一、高壓線束簡介

近年來隨著國家的大力支持和推進(jìn)，中國的新能源汽車的發(fā)展取得了長足進(jìn)步，各式各樣的新能源汽車已經(jīng)陸續(xù)走進(jìn)我們的日常生活。簡單來說新能源汽車主要是指采用非常規(guī)的車月燃料作為動力來源（或使用常規(guī)的車用燃料、采用新型車載動力裝置），綜合車輛的動力控制和驅(qū)動方面的先進(jìn)技術(shù)，形成的技術(shù)原理先進(jìn)、具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的汽車。主要包括純電動汽車、增程式電動汽車、混合動力汽車、燃料電池電動汽車、氫發(fā)動機(jī)汽車、其他新能源汽車等。

但不管新能源汽車的形式是如何的，他們共同的特點(diǎn)是使用高達(dá)300V~600V甚至更高的電壓平臺，涉及到布線，而且他們都有著相同的基本要求，即是在電磁干擾保護(hù)系統(tǒng)下的安全傳輸高的電流和電壓。而高壓電纜正是用于連接高電壓電池、逆變器、空調(diào)壓縮機(jī)、三相發(fā)電機(jī)和電動機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)動力電能的傳輸。但是需要說明的是電動汽車的高壓線束并不等同于我們?nèi)粘Ｉ钪械母邏弘娏斔碗娎|，僅是相對于常規(guī)汽車的低壓系統(tǒng)相對而言的。

二、電動汽車高壓線束的要求

1. 電壓

和常規(guī)汽車電纜的基本差異是結(jié)構(gòu)需要按額定電壓600 V設(shè)計(jì)，而如果在商用車和公共汽車上使用，額定電壓可高達(dá)1000 V。相比之下，甚至更高。目前由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的汽車使用的電纜被設(shè)計(jì)為額定電壓60 V。

系統(tǒng)在產(chǎn)生的功率(P = U×I)不變的情況下，由于使用較低的電流，高電壓可以減少在傳輸系統(tǒng)的功率損耗(PLOSS= I2×R)。

2. 電流

由于電纜連接電池，逆變器和電動機(jī)，高壓電纜需要傳輸高電流。根據(jù)系統(tǒng)組件的功率要求，電流可達(dá)到250A到450A。這么高的電流在常規(guī)驅(qū)動的車輛上是很難找到的。

3. 溫度

高電流傳輸?shù)慕Y(jié)果導(dǎo)致高功耗和組件的加熱。因此高壓電纜設(shè)計(jì)為承受較高的溫度。目前可以看出對溫度要求有進(jìn)一步增加的趨勢。

相比之下，目前的車輛通常使用電纜的額定溫度到105℃就足夠了，只要是電纜不是用在發(fā)動機(jī)艙或其它耐較高的溫度的區(qū)域。電動汽車高壓電纜通常要高于這個溫度，如125℃或150℃。

電動化汽車內(nèi)如果通過的路由不利，主機(jī)廠甚至?xí)岢龈叩哪透邷匾?。如排氣管附近，電機(jī)前面，電池背面等。

4. 工作壽命

汽車行業(yè)通常在指定的溫度等級電纜設(shè)計(jì)使用壽命為3000 h。在公認(rèn)的電纜標(biāo)準(zhǔn)(如ISO 6722、ISO 14572)，此值通常用于長期老化試驗(yàn)。在高壓應(yīng)用領(lǐng)域的客戶的特殊要求可能超過3000 h，在規(guī)定的溫度累計(jì)運(yùn)行時間甚至達(dá)到至12000 h。

5. 屏蔽效果

高壓電纜的本身并不需要屏蔽，因?yàn)椴幌裢S電纜那樣傳輸數(shù)據(jù)，但是需要防止或減少系統(tǒng)中的開關(guān)電源產(chǎn)生的高頻輻射通過電纜誘導(dǎo)到周邊部件。

和燃料驅(qū)動的車輛不同，控制電動汽車的電機(jī)的三相交流電成為必須。攜帶能量的正弦電壓相當(dāng)于不同頻率的方波脈沖信號。由于高頻率的脈沖具有陡峭的沿，所以會產(chǎn)生能量很強(qiáng)的諧波發(fā)射到周邊區(qū)域。

通過使用適當(dāng)?shù)钠帘畏椒ㄍ耆梢越鉀QEMI問題。在某些情況下為滿足屏蔽效果的不同要求需要采用不同屏蔽類型的組合。

6. 柔韌性

混合動力汽車的開發(fā)在許多情況下面臨的挑戰(zhàn)是，現(xiàn)有的系列平臺原來只設(shè)計(jì)裝載汽油發(fā)動機(jī)和它的組件的空間納入了更多的電氣組件。即使不考慮布線，空間的限制可以預(yù)計(jì)。此外，電纜和連接器通過路由也需要空間。通常的后果是導(dǎo)致緊張的彎曲半徑。

由于常規(guī)電纜固有的設(shè)計(jì)，高彎曲力難以克服。為了解決這個問題，高壓電纜高柔韌性是至關(guān)重要的。只有比較柔韌的設(shè)計(jì)，通過車輛的路由才可以容易實(shí)現(xiàn)。

7. 耐彎曲

如果電動機(jī)位于靠近車輛的運(yùn)動部位，然后導(dǎo)致連接的高壓電纜連續(xù)振動，它要求被設(shè)計(jì)成能承受高的循環(huán)彎曲，以確保良好的彎曲耐力。

8. 標(biāo)識

因?yàn)楦唠妷簬響?yīng)用風(fēng)險增加，各種標(biāo)準(zhǔn)均定義高壓電纜必須在視覺上與普通汽車電纜區(qū)分，指定表面必須是鮮艷的橙色。

同時也可以印刷警示內(nèi)容和特殊標(biāo)記，如“小心!高壓600V”、高電壓的閃電標(biāo)識等。

三、電動車電纜的標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀

針對上述的電動汽車應(yīng)用的高壓電纜的挑戰(zhàn)和要求，有必要建立新的電纜標(biāo)準(zhǔn)，以滿足供應(yīng)商、線束廠以及主機(jī)廠的需要。

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織道路車輛技術(shù)委員會電氣電子分技術(shù)委員會車用電纜工作組(ISO/TC 22/SC 3/WG4)在開展這項(xiàng)工作。

在ISO 6722上可以看到，基于常見的600 V電纜標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂，以符合600V電纜的需求。因?yàn)樗拇蠖嘁筮€是很通用的，但往往不考慮高壓電纜所需的特殊設(shè)計(jì)。ISO 14572 也作了類似的修訂。

目前電壓高于600V高壓電纜的標(biāo)準(zhǔn)化是各工作組的一個課題。標(biāo)準(zhǔn)號是ISO 17195。

SAE將調(diào)整目前的高壓(額定600 V)規(guī)范SAE J1654 對高壓電纜的要求，并涵蓋從600 到1000 V的額定電壓，新創(chuàng)建尚未發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)SAE J2840將定義為屏蔽類型的電纜。

LV是德國的五大汽車公司的共同采購規(guī)范，目前推出了額定電壓600 V的電動汽車高壓電纜標(biāo)準(zhǔn)LV 216。其涵蓋單芯和多芯的屏蔽電纜。

我國的高壓屏蔽電纜的國家汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)正在制定中，其額定電壓將達(dá)到1000 V。

四、電動汽車高壓電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品和非常具體的要求是很難界定的。本文的宗旨是解決基本的設(shè)計(jì)思路，通過應(yīng)用先進(jìn)的高壓電纜結(jié)構(gòu)原理克服上文所述的挑戰(zhàn)。

1. 導(dǎo)體設(shè)計(jì)

高壓電纜的柔韌性，大多是由導(dǎo)體的設(shè)計(jì)所決定。這就是為什么高壓電纜使用具有大量非常小的直徑的單絲的特殊導(dǎo)體。一定數(shù)量的單絲先進(jìn)行束絞，然后再同心的復(fù)絞，形成高壓電纜需要的軟導(dǎo)體。

多的根數(shù)另外一個好處是更好的耐彎曲。絞線節(jié)距縮短，還可以提高高壓電纜的彎曲壽命。

2. 絕緣材料

絕緣材料的選擇主要是考慮耐熱要求和機(jī)械強(qiáng)度。相比標(biāo)準(zhǔn)的電池電纜，可以合理選擇比較軟的材料，使特殊設(shè)計(jì)的絞合導(dǎo)體保持柔韌性。

3. 成纜

電纜當(dāng)多芯時通常需要將線芯絞合起來。為了彌補(bǔ)絞合高壓電纜線芯造成的變形，需要采用所謂退扭的專用設(shè)備。這個過程中，專用的絞線機(jī)配備的放線盤相對絞合方向反向旋轉(zhuǎn)。這為防止電纜的變形張力很有必要。

根據(jù)電纜的結(jié)構(gòu)，通常使用填充，以保證屏蔽電纜較高的同心度，最終取得一個令人滿意的高壓電纜。在絞合纜芯使用包帶可以保持電纜的柔韌性。

4. 屏蔽­

由于EMC(電磁兼容性)的要求，使用多根銅絲組成編織屏蔽。鍍錫銅絲可以使其抵抗環(huán)境影響如氧化等變得更加強(qiáng)大。用細(xì)的銅絲可以保持設(shè)計(jì)的柔韌性

屏蔽需要有一個90%以上的覆蓋率克服前面介紹的EMI問題。

屏蔽效果的不同需要，編織屏蔽可以結(jié)合其他各種屏蔽，如鋁塑符合薄膜。屏蔽外可以繞包一層無紡布，以確保在裝配過程中輕松的剝下護(hù)套。

5. 護(hù)套

和線芯的絕緣一樣，護(hù)套材料根據(jù)熱和機(jī)械性的要求選擇。由于直接接觸，像耐液體和耐磨等的環(huán)境屬性對護(hù)套也尤其重要。這些特性主要取決于所選護(hù)套材料類型，而在一定程度也受護(hù)套結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響。

如果特殊要求，如克服安裝車輛環(huán)境的磨損，要求增加耐磨性，這在選擇材料時就需要考慮。通常使用測試設(shè)備模擬現(xiàn)實(shí)情況用于驗(yàn)證這些特性。

選擇比較軟的材料，受益的是柔韌性，而這可能會導(dǎo)致高壓電纜較低的耐磨。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范中規(guī)定，擠出外套應(yīng)是一個鮮艷的的橙色，根據(jù)規(guī)定也可以添加特殊的警示高壓的標(biāo)記。

五、總結(jié)

高壓線束作為電動汽車上動力輸出的主要載體，是整車性能和安全的關(guān)鍵零部件之一。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、連接器、組件供應(yīng)商等各個環(huán)節(jié)的角度出發(fā)，在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)還不太規(guī)范的情況下，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)。這樣，才能進(jìn)一步提高電動汽車的安全性，同時也利于高壓線束降低設(shè)計(jì)和制造成本，為推廣電動汽車的發(fā)展作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。