高壓互鎖設(shè)計(jì)的案例
線束工程師：高壓線束設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與方法
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。
展開 PHEV車型高壓互鎖方案設(shè)計(jì)及分析
為了保證一款新能源PHEV
（
插電式混合動力電動車
）
車型高壓線束回路的安全可靠連接
，
進(jìn)行了一種冗余設(shè)計(jì)方案
，
符合ISO 26262的標(biāo)準(zhǔn)要求
；
采用控制器實(shí)時檢測車輛整個高壓回路的電氣連接完整性
；
對車輛使用過程中出現(xiàn)的可能故障進(jìn)行處理
，
確保車輛和人員的安全
。
【
關(guān)鍵詞
】
新能源
；
高壓互鎖
；
采樣電阻
；
電池包
；
故障診斷
；
整車控制器
；
電池管理系統(tǒng)
1.高壓互鎖
（
HVIL
）
功能介紹
HVIL是High Voltage Interlock Loop
（
高壓互鎖回路
）
的簡稱
。
HVIL通過使用低壓電信號
，
來檢查整個高壓模塊
、
導(dǎo)線及連接器的電氣完整性情況
。
當(dāng) 發(fā)生互鎖故障后
，
必須保證整車高壓系統(tǒng)下電且在故障排除前高壓系統(tǒng)不能上電
，
同時觸發(fā)相應(yīng)的警示信號
。
展開 PHEV車型高壓互鎖方案設(shè)計(jì)及分析
2.4 HVIL對高壓連接器要求
①高壓電氣系統(tǒng)中插接形式的高壓連接器應(yīng)集成互鎖功能
，
當(dāng)高壓連接器斷開時應(yīng)先斷開HVIL
，
接合時應(yīng)后接通HVIL
；
②高壓連接器接合后接觸電阻應(yīng)滿足Q
／
CC JT0638—2014
《
汽車電線束插接器技術(shù)條件
》
中4.12的要求
。
3.HVIL拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
3.1 PHEV高壓布置簡圖
根據(jù)PHEV車型的布置情況
，
確定高壓電氣布置簡圖
，
見圖1
。
3.2 HVIL拓?fù)鋱D
根據(jù)HVIL相關(guān)零部件布置位置
，
確定HVIL拓?fù)鋱D
，
見圖2
。
HVIL拓?fù)鋱D中高壓插接件參數(shù)見表1
。
4.HVIL阻抗匹配[2]
按照高壓互鎖回路信號源電壓為5V
、
電流接近 10 mA的設(shè)計(jì)
，
得到回路總的阻抗R1+R2+R3=500 Ω
。
HCU及BMS均檢測互鎖回路R2兩端電壓值
，
從而判斷 回路是否有故障
。
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2.4 HVIL對高壓連接器要求
①高壓電氣系統(tǒng)中插接形式的高壓連接器應(yīng)集成互鎖功能
，
當(dāng)高壓連接器斷開時應(yīng)先斷開HVIL
，
接合時應(yīng)后接通HVIL
；
②高壓連接器接合后接觸電阻應(yīng)滿足Q
／
CC JT0638—2014
《
汽車電線束插接器技術(shù)條件
》
中4.12的要求
。
3.HVIL拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
3.1 PHEV高壓布置簡圖
根據(jù)PHEV車型的布置情況
，
確定高壓電氣布置簡圖
，
見圖1
。
3.2 HVIL拓?fù)鋱D
根據(jù)HVIL相關(guān)零部件布置位置
，
確定HVIL拓?fù)鋱D
，
見圖2
。
HVIL拓?fù)鋱D中高壓插接件參數(shù)見表1
。
4.HVIL阻抗匹配[2]
按照高壓互鎖回路信號源電壓為5V
、
電流接近 10 mA的設(shè)計(jì)
，
得到回路總的阻抗R1+R2+R3=500 Ω
。
HCU及BMS均檢測互鎖回路R2兩端電壓值
，
從而判斷 回路是否有故障
。
展開 
新能源車的高壓互鎖研究及故障排除
文章來源：上汽通用汽車有限公司武漢分公司
電動汽車的快速發(fā)展在給人們帶來出行便利的同時，電
動汽車動輒300V以上的高壓電器系統(tǒng)，也給車載高壓用電器的使用安全帶來嚴(yán)峻考驗(yàn)。高壓互鎖裝置作為一項(xiàng)重要的防護(hù)措施，其復(fù)雜冗長的線路也給高壓互鎖類故障排查帶來了種種困難，本文通過對高壓互鎖機(jī)制的研究，針對某造車過程中出現(xiàn)的高壓互鎖故障的梳理和總結(jié)，從高壓互鎖策略、故障排除方法等兩個方面對高壓互鎖故障進(jìn)行歸納總結(jié)，便于迅速定位故障原因并進(jìn)行有效遏制。
1高壓互鎖
高壓互鎖
HVIL（High Voltage Inter lock）通過低壓信號來檢測電動汽車上整個高壓模塊回路電器連接的完整性，由于電動汽車高壓模塊分布在各個子系統(tǒng)中，高壓模塊間的連接通過高壓線束及其插接件形成一個完整的整車高壓系統(tǒng)，在振動及沖擊的惡劣工況下，當(dāng)整個電動汽車高壓回路斷開或者完整性受到破環(huán)時，就需要啟動安全措施，如報(bào)警或者斷開高壓回路，因此高壓互鎖的設(shè)計(jì)是確保人員安全和車輛設(shè)備安全運(yùn)行的關(guān)鍵。如圖1所示，高壓控制系統(tǒng)由高壓電池、車載充電模塊、電機(jī)控制模塊、驅(qū)動電機(jī)、高壓分配
模塊等組成。高壓互鎖監(jiān)控器向高壓互鎖回路提供一個信號電壓，然后檢測返回的信號電壓，如果檢測不到返回的信號電壓，則表明高壓線路可能處于斷路狀態(tài)，若繼續(xù)供電會有安全隱患，此時動力電池控制單元會切斷高壓電供電。
2高壓互鎖診斷功能要求及其控制策略
基于高壓互鎖檢測原理得知當(dāng)車輛發(fā)生高壓互鎖故障
時，要確保高壓系統(tǒng)以合適的方式進(jìn)行安全斷電，并且在故障排除之前高壓系統(tǒng)不能上高壓，同時觸發(fā)對應(yīng)的診斷故障碼DTC（Diagnostic Test Code）。
展開 高壓互鎖講解及實(shí)例故障分析
保時捷Taycan細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)解析（包含電池、充電、車身、熱管理、動力系統(tǒng)、底盤））
Model 3 汽車技術(shù)資料-免費(fèi)下載
特斯拉高壓系統(tǒng)及高壓線束解析
雪佛蘭Bolt &Tesla 高壓線束及連接器分析大眾MEB平臺高壓部件解析（電池、連接器、高壓線、充電座、動力系統(tǒng)）
新能源汽車高壓線束的設(shè)計(jì)概述
布置在底盤部分的高壓線束應(yīng)充分考慮車輛涉水、刮底盤等情況，在布置設(shè)計(jì)高壓線束的時候充分考慮防水、防泥沙飛濺、防刮傷等因素，可以采用塑料線槽、金屬彎管設(shè)計(jì)來保護(hù)高壓線束。
線槽考慮可裝配性，分槽蓋導(dǎo)槽將高壓線束扣合后固定在車底板上，金屬管為彎折機(jī)器加工成型，工藝相對繁瑣。本田思域?yàn)榫€槽結(jié)構(gòu)，豐田普瑞斯為金屬管結(jié)構(gòu)。
七、高壓互鎖HVIL設(shè)計(jì)
高壓部件帶有高壓互鎖人性化安全設(shè)計(jì)，貫穿整車所有高壓部件，拆卸前必須先斷開高壓互鎖結(jié)構(gòu)才可執(zhí)行拆卸操作。由BMS、HCU執(zhí)行控制反饋。
八、高壓線GROMMET方案設(shè)計(jì)
橡膠圈是固定在線束上的橡膠類部品，和車體相應(yīng)部分相配合，起密封、防水等效果，多用于線束穿過車身鈑金的地方。
高壓線橡膠件考慮強(qiáng)度問題，采用橡膠與塑料組合件，對鈑金固定匹配、抗拉伸強(qiáng)度都有保證。高壓線束一般較粗，彎曲應(yīng)力相對很大，高壓連接器體積較大，在橡膠圈設(shè)計(jì)上體積會大很多，同時固定強(qiáng)度要求也會很高，結(jié)構(gòu)方面相對較復(fù)雜，材料選擇方面要求會更高。
九、高壓線束固定卡扣選型和包覆物
高壓線束由于強(qiáng)度大，選擇推拉式螺柱固定卡扣，便于裝配維修。包覆物的作用主要有防磨、降噪、隔熱、美觀等。
十、總結(jié)
高壓線束線徑的合理選擇，固定保護(hù)的優(yōu)化布置，成本控制都成為高壓線束設(shè)計(jì)的要務(wù)，新能源汽車有著廣泛的市場前景。
展開 關(guān)于新能源汽車高壓線束的設(shè)計(jì)
布置在底盤部分的高壓線束應(yīng)充分考慮車輛涉水、刮底盤等情況，在布置設(shè)計(jì)高壓線束的時候充分考慮防水、防泥沙飛濺、防刮傷等因素，可以采用塑料線槽、金屬彎管設(shè)計(jì)來保護(hù)高壓線束。
線槽考慮可裝配性，分槽蓋導(dǎo)槽將高壓線束扣合后固定在車底板上，金屬管為彎折機(jī)器加工成型，工藝相對繁瑣。本田思域?yàn)榫€槽結(jié)構(gòu)，豐田普瑞斯為金屬管結(jié)構(gòu)。
七、高壓互鎖HVIL設(shè)計(jì)
高壓部件帶有高壓互鎖人性化安全設(shè)計(jì)，貫穿整車所有高壓部件，拆卸前必須先斷開高壓互鎖結(jié)構(gòu)才可執(zhí)行拆卸操作。由BMS、HCU執(zhí)行控制反饋。
八、高壓線GROMMET方案設(shè)計(jì)
橡膠圈是固定在線束上的橡膠類部品，和車體相應(yīng)部分相配合，起密封、防水等效果，多用于線束穿過車身鈑金的地方。
高壓線橡膠件考慮強(qiáng)度問題，采用橡膠與塑料組合件，對鈑金固定匹配、抗拉伸強(qiáng)度都有保證。高壓線束一般較粗，彎曲應(yīng)力相對很大，高壓連接器體積較大，在橡膠圈設(shè)計(jì)上體積會大很多，同時固定強(qiáng)度要求也會很高，結(jié)構(gòu)方面相對較復(fù)雜，材料選擇方面要求會更高。
九、高壓線束固定卡扣選型和包覆物
高壓線束由于強(qiáng)度大，選擇推拉式螺柱固定卡扣，便于裝配維修。包覆物的作用主要有防磨、降噪、隔熱、美觀等。
十、總結(jié)
高壓線束線徑的合理選擇，固定保護(hù)的優(yōu)化布置，成本控制都成為高壓線束設(shè)計(jì)的要務(wù)，新能源汽車有著廣泛的市場前景。
展開 【汽車知識】新能源汽車高壓連接器技術(shù)、設(shè)計(jì)及趨勢
下圖就是關(guān)于溫升和降額曲線的圖示
溫升曲線圖
降額曲線圖
1.2.2高壓互鎖(HVIL)
針對整個的高壓互連系統(tǒng)來講，為了保證高壓系統(tǒng)上下電時的安全，在連接設(shè)計(jì)時，引入了高壓互鎖概念。簡單描述為，連接器在插合導(dǎo)通時，高壓回路先接觸導(dǎo)通，后高壓互鎖信號回路再導(dǎo)通；分?jǐn)鄷r，先高壓互鎖信號分?jǐn)啵?em>高壓回路斷開。大多數(shù)連接器廠家會把高壓互鎖設(shè)計(jì)放在連接器內(nèi)部，也有一部分廠家會把高壓互鎖通過輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)放在對插腔體的外部。確保高壓互鎖回路的穩(wěn)定性，十分重要。如果說高壓互鎖不連續(xù)，可能帶來的影響會很惡劣，比如車正在行駛過程中，突然高壓互鎖回路信號異常，導(dǎo)致整車突然掉電，不能正常運(yùn)行，這樣會造成交通事故。
1.2.3 鎖緊結(jié)構(gòu)
理解真正的二次鎖不是有一個二次的保護(hù)作用，是更要有效地對其保護(hù)，這個真正的含義就是在一次鎖止后，如果一次鎖失效了或者沒有操作核實(shí)到位，二次鎖就是確保一次鎖鎖好以后，對第一次鎖進(jìn)行保護(hù)，這是一個很重要的作用。二次鎖緊結(jié)構(gòu)結(jié)合一次鎖里面最常用的就是力臂機(jī)構(gòu)，因?yàn)橐淮捂i緊跟插拔力有關(guān)，所以按照力學(xué)設(shè)計(jì)理念需要一種類似于力臂機(jī)構(gòu)的形式，這樣才能達(dá)到既省力，也能夠很輕松地把連接器插到位。對于力臂的要求，USCAR里面講到了很多的力臂的人機(jī)工程的可操作性。USCAR里面也規(guī)定了相關(guān)一次鎖和二次鎖在對插和不對插情況下的力的要求。
展開 純電動汽車高壓電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理
如圖 4 示出高壓互鎖回路檢測原理圖。
圖4 高壓互鎖電路檢測原理圖
談?wù)劶冸妱悠?em>高壓電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理
圖3 霍爾式電流傳感器原理圖
4）高壓接觸器觸點(diǎn)狀態(tài)檢測與故障處理
為實(shí)現(xiàn)純電動汽車的控制功能和高壓電路的可自行切斷保護(hù)功能，在電動汽車的高壓系統(tǒng)中必須配置可控制的并且有自我保護(hù)切斷高壓回路功能的高壓接觸器。根據(jù)整車設(shè)計(jì)的需求，任何電動汽車在動力主回路中都會配置高壓接觸器，如果高壓接觸器觸點(diǎn)發(fā)生閉合或斷開失效時，沒有相應(yīng)的正確處理方式應(yīng)對，將有可能引起不正常的控制而造成汽車不能正常啟動或不能啟動。嚴(yán)重的情況下，將會給汽車和人身安全造成危險(xiǎn)。鑒于上述問題的嚴(yán)重性，應(yīng)對高壓接觸器觸點(diǎn)狀態(tài)進(jìn)行安全有效的實(shí)時監(jiān)控，并對故障進(jìn)行處理。當(dāng)高壓接觸器觸點(diǎn)發(fā)生閉合或斷開失效故障時，高壓管理系統(tǒng)會發(fā)出聲光報(bào)警，以提示操作人員并根據(jù)故障的級別控制汽車是否可進(jìn)行其他操作。
5）高壓互鎖回路檢測及故障處理
高壓回路互鎖功能設(shè)計(jì)是針對高壓電路連接的可靠程度提出的。危險(xiǎn)電壓閉鎖回路也稱為高壓互鎖回路（HVIL）,它是一個典型的互鎖系統(tǒng)，通過使用電氣的信號，來檢查整個模塊、導(dǎo)線及連接器的電氣完整性 。當(dāng)高壓安全管理系統(tǒng)檢測到某處連接斷開或某處連接沒有達(dá)到預(yù)期的可靠性時，安全管理系統(tǒng)將直接或通過整車控制器切斷相關(guān)動力電源的輸出并發(fā)出聲光報(bào)警,直到該故障完全排除。如圖 4 示出高壓互鎖回路檢測原理圖。
圖4 高壓互鎖電路檢測原理圖
6） 充電互鎖檢測及故障處理
出于安全考慮，充電時，整個驅(qū)動系統(tǒng)都需要處于斷電狀態(tài)，即驅(qū)動系統(tǒng)高壓接觸器需處于斷開狀態(tài)，當(dāng)高壓安全管理系統(tǒng)接收到有效的充電信息指令后，高壓管理系統(tǒng)首先檢測驅(qū)動系統(tǒng)相關(guān)接觸器是否處于斷開狀態(tài)。若處于斷開狀態(tài)則閉合充電回路相關(guān)接觸器。否則，充電接觸器將不會閉合，高壓管理系統(tǒng)將發(fā)出聲光報(bào)警以提示相關(guān)人員，直至故障排除。
展開 
高壓氣瓶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真及試驗(yàn)研究
摘 要：高壓制冷裝置通過管路給紅外探測器供氣制冷，將探測器元件冷卻至低溫或深低溫，使熱成像系統(tǒng)正常工作。高壓氣瓶為高壓制冷裝置儲存和提供高壓氣體，是高壓制冷裝置的主要組件。詳細(xì)闡述了高壓氣瓶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法并進(jìn)行不同載荷的仿真試驗(yàn)，同時根據(jù)拉梅公式對氣瓶的爆破形態(tài)進(jìn)行理論分析，最后通過瓶體爆破試驗(yàn)加以驗(yàn)證。
關(guān)鍵詞：紅外探測技術(shù);制冷氣瓶;拉梅公式;爆破形態(tài);仿真驗(yàn)證;
0 引言
紅外熱成像制冷技術(shù)是指通過物理或化學(xué)的手段將探測器元件冷卻至低溫或深低溫的技術(shù)[1],其目的一方面能夠保證電子器件與系統(tǒng)功能的正常，提高元器件的靈敏度，另一方面可以屏蔽或減少來自熱成像系統(tǒng)的濾光片、擋板及光學(xué)系統(tǒng)本身帶來的熱噪聲[2]。
高壓制冷裝置是紅外熱成像制冷技術(shù)的一種常用的物理制冷方法，能夠給紅外探測器制冷，低溫環(huán)境可降低紅外探測器的噪聲，提高探測器的靈敏度和分辨率[3]。高壓制冷裝置的主要結(jié)構(gòu)為高壓制冷氣瓶，瓶體內(nèi)部儲存著高壓氣體。
1833年法國巴黎大學(xué)教授G.拉梅(Lame)和克拉伯龍(Clapeyron)根據(jù)彈性理論，推導(dǎo)出了厚壁圓筒在受到內(nèi)外壓強(qiáng)作用時任意半徑處的三向應(yīng)力計(jì)算公式，即拉梅公式(Lame formula),為壓力容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)，促進(jìn)了壓力容器的發(fā)展，使得壓力容器廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)[4]。
高壓容器的可靠性設(shè)計(jì)越來越受到人們的重視[5,6,7],在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的可靠性與安全性、高壓氣體流通部位的密封性以及氣瓶材料的綜合力學(xué)性能等。
展開 電動客車高壓線束設(shè)計(jì)
車輛運(yùn)行條件和使用環(huán)境的特殊性，導(dǎo)致高壓線束成本昂貴。設(shè)計(jì)中，應(yīng)避免結(jié)構(gòu)與規(guī)格的過度選配，造成成本上升。
高壓線束負(fù)荷計(jì)算
車輛的動力電池除了驅(qū)動動力電機(jī)外，還為動力轉(zhuǎn)向、空調(diào)采暖、DC/DC轉(zhuǎn)換器等大功率用電設(shè)備提供電能，同時接收交流充電機(jī)提供的慢充電流、外部充電樁提供的快充電流，以及車輛制動時電機(jī)的能量回饋電流，為此車輛設(shè)計(jì)高壓分配器與高壓線束進(jìn)行電能的分配和傳輸，如圖1所示。
純電動客車在不同工況運(yùn)行時，電器設(shè)備的用電負(fù)荷變化較大，所以線束設(shè)計(jì)需要綜合考慮電器負(fù)載的額定電流、峰值電流及工作時間等參數(shù)。以純電動客車的電機(jī)系統(tǒng)為例，根據(jù)電機(jī)功率計(jì)算變頻器的輸入峰值功率Pb1：
動力電池在整車大負(fù)荷運(yùn)行時，往往會造成較大的電壓降。根據(jù)鋰電池充放電曲線，此壓降按低于標(biāo)稱電壓的10%計(jì)算，則電機(jī)變頻器的峰值輸入電流Ibmax：
用上述方法計(jì)算出主要電器負(fù)載的功率和電流，如表1所示。
高壓線束選配設(shè)計(jì)及安裝控制
高壓線束主要由線纜、插接件、防護(hù)結(jié)構(gòu)和固定件等部分組成。
根據(jù)連接部件和使用環(huán)境的不同，對線束各部分的設(shè)計(jì)要求也有所不同。
2.1線纜的選配設(shè)計(jì)
線纜的選配內(nèi)容主要是確定導(dǎo)線截面積和絕緣層材質(zhì)。目前高壓線纜已有成熟的標(biāo)準(zhǔn)體系，結(jié)構(gòu)上分為單芯和多芯電纜，導(dǎo)線主要采用軟銅絞線，以滿足導(dǎo)線內(nèi)阻和柔軟彎曲的使用要求；絕緣層要求耐溫阻燃，多為復(fù)合結(jié)構(gòu)，常見有交聯(lián)聚烯烴和PVC材質(zhì)；對于防電磁輻射功能，主要通過絕緣層內(nèi)部的裸銅網(wǎng)或線纜外層的鍍錫銅網(wǎng)實(shí)現(xiàn)屏蔽，其編制密度≥90%；按安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，動力電纜顏色為橙色或外套橙色護(hù)管。
展開 微型高壓比例閥應(yīng)如何設(shè)計(jì)？
在工業(yè)自動化、醫(yī)療器械、半導(dǎo)體制造以及航空航天等尖端領(lǐng)域，流體控制的精度與響應(yīng)速度往往決定了整個系統(tǒng)的成敗，隨著設(shè)備小型化趨勢的加劇，如何在極小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)高壓環(huán)境下的高精度流量或壓力控制，成為了工程師們面臨的巨大難題，微型高壓比例閥的設(shè)計(jì)，正是解決這一痛點(diǎn)的關(guān)鍵所在，作為全球流體控制領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，諾冠（IMI Norgren）憑借數(shù)十年的技術(shù)積淀，為您詳細(xì)講解微型高壓比例閥的設(shè)計(jì)核心與未來趨勢。
諾冠 IMI Norgren：https://www.norgren.com.cn/
高壓比例閥：https://www.norgren.com.cn/3698.html
一、核心難題：微型化與高壓力的博弈
設(shè)計(jì)微型高壓比例閥，首要難題在于平衡“體積”與“性能”，傳統(tǒng)比例閥往往體積龐大以承受高壓，而微型化則意味著流道變窄、閥芯質(zhì)量減輕，在高壓（通常指100 bar以上，甚至高達(dá)300-400 bar）工況下，微小的泄漏都會導(dǎo)致控制失效，巨大的液動力也極易造成閥芯卡滯或響應(yīng)遲滯，因此優(yōu)秀的設(shè)計(jì)必須在微米級的加工精度與宏觀的力學(xué)穩(wěn)定性之間找到完美的平衡點(diǎn)。
二、關(guān)鍵設(shè)計(jì)要素
1. 創(chuàng)新的閥芯與閥座結(jié)構(gòu)
閥芯是比例閥的心臟，在微型高壓設(shè)計(jì)中，諾冠傾向于采用零重疊（Zero Lap）或負(fù)重疊設(shè)計(jì)，以消除死區(qū)，提高線性度，同時為了抵抗高壓帶來的液動力，閥芯形狀需經(jīng)過精密的CFD（計(jì)算流體動力學(xué)）仿真優(yōu)化，利用流體動力學(xué)原理抵消部分開啟力，從而降低電磁鐵的驅(qū)動功率需求，閥座材料通常選用硬質(zhì)合金或特種陶瓷，以確保在數(shù)百萬次循環(huán)后仍能保持零泄漏。
2.
展開 簡述新能源汽車高壓線束的設(shè)計(jì)
而新能源汽車尤其是純電動汽車，動力來源靠高壓電池包提供，傳輸載體為高壓線束，連接充電口座、高壓電池包、逆變器、電機(jī)，車載充電機(jī)等大功率設(shè)備及直流轉(zhuǎn)換器，空調(diào)壓縮機(jī)、PTC和加熱器等小功率設(shè)備（見圖1）。
圖1 高壓線束連接示意圖
1 高壓線束的設(shè)計(jì)
1.1 高壓線束的組成
高壓線束主要包括:高壓連接器、高壓線纜，接地端子和扎帶、外包材料、膠帶、熱縮套管、膠套、安裝支架等輔材。
1.2 高壓連接器
根據(jù)功能定義可分為小電流和大電流兩種，大電流主要用于OBC，電機(jī)，及電池等動力系統(tǒng)和上，小電流主要用于壓縮機(jī)，PTC，電池加熱裝置及DCDC等功能電器上。
1.3 高壓線纜
高壓線纜主要分為屏蔽線和非屏蔽線兩種，線徑從2.5mm2至120mm2不等。
1.4 輔材配件
輔材配件與傳統(tǒng)低壓線束所使用的無太大差別，但外包材料需要用紅色或橘紅色的包覆物，以便于起到高壓危險(xiǎn)警示作用。
2 高壓電纜的技術(shù)要求
2.1 電纜的技術(shù)要求
（1）結(jié)構(gòu)
高壓電纜主要由線芯和絕緣材料組成，屏蔽線還要有屏蔽層和雙層絕緣結(jié)構(gòu)。線芯是由一定數(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。根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為屏蔽線和非屏蔽線，根據(jù)用途可分為單芯屏蔽線和多芯屏蔽線(下圖)。
（2）絕緣材料
（8）布線需要考慮走線的美觀性，裸露地盤掛線需要考慮增加線束護(hù)槽。
（3） 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，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。
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