新能源汽车线束布置方案及EMC 防护

2021年9月15日
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为了响应国家节能减排的号召,各大汽车生产厂家分别推出了不同类型的新能源汽车,并应用了先进的制造技术,将汽车的动力来源由传统燃料转变为电能。整车高压线束的设计和应用方案主要涉及线束的走向问题、路径的选择方式、高压连接器的种类、充电口的选择、屏蔽设计、线槽设计等。

1 线束设计方案

1.1 高压线束设计方案

高压线束能够为新能源汽车提供高压强电,其在线束设计中有着极其重要的意义。设计过程中应当遵循以下原则。

第一,对于线束的走向和路径设计。高压线束设计应当采用双轨制,此时运行系统能够产生的高压电已经超过人体的承受范围,车身不能被当做整车搭铁点。

第二,对于连接器的选型。连接器主要连接高压电流,并且要负责高压回路运行中的人机安全,因此设计人员应当选择耐高压、防水效果好、屏蔽层连接紧密的高压连接器。

第三,对于屏蔽设计。设计人员应当选用屏蔽性能较好的高压线,并且要将屏蔽网直接包裹在高压线的内部,在安装连接器时则需要保证屏蔽层的完全连接。

此外,设计人员可以从以下方面着手高压线束的设计工作:负载线路的额定值,电线导体的实际温度,线束结束工作后周边空气的温度,导线通电时给通电率带来的影响,成捆线束电流的折减系数。

1.2 低压线束设计方案

该设计方案主要可以分为以下几个步骤:

一是设计线束的走向途径;

二是选择线路的固定卡扣;

三是进行屏蔽设计;

四是选择连接器。

基于此设计方案的低压线束,不但具备传统汽车的功能,还能实现电控单元模块的功能。

在整体设计过程中,设计人员要着重考虑高压线束对其产生的干扰,遵循给不同信号源配置不同低压导线的原则。高压连接器主要可以分为屏蔽型和非屏蔽型两种。非屏蔽型连接器的内部结构比较简单,节约了屏蔽功能的安装成本,可以应用在不需要屏蔽功能的部位上,如充电回路、控制器内部、具有金属外壳的电器上。屏蔽型连接器则与之相反,适合应用在高压线束连接这种要求具有屏蔽功能的部位上。任意一款连接器都需要具有防水功能,连接的位置不同,选用连接器的防水等级也不同。

1.3 高低压线束布置方案

这一布置方案主要涉及以下几个环节。发动机舱,其线束布置方案属于全车型,是设计工作的难点和重点,集中了驱动电机、PDU 等设备的连接线束;驾驶室,此环节的设计针对传统车辆的布置结构而言;行李舱,涉及到高压线、电池控制系统、车载系统等结构的线束单元。

2 低压线束布置方案中屏蔽导线的选择及案例分析

2.1 分层式布线

当低压线束处于高频信号时,设计人员要选择双绞线和箔层屏蔽层;当低压线束处于低频信号时,设计人员要选择双绞线和编制层屏蔽层。

为了减少高压线束对强电流输送的干扰,规避低压线束对控制单元的电磁干扰风险,现对纯电动车进行高压线束和低压线束的分层式布线设计,并且保证低压线束在高压线束底部的20cm 左右。经过试车实验,此设计方案能够减缓强电工作干扰。

2.2 并列式布线

此方案比较适用于混合型新能源汽车,设计人员将高压线束连接到单元布线范围,使其与发动机的线束装置并列,让整体运行系能够避免来自高压线束供电电磁干扰的影响。

2.3 案例分析

案例一,电机温度感应器的信息汇报错误。原因分析:此时运行系统的高压线呈环状分布,温度感应器的分支线束能够直接通过高压区域,高压环境中产生的电磁干扰将会影响感应器的正常运转,进而显示错误信息。

解决方式:改变高压线的走向,在其中应用分层式布线方式,选择编织式屏蔽导线。

案例二,电池包导致的高压线磨损。原因分析:电池包在运行系统中的位置固定不变,因此高压线一直位于车身底盘之下,导致行车磨损。

解决方式:应用弯管成型方式,将高压线穿至金属导管后的压接插件中,使其在导线通过部位呈现出弯曲结构。

3 新能源车辆的EMC 防护

3.1 整车EMC 防护的电源分配方案

无论是纯电动车还是混合型汽车,采用的都是动力电源供电的方式,以此为汽车提供运行能源。如何在整车EMC防护设计中实现高压线束应用,是众多设计人员面临的一项难题。在整车EMC 防护设计中可以看出,辐射传导设计是其中的重点研究方向,因此设计人员在方案开始初期,就应当考虑这一因素。

整车范围的设计首先需要考虑各个零部件是否符合EMC标准,随后用线束将汽车运行系统中的各个控制单元连接在一起,再应用固定的防护方式将供电回路与接地点连接在一起,进而完成防护电源的配置工作。

3.2 整车EMC 防护的线束设计方案

线束设计需要满足汽车整体布局和人机建设工程的需求,对布置在底盘部分的高压线束,设计人员需要应用特殊的配置方式,充分考虑车辆的涉水深度、底盘的磨损率、泥沙飞溅的情况等因素,并采用塑料线槽或金属弯管的形式提高线束的安全程度,切实考虑线槽设计方式的可实施性,利用分槽设计方式将高压线束固定在车底板处。

在线束制造材料选择上,为了避免电磁波的干扰,设计人员应当选择双绞线,并将双绞线的线路回路布置在系统中其他线束的最外侧。整车线束传导和发射的大多数电流都和电源线有关。因此,设计人员在进行EMC 防护线束设计时,需要遵守以下几点注意事项:处理好电源的开关部分,在结构设计中优先考虑环路控制方式;如果电路系统中涉及敏感信号,需要选择屏蔽线缆进行传输,在其屏蔽层中做好全方位的搭接处理工作;如果信号线缆与高压网路和强干扰信号之间的距离较远,需要对耦合布线进行合理配置;做好滤波器的相关工作,减少系统引线存在的电感;在线缆设计中要保持足够的信地比例,且设计人员需要分析设计过程中可能出现的问题,尽早做出合理安排和配置。设计人员尽快对上述问题进行分析和解答,就能尽早规避后期设计存在的风险。

4 结语

通过对新能源汽车线束设计方案的配置以及对EMC 防护方式的研究,有效减少了强电线束运行时产生的干扰,并且在搭载台实验和实车实验中,设计人员在不断对线束配置方式进行优化。目前,应用在新能源汽车中的线束设计方式和EMC 防护措施,已经得到了业界人士的广泛认可。

来源于网络,作者田金标,版权归原作者所有

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