您好，我是線束工 程師散漫。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(jì)基礎(chǔ)知識與方法，包括高壓互鎖、高壓線束設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)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(gè)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(shí)間長短可以根據(jù)項(xiàng)目具體情形確定，比如150ms，大體在這個(gè)量級。具體的高壓互鎖實(shí)現(xiàn)形式，不同項(xiàng)目可能有不同設(shè)計(jì)。

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(shí)現(xiàn)電路接通還是斷開的電氣接口元件。

1.2 高壓互鎖的目的與作用

高壓互鎖的目的是，用來確認(rèn)整個(gè)高壓系統(tǒng)的完整性的，當(dāng)高壓系統(tǒng)回路斷開或者完整性受到破壞的時(shí)候，就需要啟動安全措施了。

為什么要做高壓互鎖設(shè)計(jì)

高壓互鎖主要是用來保證高壓系統(tǒng)安全，主要有三個(gè)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(bào)警信息，預(yù)留整車系統(tǒng)采取應(yīng)對措施的時(shí)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?yàn)樘摻拥葐栴}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(jì)存在，手動斷開高壓連接點(diǎn)，在斷開的瞬間，整個(gè)回路電壓加在斷點(diǎn)兩端，電壓擊穿空氣在兩個(gè)器件之間拉弧，時(shí)間雖短，但能量很高，可能對斷點(diǎn)周圍的人員和設(shè)備造成傷害。

1.3 高壓互鎖的工作原理

高壓互鎖設(shè)計(jì)有兩個(gè)方面的因素需要考慮，一個(gè)是低壓系統(tǒng)怎樣全面檢測到整個(gè)高壓系統(tǒng)每個(gè)連接位置的連接狀態(tài)；另一個(gè)問題是，怎樣實(shí)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(gè)方面出發(fā)，考慮整體電路設(shè)計(jì)原理和連接器自身設(shè)計(jì)原理。

高壓互鎖設(shè)計(jì)的實(shí)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(shí)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(dāng)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(jì)

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(jì)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(hù)。

2.1 高壓線束的選擇

1） 工作電壓

由于 新能源商用車所用電機(jī)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(jī)額定功率可達(dá)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(dāng)?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(dá)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。

2） 工作溫度以及溫升

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(dá)150 ℃。高壓線束的允許工作溫升就是高壓線束在工作時(shí)達(dá)到熱平衡時(shí)的表面工作溫度和環(huán)境溫度的差值。

高壓線束設(shè)計(jì)時(shí)，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(shí)一般要求溫升不超過55 K。

3） 線徑

高壓線束線徑選取步驟如下。

① 確定高壓線束所連接的電氣部件上負(fù)載特性，特性包括穩(wěn)態(tài)電流強(qiáng)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(qiáng)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(shí)，線束截面積升一檔使用，Tmax為250 ℃時(shí)，線束截面積升兩檔使用。例如，當(dāng)最大電流為150 A時(shí)，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。

4） 彎曲半徑

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(dāng)線徑D大于15 mm時(shí)，高壓線束的折彎半徑應(yīng)大于5D。

5）屏蔽及EMC干擾設(shè)計(jì)

高壓線束每個(gè)接口均采用屏蔽處理，前后電機(jī)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(jī)、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(biāo)沒有詳細(xì)關(guān)于此方面的標(biāo)準(zhǔn)。有些主機(jī)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

1） 接器防護(hù)等級要求不低于IP67。

2） 連接器直接接觸防護(hù)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。

4） 連接器的工作電壓不低于車輛最高工作電壓。

5） 連接器要帶有機(jī)械防呆功能，同時(shí)，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(jìn)行說明，如表2所示。

6） 連接器要具有高壓互鎖功能。

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(fēng)險(xiǎn)。

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(hù)以及絕緣電阻的檢測。

1） 高壓線束端子的壓接

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(jià)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(jià)。

端子壓接不緊，端子承受最大拉拔力達(dá)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(yán)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(jī)，用于測試驗(yàn)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。

2） 高壓線束的屏蔽層處理

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(qiáng)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(jìn)行處理，以避免因屏蔽層處理不當(dāng)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。

3） 高壓線束的防護(hù)

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(jìn)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。

4） 高壓線束的絕緣電阻檢測

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(jìn)行的監(jiān)控項(xiàng)。 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。

高壓線束的布置，需要滿足以下幾個(gè)要求：

1） 高、低壓線布置時(shí)，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(shí)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(jìn)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(jìn)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(shí)需要的折彎力比較大，因此在進(jìn)行高壓線束固定時(shí)，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(jìn)行固定，如圖4中，在圖中標(biāo)記的1、2兩處地方需要分別用圖5中所描述的卡夾進(jìn)行固定。

5） 對于非受力部位的高壓線束進(jìn)行固定時(shí)，可以用尼龍?jiān)鷰нM(jìn)行捆扎、固定。

6） 高壓線束布置時(shí)，應(yīng)避開運(yùn)動部件以及高溫部位。

7） 高壓線束布置和固定時(shí)，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(yùn)動件的最大運(yùn)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。

未完待續(xù)

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