新能源高压线束设计要点浅析

根据电动乘用车高压电气系统对高压线束的使用要求，所设计的电动乘用车高 压线束应满足以下要求a、高压大电流的使用性要求。b、抗电磁干扰、防水、抗振、耐 磨、阻燃和接触可靠等安全可靠性要求。

1.高压电缆的设计

传统汽车是以汽油发动机为动力，传统汽车线缆作用是传输控制信号，承受的电流和电压都很小，故电缆直径较小，结构上也仅是导体外加绝缘，很简单。但根据电动乘用车高压电缆的使用要求，电动乘用车高压电缆主要起传输能量的作用，需把电池的能量传输到各个子系统，因此所设计的电动乘用车高压线束必须满足高压大电流传输。

a、LSZH可分为PO（聚烯烃）类和EPR（乙丙橡胶）类两大类，其中以PO类电缆料为主流。PO类LSZH阻燃电缆料的配方中有大量的AI（OH）3、Mg（OH）2无机阻燃剂，从而使该电缆 料具有较好的阻燃、低烟、无卤、低毒等特性，但同时也使其在物理机械性能、电气性能以及挤出工艺性能等方面与其他非阻燃材料及含卤阻燃材料存在差异。
b、TPE是一种兼具橡胶和热塑性塑料特性的高分子材料，在常温下显示橡胶的高弹性，在高温下又能塑化成型，但该材料不耐磨，不能满足电动乘用车高压线束的使用要求。
c、XLPE是由耐温等级为75℃的普通PE（聚乙烯）材料经过辐照交联后制得的，其耐温等级可达到150℃，并具有优良的物理机械性能、抗过载能力及长寿命等特点，但不阻 燃。
d、硅橡胶的击穿电压高，故具有耐电弧性、耐漏电痕迹性、耐臭氧性，其同时具有良好的耐高低温性，耐高温可达200℃，绝缘性能良好，在高温高湿条件下性能稳定、阻燃。在对比上述材料性能后，硅橡胶因具有物理机械性能良好、使用寿命长、价格低廉等优点而成为了电动乘用车高压电缆绝缘材料的首选。最终设计的电动乘用车高压电缆的结构如下图所示。

2. 高压连接器的设计
 大电流接触件的设计
通常连接器（主要指其中的接触件）都有使用温度限制，一旦使用温度超过规定限值，连接器就会因发热而降低安全性，甚至失效损坏。造成连接器使用温度增高的原因主要有两方面：
a、汽车本身。汽车上温度最高的部位就是发动机周围，例如传统汽车发动机周围温度可达125℃以上。
b、连接器本身。连接器在使用过程中会发热，连接器中插合的接触件存在接触电阻，接触电阻越大，功率损耗越大，接触件的温度越高，可靠性越低。

2.2耐高压性能设计
为了满足电动乘用车高压连接器的设计要求，必须通过结构设计和材料选择使高压连接器的各个部分均具有足够的介电强度，确保其耐高压性能。电动乘用车高压连接器的耐高压性能设计主要包括爬电距离、界面气隙和绝缘材料等方面。为了杜绝界面气隙的存在，在高压连接器设计时采取了如下措施：
a、在插合界面处采用了软绝缘材料，以保证在插合到位的同时将空气间隙填实。
b、插孔接触件外的绝缘采用了模塑的形式，将接触件外的间隙填实。
c、插头和插座的插合面采用锥面结构。
d、接触件连接电缆后部分电缆绝缘伸入连接器壳体绝缘。
为了提高连接器的耐高压性能，电动乘用车高压连接器选用了绝缘性能良好、击穿电压高、绝缘强度高、高温高压下稳定性好、耐电弧、耐漏电痕迹、吸湿性低的PPA（聚邻苯二甲酰胺）塑料。
2.3整体结构设计
最终设计的电动乘用车高压连接器的结构如图４所示。高压连接器的结构从里到外依次为内导体、绝缘层、屏蔽层、外壳。

3. 高压线束的整体设计
3.1 屏蔽性能设计为了提高连接器插合界面处的屏蔽性能，设计时采用了屏蔽簧结构，以保证插头与插座壳体间可靠接触；连接器头部内导体低于外壳界面，防止内导体接触到手指或其他金属，起到一定的保护作用，增加安全性；插合后，插座连接器与插头连接器的屏蔽层可靠接触，使插合面与外界屏蔽。
3.2 机械防护和防尘防水设计
由于电动乘用车高压电缆的直径较大，需要进行专门的布线走向，即电动乘用车高压线束布局在车外，因此必须对电动乘用车高压线束进行机械防护和防尘防水设计。

3.3 使用寿命设计
电动乘用车行驶在公路上，会受路面高低不平和车速快慢等因素的影响而产生高振动，导致高压线束与接触的零部件和其他线束间产生摩擦、磨损，以及高压线束本身的疲劳磨损。

3.4 整体结构设计
最终设计的电动乘用车高压线束的结构如图5所示。

4. 高压线束的性能试验
为了验证采用高压大电流接触件技术设计的高压线束的结构合理性、接触面积、接触电阻、抗振性等是否满足高可靠、长寿命及大电流性能等要求，在电动乘用车高压线束样品研制完成后按照相应的设计要求进行了相关性能测试，该电动乘用车高压线束的各项性能都满足了标准要求，其接触件结构、连接器结构及整个高压线束的设计具有一定的合理性。