高壓線束是高壓系統(tǒng)的核心部件之一，本文將介紹高壓線束設(shè)計基礎(chǔ)知識與方法，包括高壓互鎖、高壓線束設(shè)計與高壓連接器。以下為正文。
1 高壓互鎖
1.1高壓互鎖的定義
高壓互鎖（High Voltage Inter-lock， 簡稱HVIL），其實也是高壓互鎖回路（Hazardous Voltage InterlockLoop）的簡稱。高壓互鎖是指，用低壓信號監(jiān)視高壓回路完整性的一種安全設(shè)計方法。通過使用低壓信號來檢查電動汽車上所有與高壓線束相連的各組件，檢測各個高壓系統(tǒng)回路的電氣連接完整性（連續(xù)性）。理論上，低壓監(jiān)測回路比高壓先接通，后斷開，中間保持必要的提前量，時間長短可以根據(jù)項目具體情形確定，比如150ms，大體在這個量級。具體的高壓互鎖實現(xiàn)形式，不同項目可能有不同設(shè)計。在電動汽車高壓回路中，要求具備HVIL功能的電氣元件主要是高壓連接器，手動維修開關(guān)（MSD）等這類要求人力操作，實現(xiàn)電路接通還是斷開的電氣接口元件。高壓互鎖的目的是，用來確認整個高壓系統(tǒng)的完整性的，當高壓系統(tǒng)回路斷開或者完整性受到破壞的時候，就需要啟動安全措施了。高壓互鎖主要是用來保證高壓系統(tǒng)安全，主要有三個作用：一是，用來檢測高壓回路松動（會導(dǎo)致高壓斷電，整車失去動力，影響乘車安全）并在高壓斷電之前給整車控制器提供報警信息，預(yù)留整車系統(tǒng)采取應(yīng)對措施的時間。二是，在車輛上電行車之前發(fā)揮作用，檢測到電路不完整，則系統(tǒng)無法上電，避免因為虛接等問題造成事故；三是，防止人為誤操作引發(fā)的安全事故。在高壓系統(tǒng)工作過程中，如果沒有高壓互鎖設(shè)計存在，手動斷開高壓連接點，在斷開的瞬間，整個回路電壓加在斷點兩端，電壓擊穿空氣在兩個器件之間拉弧，時間雖短，但能量很高，可能對斷點周圍的人員和設(shè)備造成傷害。高壓互鎖設(shè)計有兩個方面的因素需要考慮，一個是低壓系統(tǒng)怎樣全面檢測到整個高壓系統(tǒng)每個連接位置的連接狀態(tài)；另一個問題是，怎樣實現(xiàn)低壓檢測回路的信息傳遞動作必須領(lǐng)先于高壓回路斷開的動作。因此高壓互鎖原理需要從這兩個方面出發(fā)，考慮整體電路設(shè)計原理和連接器自身設(shè)計原理。
高壓互鎖設(shè)計的實現(xiàn)，需要以下設(shè)備組成：高壓互鎖連接器及高低壓導(dǎo)線，閉合的低壓電源信號回路，高壓互鎖監(jiān)測回路及監(jiān)測模塊 （監(jiān)測模塊可以是電池管理系統(tǒng)BMS，或者整車控制器 VCU），監(jiān)測模塊根據(jù)高壓互鎖監(jiān)測結(jié)果控制的高壓繼電器。
具備高壓互鎖功能的高壓連接器，由殼體、高壓導(dǎo)電件、低壓信號導(dǎo)電件和監(jiān)測模塊及監(jiān)測線路組成。高壓互鎖連接器，一般實現(xiàn)方式是在對插的一對公端、母端上，分別固定著一對高壓接插件和一對低壓接插件。當高壓插件處于斷開狀態(tài)，低壓回路被切斷；高壓插件處于連接狀態(tài)，低壓回路也接通，形成完整回路。
2 高壓線束的設(shè)計
高壓線束是新能源車上最主要的能量傳輸載體，其主要作用是為車載高壓電器零部件傳輸動力能源。高壓線束設(shè)計主要涉及高壓線束的工作電壓、工作溫度以及溫升、線徑選擇、高壓連接器的選型以及高壓線束的防護。
2.1 高壓線束的選擇
由于新能源商用車所用電機額定功率都比較大，普遍在50~150 kW之間，在某些新能源重卡上，驅(qū)動電機額定功率可達200 kW以上。為了盡可能地減小在對高壓系統(tǒng)傳輸過程中的能量損失以及電流對電氣系統(tǒng)的沖擊，就得適當?shù)靥岣哒噭恿Σ糠蛛姎庀到y(tǒng)的工作電壓，新能源商用車的高壓零部件工作電壓一般在540~600 V DC，最高工作電壓可達750 V DC左右。根據(jù)電動汽車的電壓級別為B級，所以高壓線束的工作電壓一般選擇在1000 V DC或者1500 V DC。溫度包括工作環(huán)境溫度、工作溫升以及線束工作溫度。目前一般環(huán)境溫度在-40 ℃~+85 ℃，高壓線束表面長期允許最大工作溫度為125 ℃，對于某些特殊用途的高壓線束，其最大工作溫度可達150 ℃。高壓線束的允許工作溫升就是高壓線束在工作時達到熱平衡時的表面工作溫度和環(huán)境溫度的差值。高壓線束設(shè)計時，要求：高壓線束工作溫度≥環(huán)境溫度+高壓線束溫升，高壓線束使用時一般要求溫升不超過55 K。① 確定高壓線束所連接的電氣部件上負載特性，特性包括穩(wěn)態(tài)電流強度、電壓要求，瞬態(tài)條件和電流波形（平穩(wěn)、脈沖、頻率等）。②根據(jù)穩(wěn)態(tài)電流強度，確定高壓線束的截面積，在125℃下，常見銅芯電纜線徑截面積與載流量的匹配參見表1。
③如果高壓線束的布置環(huán)境超過了線束允許的工作環(huán)境，則必須選擇較大截面積的線束。對于Tmax為180 ℃時，線束截面積升一檔使用，Tmax為250 ℃時，線束截面積升兩檔使用。例如，當最大電流為150 A時，125 ℃情況下選用35 mm2的線束，180 ℃情況下選用50 mm2的線束，250 ℃情況下選用70 mm2的線束。高壓線束的彎曲半徑對于高壓線束的電阻影響很大。高壓線束被過分彎曲后，線束折彎部分的電阻變大，會造成線路壓降超大。對于線徑D小于等于15 mm的高壓線束，高壓線束的折彎半徑應(yīng)大于3D；當線徑D大于15 mm時，高壓線束的折彎半徑應(yīng)大于5D。
5）屏蔽及EMC干擾設(shè)計
高壓線束每個接口均采用屏蔽處理，前后電機接口處為屏蔽卡環(huán)與電氣盒導(dǎo)軌壓接，控制器及電池箱插件采用有屏蔽功能的結(jié)構(gòu)件。
電機、控制器等高壓部件發(fā)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產(chǎn)生干擾，目前國標沒有詳細關(guān)于此方面的標準。有些主機廠采用在相關(guān)高壓零件（包括設(shè)備和線束）均增加磁環(huán)， 整車EMC問題得到大大的改善。
2.2 高壓線束用連接器的選型
2） 連接器直接接觸防護滿足IPXXB的等級要求。3） 連接器的絕緣電阻不小于500 MΩ，1000 V DC。5） 連接器要帶有機械防呆功能，同時，不同型號規(guī)格在顏色上也能加以區(qū)分；以Amphenol PL系列連接器為例進行說明，如表2所示。
7） 連接器要帶有屏蔽環(huán)，滿足高壓屏蔽線的壓接要求。8） 連接器要具有二次鎖止功能，避免因使用過程中的誤操作或者顛簸導(dǎo)致高壓觸電風險。
2.3 高壓線束的制作
高壓線束的制作主要涉及高壓線束端子的壓接、屏蔽層處理、防護以及絕緣電阻的檢測。高壓線束端子的壓接水平影響著高壓線束的電阻率，接觸電阻以及絕緣性能。評價端子壓接程度的好壞從這幾方面：端子端面壓著狀態(tài)、端子承受最大拉拔力、端子壓著后接觸性能阻抗綜合評價。端子壓接不緊，端子承受最大拉拔力達不到要求，高壓導(dǎo)線容易從端子松脫，造成高壓安全事故；端子壓接過緊，端子承受最大拉拔力有所下降，端子端面壓著結(jié)構(gòu)緊湊，端子壓著后接觸性能阻抗增大，在大電流的作用下，容易在端子壓接處局部發(fā)熱生成高溫區(qū)，能量損耗嚴重，甚至發(fā)生火災(zāi)。因此通過從上述三方面檢測保證端子壓接到位，具體檢測設(shè)備見圖1。
端子剖面分析儀，用于分析端子壓著端面導(dǎo)線分布壓接情況。拉力測試機，用于測試驗證端子壓緊情況。電壓降測試儀，用于檢測端子壓著后接觸性能阻抗。由于新能源商用車上高壓零部件屬于大電流工作器件，其工作期間，會對車載低壓電器，尤其是控制器類部件，產(chǎn)生很強的電磁干擾，故高壓線束一般采用帶屏蔽層結(jié)構(gòu)。高壓線束在制作過程中，需要按照連接器的操作說明書，對高壓線上的屏蔽層進行處理，以避免因屏蔽層處理不當產(chǎn)生過量的電磁泄露，影響其他車載器件或者通訊設(shè)備的正常工作。高壓線束在壓接完成后，根據(jù)其在車輛上的布置位置以及使用工況，在其外表面要用橙色波紋管、編織物管或者紡織膠帶等外敷物進行包裹，以增加其耐磨性、隔熱性以及美觀性。常用的高壓線束外敷物及其特性見表3。
高壓線束是新能源商用車上的應(yīng)用最廣泛的高壓零部件，也是最容易出現(xiàn)絕緣故障的高壓零部件，因此，高壓線束的絕緣電阻測量是高壓線束制作過程中必須進行的監(jiān)控項。高壓線束的絕緣電阻要求一般不低于500 MΩ，1000 V DC。
3 高壓線束的布置
新能源汽車結(jié)構(gòu)緊湊，布置空間緊張，對于高壓線束的布置提出了更高的要求。1） 高、低壓線布置時，盡量分開布置，以提高車輛的電磁兼容性能。2） 高壓線束布置時的折彎半徑應(yīng)不小于其最小折彎半徑。3） 高壓線從連接器接口處出來后，在允許出現(xiàn)高于連接器中心水平面進行布置之前，必須先保證有一段高壓線處于連接器中心水平面之下，以保證雨水不會沿著高壓線束倒流進高壓零部件內(nèi)部，如圖2、圖3所示。
4） 高壓線束由于線徑較粗，折彎時需要的折彎力比較大，因此在進行高壓線束固定時，在折彎處的兩端要用固定卡箍等可以長期承受較大作用力的零件進行固定，如圖4中，在圖中標記的1、2兩處地方需要分別用圖5中所描述的卡夾進行固定。
5） 對于非受力部位的高壓線束進行固定時，可以用尼龍扎帶進行捆扎、固定。6） 高壓線束布置時，應(yīng)避開運動部件以及高溫部位。7） 高壓線束布置和固定時，應(yīng)避開劇烈震動區(qū)域，并根據(jù)線束布置部位的振動幅度、運動件的最大運動包絡(luò)，留有足夠的線長，避免讓線束承受拉力或者張力。8） 高壓線束要避免從尖銳物、金屬架邊緣、焊接縫、車身上的固定孔處走線，避免因裝配操作、振動摩擦使得高壓線束外敷物磨破，導(dǎo)致線束損傷而造成安全事故。
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