焉知汽车科技|新能源整车高压线束设计
来源 |纯电动汽车电气设计；线束工程师
整车高压线束主要的设计方案涉及到线束走向 设计、线径设计、高压连接器选型、充电口的类型和应用、屏蔽设计、高压线束固定卡扣选型、高压线槽设计、高压互锁HVIL设计、GROMMET设计等 。
一、高压线束走向布置及划分类型
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图1 混合动力高压部件布局图
高压系统在设计方面 ， 考虑到电磁干扰的因素 ， 整个高压系统均由屏蔽层全部包覆 。
【焉知汽车科技|新能源整车高压线束设计】目前国内车型全部采用屏蔽高压线 ， 曰系车也有应用屏蔽网包覆在高压线外侧 ， 插件处处理实现屏蔽连接 。同时由于高压已经超出人体安全电压 ， 车身不可像低压系统一样作为整车搭铁点 ， 因此在高压线束系统的设计上 ， 直流高压电回路必须严格执行双轨制 。
根据高压线束的特性 ， 我们一般以高压电器为中心对高压线束进行划分 ， 可分为电机高压线、电池高压线、充电高压线等 。电机高压线一般是连接控制器和电机的高压线；电池高压线一般是连接控制器和电池的高压线；充电高压线一般是连接充电机和电池的高压线 。
二、高压线束特性
高压线束耐压与耐温等级的性能远高于低压线束等级 ， 国内主机厂通常采用屏蔽高压线 ， 近年来日本主机厂主要采用非屏蔽高压线外包裹屏蔽网工序 。屏蔽高压线可减少EMI、RFI对整车系统的影响 。整条高压线束回路均实现屏蔽连接 ， 电机、控 制器及电池等接口高压线束屏蔽层 ， 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 。高压线的屏蔽对于电缆传导数据不是必须的 ， 但是可减少或避免高压线的辐射 。
耐压性能：常规汽车耐高压额定600V,商用车及大巴士电压可高达1000V;
耐电流性能：根据 高压系统部件的电流量 ， 可达250~400A;
耐温性能：耐高温等级分为125°C、150 ° C、200 ° C不等 ，常规选择150 ° C导线；低温常规-40 ° C 。
三、线径设计
需要综合考虑以下几方面：
①负载回路的额定电流值；
②电线导体的容许温度；
③线束工作时周围环境的温度；
④导线自身通电时温度上升引起的 通电率降低；
⑤成捆线束容许电流的折减系数 。
电线容许电流值 x 环境温度引起的通电率降低 x 捆扎引起的折减系数>额定电流值 。
鉴于环境温度对通电率降低的影响（驾驶室内 40丈、发动机室80丈） ， 导体阻抗的上升需做考虑 。因此：电线的耐热温度>环境温度+导体通电时的温度上升 。
导线最大稳态温升应不超过额定温度导线绝缘层、插件材料或其他导线涉及的材料 。导线安培容 量很多决定因素变量 ， 如：导体尺寸、绝缘材料、 绝缘层厚度、环境温度、导线捆绑尺寸、导体材料 。
四、高压连接器及充电口类型和应用
4.1 高压连接器类型和应用
高压连接器按有无屏蔽功能分为非屏蔽型连接器（图2)和屏蔽型连接器（图3) 。
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图2 非屏蔽连接器
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图3 屏蔽型连接器
非屏蔽型连接器结构相对简单 ， 无屏蔽功能 ，成本相对低 。使用在无需屏蔽的位置 ， 如充电回路、电池包壳体内部及控制器内部等由金属壳体包覆的电器上 。
屏蔽型连接器结构复杂 ， 有屏蔽要求 ， 成本相对高 。适用于必须有屏蔽功能的地方 ， 如电器外部 与高压线束的连接 。
所有高压连接器都要求防水 ， 根据使用位置不同 ， 防水等级也不一样 。目前使用居多的有1P连接 器（图4)、2P连接器（图5)及3P连接器 ， 超过3P 的连接器比较少见 ， 通用性太小而且开发成本高 ，—般连接器厂家很少开发 。
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1P连接器结构相对简单 ， 成本相对低 。满足高压系统的屏蔽、防水等要求 ， 但装配工序复杂 ， 维修性差 。一般可以应用在电池包甩线、电机甩线 等 ， 也可以使用在高压电器内部电路连接 ， 如高压 电池包内部等 。
2P连接器结构复杂 ， 成本相对高 。满足高压系 统的屏蔽、防水等要求 ， 维修性好 。一般用于直流 电输入输出 ， 如高压电池包上、控制器端、充电机 直流电输出端等 。
4.2 维修开关类型和应用
维修开关在高压系统中必不可少 ， 在高压系统 需要检查维修时 ， 必须先断开高压电源 ， 主要就是 通过断开维修开关来实现断开高压总电源 。
1) 带熔断丝开关（图6)—般安装在高压电 池包上 ， 并要布置在方便插拔的位置 。特点：带熔 断丝 ， 结构复杂 ， 成本相对高 ， 体积相对大 ， 适用 于大电流的高压系统上 。
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图6 带熔断丝开关
不带熔断丝开关（图7)结构简单 ， 成本 低 ， 体积相对小 ， 适用于布置空间紧张的位置 。如 果维修开关内部不带熔断丝 ， 高压电气系统中也应 该要有熔断丝对电路进行保护 。
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图7 不带熔断丝开关
4.3 充电接口的类型和应用
两种充电接口 ， 一种为车载充电机提供交流电 能的接口 ， 另一种是为电动汽车提供直流电能的接 口 ， 适用于交流额定电压为220V和直流额定电压不 超过750 V的电动汽 车传导式充电接口 。
1)直流快充充 电口（图8)满足国 标 GBT 20234.3—2011 。
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图8 直流快充充电口
车辆插头和车辆插座分别包含9对触头 ， 其电 气参数值及功能定义见表1 。
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车辆插头和插座的触头布置方式如图9和图10 所示 。
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充电口和充电座满足国标要求 ， 直流快充系 统 ， 电流电压较大 ， 整个充电口和充电座的要求更 高 ， 体积比慢充充电口和充电座更大 ， 成本较高 。国标规定：快充的额定直流电压为750V (DC) ， 额定直流电流为125 A和 250 A (DC)两 种规格 。
2)交流慢充充 电口（图11)满足 国标 GBT 20234.2— 2011 。
车辆插头和车 辆插座分别包含7对触头 ， 其电气参数值及功能定 义见表2 。
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车辆插头和插座的触头布置方式如图12和图13 所示 。
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充电口和充电座满足国标要求 ， 慢充系统与快 充系统相比 ， 工作电压电流较小 ， 整个充电口和充 电座要求比快充的低 ， 体积相对较小 ， 成本稍低 。国标规定 ， 慢充额定交流电压为交流250 V和440 V(AC) ， 慢充额定交流电流为16A和32A (AC) 。
五、屏蔽及EMC干扰设计
高压线束每个接口均采用屏蔽处理 ， 前后电机 接口处为屏蔽卡环与电气盒导轨压接 ， 控制器及电 池箱插件采用有屏蔽功能的结构件 。
EMC是新能源车型面临的一大问题 ， 电机、控 制器等高压部件发出不同频段的电磁波对整车音响 倒车影像及变速器传感器等产生干扰 ， 目前国标没 有详细关于此方面的标准 。有些主机厂采用在相关 高压零件（包括设备和线束）均增加磁环（图14) ，整车EMC问题得到大大的改善 。
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图14 磁环
5.1磁环材质
根据要抑制干扰的频率不同 ， 选择不同磁导率 的铁氧体材料 ， 铁氧体材料的磁导率越高 ， 低频的阻抗越大 ， 高频的阻抗越小 。
5.2磁环性能
[1]磁环的效果与电路阻抗有关电路的阻抗 越低 ， 则磁环的滤波效果越好 。铁氧体材料的阻抗 越大 ， 滤波效果也越好 。电缆两端安装了电容式滤 波连接器时 ， 其阻抗很低 ， 磁环的效果更明显 。
[2]磁环的安装位置 _般尽量靠近干扰源 。对于高压系统的高压线 ， 磁环尽量靠近电机、控制 器高压线的进出口 。
[3]磁环尺寸的确定磁环的内外径差越大 ，轴向越长 ， 阻抗越大 。内径_定要包紧导线 ， 因 此 ， 要获得大的衰减 ， 在磁环内径包紧导线的前提 下 ， 尽量使用体积较大的磁环 。
[4]电缆上磁环的个数增加电缆上磁环的个 数 ， 可以增加低频的阻抗 ， 但高频的阻抗会减小 ，这是因为寄生电容增加的缘故 。
六、车底板高压线束保护设计
高压线束系统必须满足整车总体布置及人机工 程的要求 ， 对于布置在发动机舱及底盘部分的高压 线束应特别注意线束的保护方式 。布置在底盘部分 的高压线束应充分考虑车辆涉水、刮底盘等情况 ，在布置设计高压线束的时候充分考虑防水、防泥沙 飞溅、防刮伤等因素 ， 可以采用塑料线槽、金属弯 管设计来保护高压线束 。线槽考虑可装配性 ， 分槽 盖导槽将高压线束扣合后固定在车底板上 ， 金属管 为弯折机器加工成型 ， 工艺相对繁琐 。本田思域为 线槽结构 ， 丰田普瑞斯为金属管结构 。
七、高压互锁HVIL设计
高压部件带有高压互锁人性化安全设计 ， 贯穿 整车所有高压部件 ， 拆卸前必须先断开高压互锁结 构才可执行拆卸操作 。由BMS、HCU执行控制反馈 。
八、高压线GROMMET方案设计
橡胶圈是固定在线束上的橡胶类部品 ， 和车体 相应部分相配合 ， 起密封、防水等效果 ， 多用于线 束穿过车身钣金的地方 。
高压线橡胶件考虑强度问题 ， 采用橡胶与塑料 组合件 ， 对钣金固定匹配、抗拉伸强度都有保证 。高压线束一般较粗 ， 弯曲应力相对很大 ， 高压连接器体积较大 ， 在橡胶圈设计上体积会大很多 ， 同时固定强度要求也会很高 ， 结构方面相对较复杂 ， 材料选择方面要求会更高 。
九、高压线束固定卡扣选型和包覆物
高压线束由于强度大 ， 选择推拉式螺柱固定卡 扣 ， 便于装配维修 。包覆物的作用主要有防磨、降噪、隔热、美观等 ， 特性如表3所示 。
十、总结
高压线束线径的合理选择 ， 固定保护的优化布 置 ， 成本控制都成为高压线束设计的要务 ， 新能源 汽车有着广泛的市场前景 。#连接器#充电#电池收藏
二、高压线束特性
高压线束耐压与耐温等级的性能远高于低压线束等级 ， 国内主机厂通常采用屏蔽高压线 ， 近年来日本主机厂主要采用非屏蔽高压线外包裹屏蔽网工序 。屏蔽高压线可减少EMI、RFI对整车系统的影响 。整条高压线束回路均实现屏蔽连接 ， 电机、控 制器及电池等接口高压线束屏蔽层 ， 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 。高压线的屏蔽对于电缆传导数据不是必须的 ， 但是可减少或避免高压线的辐射 。
耐压性能：常规汽车耐高压额定600V,商用车及大巴士电压可高达1000V;
耐电流性能：根据 高压系统部件的电流量 ， 可达250~400A;
耐温性能：耐高温等级分为125°C、150 ° C、200 ° C不等 ，常规选择150 ° C导线；低温常规-40 ° C 。
三、线径设计
需要综合考虑以下几方面：
①负载回路的额定电流值；
②电线导体的容许温度；
③线束工作时周围环境的温度；
④导线自身通电时温度上升引起的 通电率降低；
⑤成捆线束容许电流的折减系数 。
电线容许电流值 x 环境温度引起的通电率降低 x 捆扎引起的折减系数>额定电流值 。
鉴于环境温度对通电率降低的影响（驾驶室内 40丈、发动机室80丈） ， 导体阻抗的上升需做考虑 。因此：电线的耐热温度>环境温度+导体通电时的温度上升 。
导线最大稳态温升应不超过额定温度导线绝缘层、插件材料或其他导线涉及的材料 。导线安培容 量很多决定因素变量 ， 如：导体尺寸、绝缘材料、 绝缘层厚度、环境温度、导线捆绑尺寸、导体材料 。
四、高压连接器及充电口类型和应用
4.1 高压连接器类型和应用
高压连接器按有无屏蔽功能分为非屏蔽型连接器（图2)和屏蔽型连接器（图3) 。
图2 非屏蔽连接器
图3 屏蔽型连接器
非屏蔽型连接器结构相对简单 ， 无屏蔽功能 ，成本相对低 。使用在无需屏蔽的位置 ， 如充电回路、电池包壳体内部及控制器内部等由金属壳体包覆的电器上 。
屏蔽型连接器结构复杂 ， 有屏蔽要求 ， 成本相对高 。适用于必须有屏蔽功能的地方 ， 如电器外部 与高压线束的连接 。
所有高压连接器都要求防水 ， 根据使用位置不同 ， 防水等级也不一样 。目前使用居多的有1P连接 器（图4)、2P连接器（图5)及3P连接器 ， 超过3P 的连接器比较少见 ， 通用性太小而且开发成本高 ，—般连接器厂家很少开发 。
1P连接器结构相对简单 ， 成本相对低 。满足高压系统的屏蔽、防水等要求 ， 但装配工序复杂 ， 维修性差 。一般可以应用在电池包甩线、电机甩线 等 ， 也可以使用在高压电器内部电路连接 ， 如高压 电池包内部等 。
2P连接器结构复杂 ， 成本相对高 。满足高压系 统的屏蔽、防水等要求 ， 维修性好 。一般用于直流 电输入输出 ， 如高压电池包上、控制器端、充电机 直流电输出端等 。
4.2 维修开关类型和应用
维修开关在高压系统中必不可少 ， 在高压系统 需要检查维修时 ， 必须先断开高压电源 ， 主要就是 通过断开维修开关来实现断开高压总电源 。
1) 带熔断丝开关（图6)—般安装在高压电 池包上 ， 并要布置在方便插拔的位置 。特点：带熔 断丝 ， 结构复杂 ， 成本相对高 ， 体积相对大 ， 适用 于大电流的高压系统上 。
图6 带熔断丝开关
不带熔断丝开关（图7)结构简单 ， 成本 低 ， 体积相对小 ， 适用于布置空间紧张的位置 。如 果维修开关内部不带熔断丝 ， 高压电气系统中也应 该要有熔断丝对电路进行保护 。
图7 不带熔断丝开关
4.3 充电接口的类型和应用
两种充电接口 ， 一种为车载充电机提供交流电 能的接口 ， 另一种是为电动汽车提供直流电能的接 口 ， 适用于交流额定电压为220V和直流额定电压不 超过750 V的电动汽 车传导式充电接口 。
1)直流快充充 电口（图8)满足国 标 GBT 20234.3—2011 。
图8 直流快充充电口
车辆插头和车辆插座分别包含9对触头 ， 其电 气参数值及功能定义见表1 。
车辆插头和插座的触头布置方式如图9和图10 所示 。
充电口和充电座满足国标要求 ， 直流快充系 统 ， 电流电压较大 ， 整个充电口和充电座的要求更 高 ， 体积比慢充充电口和充电座更大 ， 成本较高 。国标规定：快充的额定直流电压为750V (DC) ， 额定直流电流为125 A和 250 A (DC)两 种规格 。
2)交流慢充充 电口（图11)满足 国标 GBT 20234.2— 2011 。
车辆插头和车 辆插座分别包含7对触头 ， 其电气参数值及功能定 义见表2 。
车辆插头和插座的触头布置方式如图12和图13 所示 。
充电口和充电座满足国标要求 ， 慢充系统与快 充系统相比 ， 工作电压电流较小 ， 整个充电口和充 电座要求比快充的低 ， 体积相对较小 ， 成本稍低 。国标规定 ， 慢充额定交流电压为交流250 V和440 V(AC) ， 慢充额定交流电流为16A和32A (AC) 。
五、屏蔽及EMC干扰设计
高压线束每个接口均采用屏蔽处理 ， 前后电机 接口处为屏蔽卡环与电气盒导轨压接 ， 控制器及电 池箱插件采用有屏蔽功能的结构件 。
EMC是新能源车型面临的一大问题 ， 电机、控 制器等高压部件发出不同频段的电磁波对整车音响 倒车影像及变速器传感器等产生干扰 ， 目前国标没 有详细关于此方面的标准 。有些主机厂采用在相关 高压零件（包括设备和线束）均增加磁环（图14) ，整车EMC问题得到大大的改善 。
图14 磁环
高压线橡胶件考虑强度问题 ， 采用橡胶与塑料 组合件 ， 对钣金固定匹配、抗拉伸强度都有保证 。高压线束一般较粗 ， 弯曲应力相对很大 ， 高压连接器体积较大 ， 在橡胶圈设计上体积会大很多 ， 同时固定强度要求也会很高 ， 结构方面相对较复杂 ， 材料选择方面要求会更高 。
九、高压线束固定卡扣选型和包覆物
高压线束由于强度大 ， 选择推拉式螺柱固定卡 扣 ， 便于装配维修 。包覆物的作用主要有防磨、降噪、隔热、美观等 ， 特性如表3所示 。
十、总结
高压线束线径的合理选择 ， 固定保护的优化布 置 ， 成本控制都成为高压线束设计的要务 ， 新能源 汽车有着广泛的市场前景 。
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