配， 高效优质地传输电能， 屏蔽外界信号干扰等功能， 是新能源汽车高压系统的神经网络， 连接所有的高压电子零部件， 传递电力与数据， 对新能源汽车极为重要。

1.高电压

新能源汽车普遍工作在B级电压范围，因此要求高压线束也需要满足60V-1500V的工作电压范围要求，目前普遍的导线电压要求根据 GB/T 184384.3中对B级电压的规定为AC30V-1000VRMS ，或DC60V-1500V。

2.大电流

新能源汽车高压线束作为主要的能源传输通道，需要承受较大的电流，直流母线额定工作电流都能够达到 200A以上。

3.密封性

由于高压线束高电压大电流的特性，对线束的密封性也有很高的要求，一般都会要求进行防水防尘试验和气密测试， 如果密封不好， 导致潮湿或进水， 会造成导线和连接部位的极速老化或损坏。 如果在接插件部位的密封性能差，还能够导致绝缘电阻降低，整车报绝缘故障。

4.耐热性

由于高压线束长时间通过大电流，因为功率很大，由焦耳效应产生很大的热量，因此高压线束的导线耐温等级一般都达到 125℃（150℃），端子耐温一般都达到 140℃。

5.EMC性能

EMC（Electro Magnetic Compatibility ，电磁兼容性）是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。简单来说， EMC包括了EMI（Electro Magnetic Interference ，电磁干扰）和 EMS（Electro Magnetic Susceptibility ，电磁敏感性）。

EMI 是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的 电磁干扰 ； EMS 是指器具对所在环境中存在的电磁干扰所具有的一定程度的 抗扰度 。

EMI是主动性的，即对外界产生的干扰，EMS是被动性的，即抵抗外界的干扰。所以对设备的 EMC要求就是：减少对别人的干扰，同时自身能抵抗相当程度的外界干扰。

零部件电磁兼容性是整车电磁兼容性的基础和前提， 用于新能源车上的零部件不仅应满足零部件电磁兼容性要求， 同时在整车电磁兼容性出现问题时， 零部件供应商也有义务支持并进行相关整改。

理论与实践证明， 任何电磁骚扰的发生必须具备 3 个条件: 骚扰源 、 传播骚扰的途径 和 敏感设备 。作为新能源汽车的零部件应该从两个方面尽可能地优化 : 一是尽量降低骚扰的强度；二是尽可能地提高抗骚扰的能力。

整车范围内首先保证零部件的 EMC符合标准要求，通过线束将各个控制单元联系在一起。新能源汽车整车级屏蔽设计的重点应是高压系统的布局、 屏蔽设计以及 CAN通信网络的抗干扰处理。

首先尽量要求高压线束沿着车身布置， 优化整车电磁辐射的环路， 同时利用车身形成封闭的屏蔽舱。同时屏蔽高压电缆和连接器也是一种减少不必要的电磁干扰经济有效的方法， 通过一系列标准的实验显示了屏蔽电缆和连接器能够有效减少在 100 kHz到 200 MHz频率范围内的不必要的干扰。

目前国内车型全部采用屏蔽高压线， 日系车也有应用屏蔽网包覆在高压线外侧，插件处处理实现屏蔽连接。为了避免高压线束传输强电电流时产生电磁干扰，导致低压线束对控制单元供电及信号传输受到电磁干扰的风险， 一般采用高压线束与低压线束分层设计，距离保证在 200-300mm内。

下列是常见几种电缆对EMC方案介绍。

方案 1 ：使用编织屏蔽电缆

方案 2 ：电缆外套编织网

方案 3 ：电缆外套铝管

方案 4 ：铝管、编织网分段组合

实验结果表明：铝管和编织网分段组合在 0-1GHZ频率范围内的的屏蔽效果最佳。

6.耐久性

新能源汽车上的电源和各种电气零件通过线束来实现电路物理连接， 线束分布遍布全车。如果把动力系统比作汽车心脏的话， 那么线束就是汽车的神经网络系统它负责整车各个电器零件之间的信息传递工作。

随着人们对舒适性、经济性、安全性要求的不断提高， 汽车上的电子产品种类也在不断增加， 汽车线束越来越复杂线束的故障率也相应增加。这就要求提高线束的可靠性和耐久性等性能。

端子和连接器是决定系统可靠性的重要内容， 也是整个线束的重要组成部分。

由于部分端子和连接器的工作环境恶劣， 端子和连接件中容易发生各种各样的故障，如腐蚀、老化以及在振动的作用下松动等问题。

由于端子和连接器的毁、松动、脱落、失效所导致的电气线路故障占整个电气系统的故障的 50%以上，所以整车电气系统可靠性设计中应充分重视端子和连接器的可靠性设计。

为提高端子和连接器设计的可靠性， 首先 应分析其故障模式，以便做好相应的预防工作。 端子和连接器通常有接触不良、 绝缘不良和固定脱落这三种主要的故障模式。

其中 ，针对接触不良，可采用检测静态接触电阻、动态接触电阻、单孔分离力、连接点和元器件的耐振性等指标来加以判断；对于绝缘不良， 可检测绝缘体绝缘电阻、绝缘体时间退化速度、绝缘体、接触件等零件尺寸等指标来加以判断；对于固定脱落类的可靠性， 可检测端子和连接器的装配公差、 耐力矩、连接针保持力、连接针插入力、 环境应力状况下保持力等指标来加以判断。

分析了端子和连接器的主要故障模式和失效形式之后， 可采取以下措施来提高端子和连接器设计的可靠性：

a) 选择合适的接插件 。接插件的选择不仅要考虑连接电路的类型和数量，还要有利于设备的组成。如圆形连接器受气候和机械因素的影响比矩形连接器小，并且机械磨损较小，与导线或电缆的端接可靠，所以尽可能地选择圆形连接器。

b) 连接器中接触件数量 越多 ，系统的可靠性越低，所以在空间、重量允许的情况下，尽量选择接触件数量较少的连接器。

c) 选用连接器 时 ，应考虑设备的工作条件。这是因为连接器的总负载电流和最大工作电流往往是根据在周围环境的最高温度条件下工作时所允许的热量来确定的。同时，为降低连接器的工作温度，应充分考虑连接器的散热条件，如可使用距连接器中心较远的接触件来连接电源，这样就更利于散热。

d) 当插件在有腐蚀性气、液体环境中工作时，为 防腐蚀 ，在安装时应注意尽可能从侧面水平安装， 当条件需要而垂直安装时， 应防止水顺着引线流入接插件，一般使用防水插接件。

e) 端子拉脱力、屏蔽环拉脱力需要 满足标准要求 。

f) 在 高压线束的设计过程 中，需要考虑线束布置的弯曲半径，不合适的弯曲半径会造成线缆对于端子和和屏蔽环长时间的拉扯，容易产生拉脱的风险。

另外，车辆上线束的工作环境是十分恶劣的， 腐蚀性气、液体的存在，潮湿、高温、振动以及与其他部件的摩擦和碰撞，容易出现绝缘体磨损、接头松动、导线腐蚀等现象，进而导致断路、短路。所以要想让线束能够安全可靠的工作，就应做好线路的保护设计，也即是要做好线束的包扎和固定。

整车线束都应有防腐、防潮的保护措施，并防止车辆振动对其造成不利影响； 线孔处必须做好保护， 如翻边设计， 以防线束穿过时对线束摩擦而造成绝缘层破损。

为了提高保护设计可靠性， 在装配前对包扎材料应进行环境筛选试验， 避免不合格的产品进入下一环节； 还应在设计选型时针对不同部位的环境应力， 对不同包装材料进行加速寿命试验，以选出综合性能最好的一种。

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