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新能源汽車高壓線束布置方案

2021-11-22 23:24:26·  來源：線束專家  
　
1.引言近年來隨著新能源汽車的日益發(fā)展，積極響應(yīng)國家節(jié)能減排，推廣使用新能源，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的號召。車生產(chǎn)廠分別推出了自己的新能源汽車產(chǎn)品，其中包括純電動
1.引言
近年來隨著新能源汽車的日益發(fā)展，積極響應(yīng)國家節(jié)能減排，推廣使用新能源，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的號召。車生產(chǎn)廠分別推出了自己的新能源汽車產(chǎn)品，其中包括純電動汽車、混合動力汽車。進而隨著技術(shù)的逐步完善，已趨于用電力取代了傳統(tǒng)的燃料作為汽車的動力來源。對于新能源車輛的設(shè)計及研究，存在著各種設(shè)計方面困擾和新的設(shè)計理念的誕生，整車線束作為車輛的信號傳輸、整車供電、車輛功能實現(xiàn)的主要連接及傳輸系統(tǒng)，在設(shè)計過程中同時也面臨著設(shè)計方案、布置走向、EMC 防護等設(shè)計方面的考驗。
2.線束設(shè)計方案
目前新能源車輛主要有純電動汽車和混合動力汽車兩種形式，針對于整車線束設(shè)計而言， 區(qū)別于傳統(tǒng)汽油車整車線束，有高壓線束和低壓線束，不同形式新能源車輛的線束設(shè)計采用了不同形式的設(shè)計方式和布置方案。
2.1 高壓線束設(shè)計方案
高壓線束在新能源車輛上主要提供高壓強電供電作用，因此對于線束的設(shè)計及布置尤為重要，主要遵循以下幾個方面的原則：
01線束走向設(shè)計、線徑設(shè)計：
高壓線束設(shè)計采用雙軌制，由于高壓已經(jīng)超出人體安全電壓，車身不可作為整車搭鐵點，因此高壓線束系統(tǒng)的設(shè)計上，直流高壓電回路必須嚴(yán)格執(zhí)行雙軌制。高壓線束可分為電機高壓線、電池高壓線、充電高壓線等。
02高壓連接器選型：
高壓連接器主要負(fù)責(zé)高壓高電流連接和傳輸，并負(fù)責(zé)高壓回路的人機安全。因此高壓線束連接器目前多采用耐高壓、防水等級高、環(huán)路互鎖、屏蔽層連接等功能。
03屏蔽設(shè)計：
采用屏蔽高壓線，屏蔽網(wǎng)包覆在高壓線內(nèi)部。，連接器連接時實現(xiàn)屏蔽層的連接?？紤]到電磁干擾的因素，整個高壓線束系統(tǒng)均由屏蔽層全部包覆。
2.2 低壓線束設(shè)計方案
(1）線束走向設(shè)計、線徑設(shè)計：
(2）低壓線束固定卡扣選型：
(3）屏蔽設(shè)計：
(4）低壓連接器選型：我司新能源車輛低壓線束設(shè)計方案延續(xù)傳統(tǒng)車設(shè)計平臺。低壓線束滿足傳統(tǒng)汽車功能的實現(xiàn)外，還負(fù)責(zé)強電控制單元模塊的功能實現(xiàn)。低壓線束設(shè)計與布置方案中考慮高壓線束對其產(chǎn)生的干擾防護。不同信號源采用不同的低壓屏蔽導(dǎo)線。
3.高低壓線束布置方案
1、高低壓線束布置區(qū)域劃分:
  • 發(fā)動機艙：整車線束布置的重點也是難點，它集中了 PDU、驅(qū)動電機、電動壓縮機等高壓連接線束。MCU、VCU、DC-DC以及各類傳感器等等低壓線束部分。
  • 駕駛室內(nèi)：基于傳統(tǒng)車布置結(jié)構(gòu)。
  • 行李艙：主要包括充電高壓線、動力電池控制系統(tǒng)、車載控系統(tǒng)等低壓線束單元。
2、高低壓線束布置結(jié)構(gòu)形式：
  • 分層布置：高壓線束與低壓線束分為上下層級關(guān)系。
  • 并列布置：走向相同但采用依附車身機構(gòu)并列布置。
3、低壓線束布置方案中屏蔽導(dǎo)線選擇：
  • 高頻信號：線束采用雙絞線、屏蔽層采用箔層屏蔽。
  • 低頻信號：線束采用雙絞線、屏蔽層采用編織層屏蔽。
屏蔽導(dǎo)線的接地形式：
  • 單點接地：低頻信號采用單點接地。
  • 多點接地：高頻信號采用多點接地。
3.1 分層式布線
為了避免高壓線束傳輸強電電流時產(chǎn)生電磁干擾，導(dǎo)致低壓線束對控 制單元供電及信號傳輸受到電磁干擾的風(fēng)險，因此我司純電動車輛采用了高壓線束與低壓線 束分層式設(shè)計，保證低壓線束在高壓線束底層 200-300mm 距離范圍內(nèi)。經(jīng)實車驗證。該設(shè)計方案有效避免了強電工作產(chǎn)生的干擾。布置形式如圖1：
a.高壓線束環(huán)狀接線時低壓線束環(huán)狀外布線
b.高壓與低壓線束分區(qū)布置
c.高壓與低壓線束集中部分全部采用屏蔽導(dǎo)線連接
d.高壓與低壓線束分層布置
圖1 高低壓分層式布線圖
3.2 并列式布線
并列式布線方案適用于混合動力車型，我司混合動力車采用該布線方 案，將高壓線束連接單元布線區(qū)域和發(fā)動機電噴線束布置區(qū)域并列。進而有效避免高壓線束 傳輸供電時產(chǎn)生的電磁干擾。如圖 2:
圖2 并列式布線圖
3.3 高低壓線束布置案例分析
  • 案例一：電機本體溫度傳感器信息誤報
---原因分析：高壓線形成環(huán)狀連接。溫度傳感器回路分支線束垂直通過高壓環(huán)狀區(qū)域。高壓產(chǎn)生電磁干擾導(dǎo)致傳感器信號失效。
---解決措施：更改分支走向形成分層結(jié)構(gòu)，并選取多芯編織網(wǎng)式屏蔽導(dǎo)線，通過驗證問題解決。
  • 案例二：電池包總正總負(fù)高壓線磨損
---原因分析：動力電池包布置位置所限，導(dǎo)致總正總負(fù)高壓線布置在車身底盤下，導(dǎo)致行車磨損。
---解決措施：采用彎管成型方案，將高壓線纜穿入金屬導(dǎo)管后壓接插件，在將導(dǎo)線通過彎管成型。
4.新能源車輛的 EMC 防護
新能源車輛不論是純電動車和混合動力車均采用動力電池作為能量來 源給整車供電，依靠高壓線束傳輸，這在整車 EMC 線束防護設(shè)計方面是個很復(fù)雜的課題。針對整車 EMC 產(chǎn)生的形式可以看出輻射傳導(dǎo)是整車線束 EMC 防護的重心。在開發(fā)設(shè)計初期 EMC 整車線束如何防護就要考慮進去 。
4.1 整車 EMC 防護的電源分配方案
整車范圍內(nèi)首先保證零部件的 EMC 符合標(biāo)準(zhǔn)要求，通過線束連接將各個控制單元連接在一起，在電源分配方面所采用的防護方式為供電回路與接地點回路在同一 接插件中采用圖 3方式進行孔位排列。

圖3 電源分配方案
4.2 整車 EMC 防護的線束設(shè)計方案
在線束材料選取方面為了可以有效的防止因為線束電流過大造成電磁 干擾問題，所以在線束材料選取上一般采用雙絞線，并將雙絞線回路布置到其他線束最外側(cè)，在高頻信號方面，可以采用屏蔽雙絞線。整車線束中的傳導(dǎo)發(fā)射 90%都與電源線相關(guān)，因此在線束評估及設(shè)計 時需要注重以下幾個方面：
01、開關(guān)電源部分處理，設(shè)計上考慮環(huán)路控制。
02、敏感信號采用屏蔽線纜傳輸，且屏蔽層做好 360 度搭接處理。
03、信號線纜遠離高壓網(wǎng)絡(luò)和強干擾源，且合理的與地做緊耦合布線。
04、做好濾波器“搭鐵”接地處理措施，減少引線電感。
05、線纜中保證足夠的信地比，且需要做合理的安排和配置。
對于以上問題，越早評估，后期風(fēng)險越小。
4.3 電源線傳導(dǎo)瞬態(tài)抗擾防護的設(shè)計分析
電源線傳導(dǎo)瞬態(tài)抗擾度在設(shè)計初期應(yīng)該同時考慮新能源車輛高壓、低 壓工作時浪涌、脈沖、靜電干擾的防護設(shè)計。
4.3.1 浪涌干擾設(shè)計防護
浪涌有持續(xù)時間較長，能量大的特點，與傳統(tǒng)的浪涌波形相像，圖 4 是幾種浪涌形式，需要慎重考慮。

圖4 浪涌干擾防護及電壓波形
4.3.2 脈沖干擾防護
各種開關(guān)繼電器及保險絲在開啟或者關(guān)閉的過程中，由于電弧產(chǎn)生的干擾脈沖，也需要進行線束設(shè)計初期考慮的防護。
圖5 脈沖干擾防護及電壓波形
4.3.3 靜電干擾設(shè)計的防護
靜電放電對于新能源車輛危害非常大，會引起嚴(yán)重的安全問題，各個零部件和整車都要保證足夠高的抗擾度。

圖6 靜電干擾設(shè)計電壓波形
通過以上數(shù)據(jù)的分析靜電抗擾設(shè)計的要點需要考慮一下方面：
1）敏感信號消抖處理
2）系統(tǒng)等電位設(shè)計
3）根據(jù)需求做絕緣隔離處理
4）敏感電路屏蔽處理
5）控制器 MCU、CPU、等供電電源優(yōu)化處理
6）合理的進行搭鐵接地
7）關(guān)鍵信號走線全路徑抗擾控制
8）敏感信號遠離板邊和 IO 接口
9）選擇合適的防護器件
5.總結(jié)
通過新能源線束設(shè)計開發(fā)前期的線束合理化設(shè)計與布置，以及對新能源車輛原理設(shè)計階段 EMC 防護的重點考慮，有效的避免了強電線束工作時產(chǎn)生的干擾，并通過搭載臺架、實車認(rèn)證，不斷優(yōu)化線束布置方案與 EMC 設(shè)計。目前所采用的線束布置形式，以及采用的各項EMC 防護方案與措施，在批產(chǎn)項目中得到充分的驗證和認(rèn)可。
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