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新能源汽车线束是用于应用于新能源PDU外部中低流线束的使用。本系列产品均为高度客制化产品,可依客户需求进行细部设计。
在新能源汽车中,不论是混合动力车型,还是纯电动车型,高压系统作为核心部分之一,其重要性不言而喻。而新能源汽车线束作为将高压系统中各部件相互关联起来媒介,也是功不可没。
受高压系统工作环境以及安全性的影响,新能源汽车线束必须提高自身能力,比如以下对性能的要求。
耐压性能:
乘用车一般使用额定电压600VAC/900VDC、商用车一般使用额定电压1000VAC/1500VDC。
耐电流性能:
根据高压系统部件的电流量,常用在250A,部分大功率电机可用到400A。
耐温性能:
耐高温等级分为125℃、150℃、200℃不等, 高温常规选择耐高温150℃导线;低温常规选择耐低温-40℃导线。
屏蔽性能:
屏蔽高压线可减少电磁干扰(EMI)、无线电干扰(RFI)对整车系统的影响。整条新能源汽车线束回路均实现屏蔽连接,电机、控制器及电池等接口新能源汽车线束屏蔽层,通过插件等压接结构连接到电池电机控制器壳体,再与车身搭铁连接。
除了以上基本性能外,关于新能源汽车线束我们还要知道哪些呢?
首先我们要知道,在新能源车辆中(纯电动为例)新能源汽车线束可分为5大部分
1.动力电池高压电缆:即连接动力电池到高压盒之间的线束
2.电机控制器电缆:即连接高压盒到电机控制器之间的线束
3.快充线束:即连接快充口到高压盒之间的线束
4.慢充线束:即连接慢充口到车载充电机之间的线束
5.高压附件线束(新能源汽车线束总成):即连接高压盒到DC/DC、车载充电机、空调压缩机、空调PTC之间的线束。
注:以下内容均已Audi e-tron(2019款)为例
在整个高压系统线束中,除了新能源汽车线束外,还有一种线束叫做安全线。
该线束是12V环形线,穿过各高压部件。如果某处的安全线中断了,那么数据总线诊断接口单元J533(即网关)就会从相关的控制单元处获得信息,并通过仪表单元J285将提示信息显示给驾驶员看。
需要注意的是,在发生安全线中断的情况下,只要不关闭点火开关,车辆虽然仍能继续行驶,但此时将无法再次激活驱动系统。
高电压蓄电池开关盒作为动力电池和其他高压部件间的纽带,起着重要的作用。
它安装在高压蓄电池上,通过一个子CAN总线实现与蓄电池调节控制单元J840和蓄电池模块控制单元进行通讯,只有在通过直流充电桩给高压蓄电池充电时,直流充电接触器才会结合。
变压器A19安装在车辆右前部,采用冷却液循环来冷却。负责将高压蓄电池396V的直流电转换成车载电网的12V直流电。
而电流的传输是通过线圈感应来实现的,故在高压系统和12V车载电网之间是没有导线连接的。
高压蓄电池充电装置位于前部驱动电机前上方,通过一根等电位线与车身相连接。
高压加热器安装在车辆前部,通过高压蓄电池开关盒内的一个保险丝来供应高压电。给冷却液加热以便为车辆提供暖风或者给高压蓄电池进行加热(低温环境下),同样通过一根等电位线与车身相连。
必懂小知识
01、与直流电相比,交流电有哪些危害?
交流电压在人体中引起交流电流并诱发肌肉和心脏的颤动。频率越低,就越危险。后果可能是心室颤动,如无急救措施可能导致死亡。
对于直流电,电解溶剂会腐蚀织物。因此产生可能导致中毒的物质。事故数天后,所谓的直流电中毒才会显现,不加处理会导致死亡。
02、电流和电压的危险值
25 V 以上的交流电压和60 V 以上的直流电会变得危险。
当人体通电电流约超过5 mA,便称其为“带电”。人会感到发麻,但还能够摆脱电导体。
当人体通电电流约超过10 mA,即触发身体痉挛的“电导体摆脱临界值”,便无法甩开电源。
当30~50 mA的交流电流作用时间较长时,出现呼吸停止和心室颤动。
当人体通电电流达到约 80 mA,则称其为“死亡临界值”。
电动空调压缩机安装在车辆前部,通过高压蓄电池开关盒内的一个保险丝盒来供应高压电。在驻车空调工作时,高压系统处于激活状态,此时高压部件是带电的。
高压蓄电池充电插座-UX4在该型号的充电插座上,可以用交流(AC)或直流(DC)给高压蓄电池进行充电。
其中DC触点由盖保护,而充电桩和高压蓄电池充电器AX4之间的通讯由触点CP和PE来进行。
为了响应国家节能减排的号召,各大汽车生产厂家分别推出了不同类型的新能源汽车,并应用了先进的制造技术,将汽车的动力来源由传统燃料转变为电能。整车新能源汽车线束的 设计和应用方案主要涉及线束的走向问题、路径的选择方式、 高压连接器的种类、
充电口的选择、屏蔽设计、线槽设计等。
1 线束设计方案
1.1 新能源汽车线束设计方案
新能源汽车线束能够为新能源汽车提供高压强电,其在线束设计中有着极其重要的意义。设计过程中应当遵循以下原则。对于线束的走向和路径设计。新能源汽车线束设计应 当采用双轨制,此时运行系统能够产生的高压电已经超过 人体的承受范围,
车身不能被当做整车搭铁点。对于连接器的选型。连接器主要连接高压电流,并且要负责 高压回路运行中的人机安全,因此设计人员应当选择耐高 压、防水效果好、屏蔽层连接紧密的高压连接器。对于屏蔽设计。
设计人员应当选用屏蔽性能较好的高压线, 并且要将屏蔽网直接包裹在高压线的内部,在安装连接器 时则需要保证屏蔽层的完全连接。
此外,设计人员可以从以下方面着手新能源汽车线束的设计工作:负载线路的额定值,电线导体的实际温度,线束结 束工作后周边空气的温度,导线通电时给通电率带来的影响,成捆线束电流的折减系数。
1.2 低压线束设计方案
该设计方案主要可以分为以下几个步骤:一是设计线 束的走向途径;二是选择线路的固定卡扣;三是进行屏蔽设计;四是选择连接器。基于此设计方案的低压线束,不 但具备传统汽车的功能,还能实现电控单元模块的功能。在整体设计过程中,
设计人员要着重考虑新能源汽车线束对其产 生的干扰,遵循给不同信号源配置不同低压导线的原则。 高压连接器主要可以分为屏蔽型和非屏蔽型两种。非屏蔽型连接器的内部结构比较简单,节约了屏蔽功能的安装成本,可以应用在不需要屏蔽功能的部位上,
如充电回路、 控制器内部、具有金属外壳的电器上。屏蔽型连接器则与 之相反,适合应用在新能源汽车线束连接这种要求具有屏蔽功能 的部位上。任意一款连接器都需要具有防水功能,连接的 位置不同,选用连接器的防水等级也不同。
1.3 高低压线束布置方案
这一布置方案主要涉及以下几个环节。发动机舱,其 线束布置方案属于全车型,是设计工作的难点和重点,集中了驱动电机、PDU 等设备的连接线束;驾驶室,此环节的 设计针对传统车辆的布置结构而言;行李舱,涉及到高压线、 电池控制系统、
车载系统等结构的线束单元。
2 低压线束布置方案中屏蔽导线的选择及案例分析
2.1 分层式布线
当低压线束处于高频信号时,设计人员要选择双绞线 和箔层屏蔽层;当低压线束处于低频信号时,设计人员要 选择双绞线和编制层屏蔽层。
为了减少新能源汽车线束对强电流输送的干扰,规避低压线 束对控制单元的电磁干扰风险,现对纯电动车进行高压线 束和低压线束的分层式布线设计,并且保证低压线束在高 压线束底部的 20cm 左右。经过试车实验,此设计方案能够 减缓强电工作干扰。
2.2 并列式布线
此方案比较适用于混合型新能源汽车,设计人员将高压 线束连接到单元布线范围,使其与发动机的线束装置并列, 让整体运行系能够避免来自新能源汽车线束供电电磁干扰的影响。
2.3 案例分析
案例一,电机温度感应器的信息汇报错误。原因分析:此时运行系统的高压线呈环状分布,温度感应器的分支线束能够直接通过高压区域,高压环境中产生的电磁干扰将 会影响感应器的正常运转,进而显示错误信息。解决方式:改变高压线的走向,
在其中应用分层式布线方式,选择编织式屏蔽导线。
案例二,电池包导致的高压线磨损。原因分析:电池 包在运行系统中的位置固定不变,因此高压线一直位于车 身底盘之下,导致行车磨损。解决方式:应用弯管成型方式, 将高压线穿至金属导管后的压接插件中,使其在导线通过 部位呈现出弯曲结构。
3 新能源车辆的 EMC 防护
3.1 整车 EMC 防护的电源分配方案
无论是纯电动车还是混合型汽车,采用的都是动力电源供电的方式,以此为汽车提供运行能源。如何在整车 EMC 防护设计中实现新能源汽车线束应用,是众多设计人员面临的一 项难题。在整车 EMC 防护设计中可以看出,辐射传导设计 是其中的重点研究方向,
因此设计人员在方案开始初期, 就应当考虑这一因素。
整车范围的设计首先需要考虑各个零部件是否符合 EMC 标准,随后用线束将汽车运行系统中的各个控制单元连接在 一起,再应用固定的防护方式将供电回路与接地点连接在一起,进而完成防护电源的配置工作。
3.2 整车 EMC 防护的线束设计方案
线束设计需要满足汽车整体布局和人机建设工程的需 求,对布置在底盘部分的新能源汽车线束,设计人员需要应用特殊的配置方式,充分考虑车辆的涉水深度、底盘的磨损率、 泥沙飞溅的情况等因素,并采用塑料线槽或金属弯管的形 式提高线束的安全程度,
切实考虑线槽设计方式的可实施 性,利用分槽设计方式将新能源汽车线束固定在车底板处。 在线束制造材料选择上,为了避免电磁波的干扰,设计人员应当选择双绞线,并将双绞线的线路回路布置在系统中 其他线束的最外侧。
整车线束传导和****的大多数电流都和 电源线有关。因此,设计人员在进行 EMC 防护线束设计时, 需要遵守以下几点注意事项:处理好电源的开关部分,在结 构设计中优先考虑环路控制方式;如果电路系统中涉及敏感 信号,需要选择屏蔽线缆进行传输,
在其屏蔽层中做好全方 位的搭接处理工作;如果信号线缆与高压网路和强干扰信号 之间的距离较远,需要对耦合布线进行合理配置;做好滤波 器的相关工作,减少系统引线存在的电感;在线缆设计中要保持足够的信地比例,
且设计人员需要分析设计过程中可能 出现的问题,尽早做出合理安排和配置。设计人员尽快对上 述问题进行分析和解答,就能尽早规避后期设计存在的风险。
4 结语
通过对新能源汽车线束设计方案的配置以及对 EMC防护方式的研究,有效减少了强电线束运行时产生的干扰,并且在搭载台实验和实车实验中,设计人员在不断对线束配置方式进行优化。目前,应用在新能源汽车中的线束设 计方式和 EMC 防护措施,
已经得到了业界人士的广泛认可。
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