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近年來(lái)隨著新能源汽車(chē)的日益發(fā)展，積極響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排，推廣使用新能源，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的號(hào)召。車(chē)生產(chǎn)廠分別推出了自己的新能源汽車(chē)產(chǎn)品，其中包括純電動(dòng)汽車(chē)、混合動(dòng)力汽車(chē)。進(jìn)而隨著技術(shù)的逐步完善，已趨于用電力取代了傳統(tǒng)的燃料作為汽車(chē)的動(dòng)力來(lái)源。對(duì)于新能源車(chē)輛的設(shè)計(jì)及研究，存在著各種設(shè)計(jì)方面困擾和新的設(shè)計(jì)理念的誕生，整車(chē)線束作為車(chē)輛的信號(hào)傳輸、整車(chē)供電、車(chē)輛功能實(shí)現(xiàn)的主要連接及傳輸系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中同時(shí)也面臨著設(shè)計(jì)方案、布置走向、EMC 防護(hù)等設(shè)計(jì)方面的考驗(yàn)。
2.
線束設(shè)計(jì)方案
目前新能源車(chē)輛主要有純電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)兩種形式，針對(duì)于整車(chē)線束設(shè)計(jì)而言， 區(qū)別于傳統(tǒng)汽油車(chē)整車(chē)線束，有高壓線束和低壓線束，不同形式新能源車(chē)輛的線束設(shè)計(jì)采用了不同形式的設(shè)計(jì)方式和布置方案。
2.1 高壓線束設(shè)計(jì)方案
高壓線束在新能源車(chē)輛上主要提供高壓強(qiáng)電供電作用，因此對(duì)于線束的設(shè)計(jì)及布置尤為重要，主要遵循以下幾個(gè)方面的原則：
01
線束走向設(shè)計(jì)、線徑設(shè)計(jì)：
高壓線束設(shè)計(jì)采用雙軌制，由于高壓已經(jīng)超出人體安全電壓，車(chē)身不可作為整車(chē)搭鐵點(diǎn)，因此高壓線束系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，直流高壓電回路必須嚴(yán)格執(zhí)行雙軌制。高壓線束可分為電機(jī)高壓線、電池高壓線、充電高壓線等。
02
高壓連接器選型：
高壓連接器主要負(fù)責(zé)高壓高電流連接和傳輸，并負(fù)責(zé)高壓回路的人機(jī)安全。因此高壓線束連接器目前多采用耐高壓、防水等級(jí)高、環(huán)路互鎖、屏蔽層連接等功能。
03
屏蔽設(shè)計(jì)：
采用屏蔽高壓線，屏蔽網(wǎng)包覆在高壓線內(nèi)部。，連接器連接時(shí)實(shí)現(xiàn)屏蔽層的連接。考慮到電磁干擾的因素，整個(gè)高壓線束系統(tǒng)均由屏蔽層全部包覆。
2.2 低壓線束設(shè)計(jì)方案
(1）線束走向設(shè)計(jì)、線徑設(shè)計(jì)：
(2）低壓線束固定卡扣選型：
(3）屏蔽設(shè)計(jì)：
(4）低壓連接器選型：我司新能源車(chē)輛低壓線束設(shè)計(jì)方案延續(xù)傳統(tǒng)車(chē)設(shè)計(jì)平臺(tái)。低壓線束滿足傳統(tǒng)汽車(chē)功能的實(shí)現(xiàn)外，還負(fù)責(zé)強(qiáng)電控制單元模塊的功能實(shí)現(xiàn)。低壓線束設(shè)計(jì)與布置方案中考慮高壓線束對(duì)其產(chǎn)生的干擾防護(hù)。不同信號(hào)源采用不同的低壓屏蔽導(dǎo)線。
3.
高低壓線束布置方案?
1、高低壓線束布置區(qū)域劃分:
發(fā)動(dòng)機(jī)艙：整車(chē)線束布置的重點(diǎn)也是難點(diǎn)，它集中了 PDU、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電動(dòng)壓縮機(jī)等高壓連接線束。MCU、VCU、DC-DC以及各類(lèi)傳感器等等低壓線束部分。
駕駛室內(nèi)：基于傳統(tǒng)車(chē)布置結(jié)構(gòu)。?
行李艙：主要包括充電高壓線、動(dòng)力電池控制系統(tǒng)、車(chē)載控系統(tǒng)等低壓線束單元。
2、高低壓線束布置結(jié)構(gòu)形式：
分層布置：高壓線束與低壓線束分為上下層級(jí)關(guān)系。
并列布置：走向相同但采用依附車(chē)身機(jī)構(gòu)并列布置。
3、低壓線束布置方案中屏蔽導(dǎo)線選擇：
高頻信號(hào)：線束采用雙絞線、屏蔽層采用箔層屏蔽。
低頻信號(hào)：線束采用雙絞線、屏蔽層采用編織層屏蔽。
屏蔽導(dǎo)線的接地形式：
單點(diǎn)接地：低頻信號(hào)采用單點(diǎn)接地。
多點(diǎn)接地：高頻信號(hào)采用多點(diǎn)接地。
3.1 分層式布線
為了避免高壓線束傳輸強(qiáng)電電流時(shí)產(chǎn)生電磁干擾，導(dǎo)致低壓線束對(duì)控 制單元供電及信號(hào)傳輸受到電磁干擾的風(fēng)險(xiǎn)，因此我司純電動(dòng)車(chē)輛采用了高壓線束與低壓線 束分層式設(shè)計(jì)，保證低壓線束在高壓線束底層 200-300mm 距離范圍內(nèi)。經(jīng)實(shí)車(chē)驗(yàn)證。該設(shè)計(jì)方案有效避免了強(qiáng)電工作產(chǎn)生的干擾。布置形式如圖1：
a.高壓線束環(huán)狀接線時(shí)低壓線束環(huán)狀外布線
b.高壓與低壓線束分區(qū)布置
c.高壓與低壓線束集中部分全部采用屏蔽導(dǎo)線連接
d.高壓與低壓線束分層布置
圖1 高低壓分層式布線圖
3.2 并列式布線
并列式布線方案適用于混合動(dòng)力車(chē)型，我司混合動(dòng)力車(chē)采用該布線方 案，將高壓線束連接單元布線區(qū)域和發(fā)動(dòng)機(jī)電噴線束布置區(qū)域并列。進(jìn)而有效避免高壓線束 傳輸供電時(shí)產(chǎn)生的電磁干擾。如圖 2:
圖2 并列式布線圖
3.3 高低壓線束布置案例分析
---原因分析：高壓線形成環(huán)狀連接。溫度傳感器回路分支線束垂直通過(guò)高壓環(huán)狀區(qū)域。高壓產(chǎn)生電磁干擾導(dǎo)致傳感器信號(hào)失效。
---解決措施：更改分支走向形成分層結(jié)構(gòu)，并選取多芯編織網(wǎng)式屏蔽導(dǎo)線，通過(guò)驗(yàn)證問(wèn)題解決。
案例二：電池包總正總負(fù)高壓線磨損
---原因分析：動(dòng)力電池包布置位置所限，導(dǎo)致總正總負(fù)高壓線布置在車(chē)身底盤(pán)下，導(dǎo)致行車(chē)磨損。
---解決措施：采用彎管成型方案，將高壓線纜穿入金屬導(dǎo)管后壓接插件，在將導(dǎo)線通過(guò)彎管成型。
4.
新能源車(chē)輛的 EMC 防護(hù)
新能源車(chē)輛不論是純電動(dòng)車(chē)和混合動(dòng)力車(chē)均采用動(dòng)力電池作為能量來(lái) 源給整車(chē)供電，依靠高壓線束傳輸，這在整車(chē) EMC 線束防護(hù)設(shè)計(jì)方面是個(gè)很復(fù)雜的課題。針對(duì)整車(chē) EMC 產(chǎn)生的形式可以看出輻射傳導(dǎo)是整車(chē)線束 EMC 防護(hù)的重心。在開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)初期 EMC 整車(chē)線束如何防護(hù)就要考慮進(jìn)去 。
4.1 整車(chē) EMC 防護(hù)的電源分配方案
整車(chē)范圍內(nèi)首先保證零部件的 EMC 符合標(biāo)準(zhǔn)要求，通過(guò)線束連接將各個(gè)控制單元連接在一起，在電源分配方面所采用的防護(hù)方式為供電回路與接地點(diǎn)回路在同一 接插件中采用圖 3方式進(jìn)行孔位排列。
圖3 電源分配方案
4.2 整車(chē) EMC 防護(hù)的線束設(shè)計(jì)方案
在線束材料選取方面為了可以有效的防止因?yàn)榫€束電流過(guò)大造成電磁 干擾問(wèn)題，所以在線束材料選取上一般采用雙絞線，并將雙絞線回路布置到其他線束最外側(cè)，在高頻信號(hào)方面，可以采用屏蔽雙絞線。整車(chē)線束中的傳導(dǎo)發(fā)射 90%都與電源線相關(guān)，因此在線束評(píng)估及設(shè)計(jì) 時(shí)需要注重以下幾個(gè)方面：
01
開(kāi)關(guān)電源部分處理，設(shè)計(jì)上考慮環(huán)路控制。
02
敏感信號(hào)采用屏蔽線纜傳輸，且屏蔽層做好 360 度搭接處理。
03
信號(hào)線纜遠(yuǎn)離高壓網(wǎng)絡(luò)和強(qiáng)干擾源，且合理的與地做緊耦合布線。
04
做好濾波器“搭鐵”接地處理措施，減少引線電感。
05
線纜中保證足夠的信地比，且需要做合理的安排和配置。
對(duì)于以上問(wèn)題，越早評(píng)估，后期風(fēng)險(xiǎn)越小。
4.3 電源線傳導(dǎo)瞬態(tài)抗擾防護(hù)的設(shè)計(jì)分析
電源線傳導(dǎo)瞬態(tài)抗擾度在設(shè)計(jì)初期應(yīng)該同時(shí)考慮新能源車(chē)輛高壓、低 壓工作時(shí)浪涌、脈沖、靜電干擾的防護(hù)設(shè)計(jì)。
4.3.1 浪涌干擾設(shè)計(jì)防護(hù)
浪涌有持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，能量大的特點(diǎn)，與傳統(tǒng)的浪涌波形相像，圖 4 是幾種浪涌形式，需要慎重考慮。
圖4 浪涌干擾防護(hù)及電壓波形
4.3.2 脈沖干擾防護(hù)
各種開(kāi)關(guān)繼電器及保險(xiǎn)絲在開(kāi)啟或者關(guān)閉的過(guò)程中，由于電弧產(chǎn)生的干擾脈沖，也需要進(jìn)行線束設(shè)計(jì)初期考慮的防護(hù)。
圖5 脈沖干擾防護(hù)及電壓波形
4.3.3 靜電干擾設(shè)計(jì)的防護(hù)
靜電放電對(duì)于新能源車(chē)輛危害非常大，會(huì)引起嚴(yán)重的安全問(wèn)題，各個(gè)零部件和整車(chē)都要保證足夠高的抗擾度。
圖6 靜電干擾設(shè)計(jì)電壓波形
通過(guò)以上數(shù)據(jù)的分析靜電抗擾設(shè)計(jì)的要點(diǎn)需要考慮一下方面：
1）敏感信號(hào)消抖處理
2）系統(tǒng)等電位設(shè)計(jì)
3）根據(jù)需求做絕緣隔離處理
4）敏感電路屏蔽處理
6）合理的進(jìn)行搭鐵接地
7）關(guān)鍵信號(hào)走線全路徑抗擾控制
8）敏感信號(hào)遠(yuǎn)離板邊和 IO 接口
9）選擇合適的防護(hù)器件
5.
總結(jié)
通過(guò)新能源線束設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)前期的線束合理化設(shè)計(jì)與布置，以及對(duì)新能源車(chē)輛原理設(shè)計(jì)階段 EMC 防護(hù)的重點(diǎn)考慮，有效的避免了強(qiáng)電線束工作時(shí)產(chǎn)生的干擾，并通過(guò)搭載臺(tái)架、實(shí)車(chē)認(rèn)證，不斷優(yōu)化線束布置方案與 EMC 設(shè)計(jì)。目前所采用的線束布置形式，以及采用的各項(xiàng)EMC 防護(hù)方案與措施，在批產(chǎn)項(xiàng)目中得到充分的驗(yàn)證和認(rèn)可。
編輯：黃飛
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評(píng)論