線束工程師服務平臺
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傳統(tǒng)的新能源汽車線束由導線和塑料線槽組成。因為由于塑料線槽散熱差,高壓電線束需要更大規(guī)格的導線,以減少熱的影響。此外,變更開發(fā)新的 線槽保護模具設(shè)計成本高,生產(chǎn)周期長。所以我們看到了管屏蔽線束方案,其中代表性有住友高壓線束。
隨著新能源汽車近幾年快速的發(fā)展。其高壓電氣部件如電動機、逆變器和高壓電池,也不斷的發(fā)展和改進。在其之間連接高壓線束也在不斷的發(fā)展和改進。整車急需高壓線束降低成本、減輕重量和減小布置空間。
圖1為住友高壓線束產(chǎn)品量產(chǎn)的時間線。1999年,我們公司開始為本田INSIGHT大規(guī)模生產(chǎn)高壓線束產(chǎn)品。第一次全面的高壓線束零件開發(fā),如電線,端子和連接器,開始于2001年,為豐田ESTIMA混合動力車開發(fā)。在端子方面,根據(jù)連接接口的技術(shù)要求,開發(fā)了2種螺栓型模塑型和插頭型連接器。電磁屏蔽最初是單獨屏蔽電纜,然后在2003年將整體編織線束屏蔽線束引入豐田普銳斯,并在2005年為本田CIVICHYBRID推出了首個管屏蔽技術(shù)。高壓線束的最高溫度要求也從最初的120℃改變到150℃。

圖2展示了高壓線束產(chǎn)品在HEV車型中的應用。在右邊,展示了線束總成,使用了線槽固定。在左下角是電機線束,端子使用螺栓連接的形式,采用整體屏蔽。

為避免高電壓線束對低壓線束、收音機等造成干擾,電磁屏蔽對高壓線束尤為重要,另外新能源汽車高壓線束大部分在底盤布線,機械防護性能對高壓線束也尤為重要。
圖3左側(cè)為單獨屏蔽高壓線束,每根導線上覆蓋著一層銅制的編織屏蔽,右側(cè)為整體屏蔽方案,電纜外沒有單獨的編制屏蔽,而是在多根高壓電纜外側(cè)進行整體屏蔽。2003年豐田普銳斯使用了整體屏蔽高壓線束設(shè)計方案,以簡化線束結(jié)構(gòu),減少了必要部件的數(shù)量,從而降低了整體高壓線束系統(tǒng)的成本,圖4顯示兩種設(shè)計方案外側(cè)使用防護套管及注塑線槽進行機械防護。

以上高壓線束設(shè)計方案的缺點如下:
1. 低熱傳導:防護套管和注塑線槽造成的低熱傳導率,線束在軸向的導熱性較低;
2. 由于這種低熱量轉(zhuǎn)移的結(jié)果,導線的尺寸增加,導致高電壓線束的重量及成本增加;
3. 機械防護結(jié)構(gòu)(線槽):如果高壓線束的布局發(fā)生變化,線槽的形狀及結(jié)構(gòu)也需要改變,這增加了成本,及加長了開發(fā)周期。
為了消除這些缺點,住友開發(fā)了管式屏蔽高壓線束,即將非屏蔽的高壓線束裝進鋁合金的管子里邊,鋁合金鋼管將電磁屏蔽和機械防護有效的結(jié)合在一起,如圖5。

與前邊提到的單獨屏蔽和整體屏蔽使用防護套管和注塑線槽的方案有以下優(yōu)點:
1. 鋁合金材料的高傳熱,可以減小線束的導體規(guī)格;
2. 減輕整體高電壓線束系統(tǒng)的重量;
3. 高壓線束布置安裝更容易、靈活。
這種方案在本田INSIGHT(2009年)、CR-Z和飛度混合動力(2010年)、FREED混合動力(2011年)進行了運用。
通過實驗對鋁合金管高壓線束與標準的聚丙烯塑料管保護的高壓線束進行了散熱能力的比較,實驗表明鋁合金管散熱能力優(yōu)于標準的聚丙烯塑料管。
測試設(shè)置如圖6所示,這兩個組件都被放置在一個加熱系統(tǒng)的頂部,該系統(tǒng)產(chǎn)生約350℃的高溫。圖7為測得的表面溫度測量結(jié)果,鋁合金管具有較好的導熱性,在軸向的傳熱性能比塑料保護器好得多。

這種優(yōu)秀的散熱性能,可以減小高壓電纜的導體規(guī)格,并且可以降低電纜的耐溫等級,這兩個方面可以有效的降低高壓電纜的成本。
另外由于此種設(shè)計高壓電纜由屏蔽電纜更改為非屏蔽電纜,省去了電纜外護套及注塑防護線槽,重量可降低大約18%,由于高壓電纜由屏蔽電纜更改為非屏蔽電纜,高壓連接器的設(shè)計變得更加簡單。

由于鋁合金鋼管有很好的成型性能,使用鋁合金鋼管的高壓線束更利于制造中的安裝。

使用鋁合金鋼管的高壓線束,剛度好,不下垂,其固定點間距可以設(shè)置的更遠,傳統(tǒng)的高壓線束由于其柔性大,布置在底盤時,很難保證其離地間隙。

使用注塑線槽的高壓線束在設(shè)計變更時,需要重新開?;蛐薷哪ゾ撸褂娩X合金鋼管,只需要折彎即可,大大縮短了高壓線束的開發(fā)周期。


另外一個最關(guān)的性能就是電磁屏蔽性能,圖16電磁屏蔽性能的測試方法。

從測試的結(jié)果來看,0.8MHz的單獨屏蔽電纜高壓線束的屏蔽性能更好,大于0.8MHz使用鋁合金管路的高壓線束電磁屏蔽性能更好。

因為是使用了鋁合金鋼管,且又布置在車輛的底盤下方,防腐性能的測試必不可少,圖18顯示了碎石撞擊測試后管路有和鹽霧試驗后的線束總成滿足鹽霧試驗的要求。

總結(jié):鋁合金管式屏蔽高壓線束從防護結(jié)構(gòu)和材料著手對高壓線束進行優(yōu)化,在高壓線束重量、成本、開發(fā)周期及制造方便等方面獲得了全方面的提升,希望我們國內(nèi)的企業(yè)也能不斷創(chuàng)新,提升產(chǎn)品的競爭力,不能一味的跟隨。
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