(1)高壓系統介紹

在電動汽車上，整車帶有高壓電的零部件有動力電池、驅動電機、高壓配電箱(POU)、電動壓縮機、DC/DC、OBC、門C、高壓線束等，這些部件組成了整車的高壓系統，其中動力電池、驅動電機、高壓控制系統為純電動汽車上的三大核心部件。

如圖1所示，整車高壓線束主要包括以下段：

1)動力電池高壓電纜：連接動力電池到高壓配電盒之間的線纜。

2)電機電纜：連接高壓配電盒到電機及控制器之間的線纜。

3))快充電纜：連接快充口到高壓配電盒之間的線纜。

4))慢充線纜：連接慢充口到車載充電機之間的線纜。

5)高壓附件線纜：連接高壓配電盒到DC/DC、車載充電機、空調壓縮機、PTC之間的線纜。

(2)高壓回路過熱原因與危害

高壓回路過熱的主要原因見表1。

無論是高壓系統線纜還是12V系統電纜，線纜局部溫度過高都會引起部件功能失效甚至車輛火災，對于高壓線纜尤為如此，因此預防線纜出現熱點并傳播引發起火是設計中需要考慮的因素。高壓電路過熱的主要后果見表2。

1. 降低線纜熱點的主要解決方式

通常，對于表l中所述的線纜過熱原因，主要有以下幾種解決方式，如設計合理線徑、連接處可靠固定、過熱后的系統安全策略保護等。

1.1電纜線徑

電纜線徑越粗，能承載的電流越大，但選擇線纜線徑時也不是越粗越好，應根據實際情況進行計算選擇。依據整車各個高壓電氣元件布局圖分清主回路和支路，確定高壓線束所連接的高壓部件的負載特性，如工作電壓、額定功率、峰值功率、額定電流、峰值電流、持續時間等。

同時，工作溫度及環境溫度對于電纜線徑也是有影響的。由于大電流傳輸會導致高功耗和相關組件的溫升提高，所以如果線纜的布置環境超過了電纜允許的工作溫度，就必須選擇較大截面積的電纜。

1.2連接處固定

線纜接觸不良會對系統正常工作造成影響，如電纜、連接器等連接處開路或接觸不良，引起拉弧，從而引發火災。電纜、連接器等連接處電阻增加，也會引起局部發熱。因此在設計時，通常對高壓連接器之間采用特殊結構進行連接，如互鎖方式。為減小線纜與車身的連接電阻，也采用螺栓固定或焊接等方式，以便減小因接觸不良導致電阻增加而引發的線纜過熱。

1.3可靠的系統安全保護策略

通過控制策略，對電動汽車進行可靠的保護。VCU作為電動汽車中的調配大腦，對電纜過熱保護策略預期為：監測高壓回路各部件(EAC／門C/BMS/DCDC/MCU)處的電壓，檢測到一定壓差l時斷開高壓回路。

通過上述三種設計方式，加上控制策略保護，就不會因車輛的長期使用磨損因素而對行車安全造成影響，因此更為合理，更可靠。下面對電纜過熱保護策略的具體實現方式進行分析。

2預防電纜過熱保護策略實施

通過系統分析，VCU對車輛保護策略實施方案為：高壓回路連接后，VCU監測高壓回路各部件(EAC/PTC/BMS/DC-DC/MCU)的電壓，任意兩處電壓之間壓差超過規定限值，并且持續1minVCU請求下高壓，即點亮動力系統故障燈。

2.1高壓回路壓差計算

2.1.1高壓回路電阻的測試

分別對電機系統、OBCDC/DC、EAC、門C高壓回路電阻進行測試。高壓電纜／連接器電阻＝電纜線阻＋端子電阻＋壓接電阻＋接觸電阻(mΩ)。如圖2所示，將四個測試系統分成了兩個部分。

2.1.2各高壓回路的理論最大壓降計算

根據測試值，并根據各系統最大工作允許值，計算出各高壓回路的最大壓降。

2.1.3 高壓回路最大壓降分析

由于元器件本身和實際測試均存在誤差，因此為了保護策略的可靠性，必須考慮電壓計算誤差累計和實際壓差兩方面的風險。通過誤差分析，計算VCU收到的電壓值。對于以上高壓器件，誤差主要考慮見表4。

通過測量和計算，得出電池包輸出電壓在400-404V不同電壓值時VCU接收的最大壓差，見表5。

 

根據上表，VCU接收的高壓回路最大壓差為18V。

2.2 高壓回路溫升計算

根據高壓線束特性，對不同壓差下各回路溫升估算

（此處以國標規定材料特性為準），主要計算步驟如下：

1)回路每秒溫升＝每秒由壓差引起最大發熱量／該回路銅芯的熱值。

2)每秒由壓差引起最大發熱量＝壓差×最大電流×1s。

3)該回路銅芯的每上升1°C熱值＝銅比熱容×該回路銅芯質量。

電纜絕緣層材料硅膠，連接器絕緣材料PA,溫度等級200°C,可承受熱過載為250°C持續4h。依據上表，電機系統回路每秒溫升最高，當電機系統回路壓差為20V時，按峰值功率持續10s,前6.5s溫升225°C,達到250°C最高溫度，再持續3.5s,考慮散熱存在，沒有超過電纜、連接器承受熱過載能力。因此高壓回路20V滿足要求。

3. 結論

本文通過分析電動汽車高壓回路線纜過熱的原因，提出了幾種應對方式，重點介紹了如何通過VCU保護策略可靠預防線纜過熱。同時，結合設計誤差與測量誤差，對峰值條件下的受熱過載能力進行了分析。得出了VCU對高壓回路壓差值可靠的保護值。通過實車耐久性驗證，高壓回路壓差保護值設定在20V,能否覆蓋測量和信號發送誤差造成的誤判斷，以此來可靠預防高壓回路因電纜／連接器電阻增加，造成電纜或連接器局部溫度上升形成的熱點。