高压线束的标准与设计要求（全）

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高压线束的标准与设计要求（全）

2024-06-28 18:49| 来源: 网络整理| 查看: 265

b) 向供应商获得需要规格的导线发烟曲线，通过电流和线芯温度曲线来初步选取可行线径规格，如截面积35mm²或50mm²等。

•输入信息：初选的导线规格以及客户的电流、电压、温度要求 •选型工具：相应规格导线的发烟曲线 •输出信息：初选导线线径范围，如截面积大于35mm²等

例如：客户端设备的环境温度是85℃，工作电流要求200A，而我们通过M6040的发烟曲线来确定线径大小。

如下图，纵轴为导线温度，横轴是工作电流，图中有四条线径规格的曲线。

首先客户要求的工作电流是200A，我们可以通过200A的横轴坐标对应各曲线的交点可以得出四条水平虚线分别代表四个线径导线在200A情况下的温度情况。

通过M6040的M-Spec介绍M6040的导线工作温度是150℃，可以发现在四条温度水平线中有两条红色虚线位于150℃水平线的上方，而两条蓝色水平线则在150℃下方。说明在环境温度85℃，工作电流200A情况下， 16SQ和25SQ的导线温度已经超出的M6040这款线束的工作温度，而25SQ和35SQ的导线则没有超出。

所以在这种情况下，可以判断16SQ和25SQ不符合要求，可以选择在35SQ或者50SQ的线径规格。

图*—导线特性曲线

c) 将选出的线径规格导线信息按照一下输入信息列表输入”Cable Simulation Tool”，得出相应的”gauge-current-temperature raisecurve”，通过得出的温升曲线可以进一步核实所选导线在客户指定工作电流和温度环境要求下温升幅度以及确认是否超出所选导线本身的极限工作温度。

•输入信息：”CableSimulation Tool”输入信息（如下表） •选型工具：”CableSimulation Tool” •输出信息：”gauge-current-temperature raise curve”- 所需验证的具体规格和线径导线的模拟温升曲线（如下图）表*—“Cable Simulation Tool”输入信息

注：以下导线模拟系统所需导线特性参数的输入信息可以结合导线规格资料以及从供应商处获得。

图*—“Cable Simulation Tool”输出结果

d) 保险丝、导线匹配模拟及线束选型升级

将” Cable Simulation Tool”模拟演算出的”gauge-current-temperature raisecurve”输入到”保险丝/导线选型匹配工具”，系统会自动通过一系列公式进行演算模拟出与相应保险丝匹配的导线线径规格。

系统在进行导线性能与保险丝匹配模拟的时候，当演算失败是会自动对于最初选型的导线线径规格进行升级并重新演算，直到符合所有演算条件，并输出最终线径选型规格完成导线选型。

•输入信息：导线发烟曲线数据输入”保险丝/导线选型匹配工具”后台数据库 •选型工具：”保险丝/导线选型匹配工具” •输出信息：与所选Fuse型号的特性匹配模拟以及升级后确定的最终导线线径规格（保险丝/导线匹配模拟选型结果如下图）

系统内部模拟演算流程图过程如下:

图*—模拟演算流程

图*— Fuse/导线匹配模拟选型结果输出

如上图，最终”保险丝/导线选型匹配工具”会输出保险丝型号和最终导线规格，并且输出导线发烟和保险丝熔断的电流/时间曲线。根据电流/时间曲线，我们可以进行如下例子的判断分析：

举例：我们得到如下导线发烟和保险丝熔断的电流/时间曲线，我们以玻璃管型保险丝和35sq导线（150℃环境发烟曲线）为例可以分析归纳出以下四种情况：

• 安全区域 • 有限安全区域 • 保险丝熔断区域 •保险丝瞬间熔断区域

图*—保险和导线校核曲线

区域一、Safety Area – 安全区域（红色区域）

在红色区域范围内，保险色熔断曲线和导线发烟曲线无限接近225A垂直线但并为相交。说明当电流小于225A时长时间工作状态下，保险能够保持不熔断而导线也没有出现发烟现象，都能正常工作。

区域二、Limited Safety Area – 有限安全区域（黄色区域）

黄色区域在225A和410A纵轴垂线之间，35sq导线发烟曲线先与410A垂直线在140s的纵坐标垂线相交。

说明在225A和410A之间的电流范围，导线会先于保险丝熔断而出现发烟现象。所以当客户的电流要求在大于225A小于410A情况下，此玻璃管型保险丝与35sq导线的匹配存在风险。

所以需要明确客户的电流要求以及峰值持续时间，当客户端峰值持续时间小于客户电流对应的导线临界发烟时间，那么保险丝不会熔断而导线也不会发生发烟现象，均能正常工作，但实际上保险丝未能起到熔断保护的作用。

区域三、Fusing Area - 保险丝熔断保护区域（绿色区域）

绿色区域在410A和1000A的区间范围内，保险丝熔断曲线先于导线发烟曲线与纵坐标垂线相交，、保险丝会先于导线发烟而提前熔断从而起到保护电路的作用。

区域四、Instant Fusing Area - 瞬间熔断区域（蓝色区域）

保险丝熔断曲线与电流横坐标相交与1s的时间节点，说明在大于1000A的电流情况下，保险会在1S以内瞬间熔断，而导线不会发烟正常工作。

5.6 回路设计Circuit design

HV系统回路设计主要确定用电设备之间的连接关系，及其回路数量，并根据实际情况确认是否需要在回路中间使用inline接插件。以此来完善原理图设计。

输入信息：4.2、4.3、4.4、4.10

A、确定设备之间的连接关系

1、根据客户输入信息的用电设备和设备类型，确定回路数；

表*—设备回路表举例

设备类型图片回路原理图 charger AC/DC

3相交流电进 2相直流电出

电动空调压缩机直流高压电机

2相直流

2、确定设备端出线形式

出线形式包括甩线形式和接插件形式。

甩线形式通过环形端子压接导线后连接到设备，使用pass-through将导线屏蔽层连接设备接地，并将设备上的导线过孔密封。

接插件形式使用接插件公端安装在设备端，起到连接屏蔽层接地和密封作用。

甩线形式需将线束预装到设备端，如果连接的另一端设备距离较远中间需使用到inline接插件。而接插件形式只需将公端安装至设备端即可。接插件需此处有足够的插拔空间，反之使用甩线形式。

图* —甩线形式

图*—接插件形式

3、回路中inline接插件的设计。

通常情况下使用在设备端甩线出线形式并且另一端设备相距较远，可以在线束中间使用inline接插件，并需具备HVIL功能。如，某线束一端设备为电池包在行李箱，需使用甩线形式出线，而另一侧电动空调设备在前舱，相距较远，故在线束中间靠近电池包一侧使用inline接插件。（获取本文PDF版文档，请在“线束工程师”微信公众号内，回复关键词“高压线束技术要求”。）

因在线束中间增加inline接插件后，增加了端子压接和端子连接，线束回路接触电阻增大，回路压降和功耗增大，所以选择inline接插件需慎重。

图*—inline接插件图示（左图实物，右图原理图）

B、HVIL回路设计

高压互锁回路目的是确定所有高压接插件都在整车系统控制范围内，确保HV接插件状态。当要拔出HV接插件前，必须先断开HVIL回路，而安装时相反，目前主要通过接插件物理结构来控制插拔先后顺序。

HVIL回路目前常用的是两种：一是整车所有高压接插件一个控制回路；另一种是发动机控制一个回路、其他设备一个回路。此两种情况目前在OEM主机厂都有使用。

设备串联顺序无特殊要求，以线束走线优化为佳。如下图为某HVIL回路设计原理简图。

HVIL回路结构形式常用形式有两种：一是接插件自带HVIL结构（参考5.8中接插件HVIL选型）；另一种是揭盖HVIL结构形式，如下图所示，某电动车前舱，在插拔前舱HV接插件前，需先拆除上黑色大塑料板，塑料板连接一HVIL接插件。

图*—揭盖HVIL形式

衍生形式：从揭盖HVIL形式中可衍生出接插件遮挡安装螺栓结构形式，原理是在拆除上盖的安装螺栓前，必须先拆开接插件。

C、回路安全校核

校核回路设备、保险丝和导线是否匹配，主要校核目的是，在保险丝未熔断前确保导线能正常工作，当设备出现短路等故障时保险丝能启动保护作用。具体详细校核步骤参考5.5 ：d) 保险丝、导线匹配模拟及线束选型升级。

5.7 整车空间布置Harness routing design &3D design

在HV线束空间布置前，通常客户已经确定了设备端在整车上的布置，此时进行HV线束布置，需结合客户车辆3D数据合理布线，过程中应考虑线束的适当保护、固定和隐蔽。

输入信息：4.3、4.4

1、HV线束空间布置基本原则：

•应尽量避免HV线束从乘客舱走线，如因设计需要，HV线束需连接前舱和行李箱的情况时，可以将HV线束通过车身钣金过孔，从车辆底盘下走线，这样同时能有利于HV线束EMC设计；

•应避开和低压线束一同走线，防止干扰低压线束，高低压线束应尽量避开交叉走线，高低压线束平行布线相距100mm，（除非不影响EMC）；

•高压线束同燃油管相隔至少100mm；

•相关联的正负极导线之间的距离需保持20mm（按屏蔽层外缘距离测量）；

•相关联的导线长度差不允许超过35mm；

•高压线束同静止部件间隙至少10mm；

•高压线束同运动部件间隙至少25mm；

•应尽量避开车身碰撞后变形较大区域，以防止车辆出现意外碰撞后高压线被钣金割裂或绝缘层被破坏导致车身带有高压形成电击伤害，比如尽量不在前后防撞梁、侧围钣金和车门内走线。

2、相关联的高压线束（如点击三相线或主电源电池包线）必须统一一起并对称布置。

3、空间布置过程中要对线束做好保护和固定。具体设计方法参考5.8和5.9。

4、线束走线弯曲半径不宜过小，过小宜造成接插件密封件失效、导线绝缘皮损坏。导线合适的弯曲半径如下表。

表*—高压导线弯曲半径

导线类型弯曲半径屏蔽导线大于5倍的导线外径非屏蔽导线线径≥5sq 大于5倍的导线外径线径200mm），应在弯曲线束中间增加固定点。

图*—导线弯曲固定点示意

导线过孔固定要求：通常导线过孔时会有胶套保护并固定，为了固定点按结构方式可以分为：卡扣、支架、橡胶套卡扣，常用的线束固定方式，样式多样，固定形式多，方便易用。

支架，可根据实车环境进行设计。

橡胶套，通常适用在线束过钣金孔处，同时具备防护线束被钣金割伤、固定线束、线束过孔密封。

表*—固定点结构方式

类型图片适用范围卡扣

形式多样，适合大部分情况通过现有BOD选型支架

导线弯曲应力较大大平方导线需根据实车情况开发设计橡胶套

过钣金孔

a) 卡扣

卡扣固定方式：卡扣固定于导线后固定、扎线束后固定到车身，双管夹；

卡扣固定钣金方式：卡钣金、卡螺柱、卡孔。通常情况下车底盘走线常用卡螺柱形式，一方面车底下不宜开孔和无突出钣金，另一方面卡螺柱形式卡扣拉脱力能达到300-500N，卡钣金和卡孔形式拉脱力通常为100-300N。

表*—卡扣固定方式

Tape on clip

卡钣金

扎线束后固定到车身

卡螺柱

双管夹

卡孔

卡扣固定点扎线方式：单扎、多扎

单扎：是指一股导线或者单根导线使用一个扎带扎线后固定到车身

多扎：是指两股导线或者两根导线使用一个卡扣，分别捆扎，并用扎带上的同一个固定点固定到车身上

5.13 辅料设计Accessory design

线束总成还包括一些辅料，这些辅料有胶带、热缩管、标签。

胶带，固定保护作用，常用来固定波纹管。选择胶带主要参考使用环境温度，此决定了胶带所使用的材料。目前较常用的M4037胶带，为PVC材料，高温试验为7天136℃。所以在选用胶带过程中，一定要选取合适耐温等级的胶带。其次胶带选型过程中还应注意颜色为橙色，并选取合适宽度的胶带。

胶带的缠绕方法和用量计算，胶带缠绕分为，稀绕、密绕、点缠。稀绕用量为所要缠绕线束长度的2倍；密绕为3-4倍；点缠绕3-5圈。

注：胶带使用时需考虑波纹管内线束是否需要稀绕胶带。

热缩管，常用在端子压接部位、导线连接部位。同一设备上的“正负极”或者电机的“UVW”端热缩管最好使用不同颜色以便区分。

热缩管选取主要因数：使用环境温度、颜色、收缩前后内径、收缩比、单双壁选择。热缩管收缩比影响收缩后的内径，需小于导线外径。使用在较光滑物件可以采用双壁热缩管，内侧为带胶，可以更可靠的固定在被缩物体上。

标签，包括线束信息标签和高压警示标签。线束信息标签包括标签主要包括内容：供应商、客户、项目信息、产品号、产品唯一性标示、二维码、生产日期、电机线束“UVW”标识等。高压警示标签主要使用来提醒注意高压设备、高压线束。如下图为目前使用的线束信息标签和高压警示标签。

图*—线束信息标签和高压警示标签

5.14 EMC设计（总成）EMC design (Harness assembly) 5.15 设计评估（重量、安全、材料、成本）Design assessment (Optimization: Weight, Material, Cost, Safety, etc. ) 6、型式试验项目及要求（设计验证）Test items and requirements (Design validation)

GRE Application C ACTraction Cable Assembly Apr 6,2011

Leg Item Standard & Describe Leg 1. Mechanical Fatigue 1．High Temperature Durability 高温耐久 GM 5.3.1.1 2．Mechanical Shock 机械冲击 GM 5.3.1.2 SMTC 1 001 001-5.2 3. Vibration Test with Temperature Cycle 温度循环振动试验 GM 5.3.1.3 Vibration Resistance Characteristic SAE J1455-4.10.4 Vibration Test SMTC 1 001 001-5.1 4．Stone chip 碎石冲击 SMTC 1 001 001-5.3 Leg 2. Temperature Fatigue 1．Power Temperature Cycle Test 带载温度循环试验 GM 5.3.2.1 2. Humidity Heat Cyclic (HHC) 湿热循环 GM 5.3.2.2 High Temperature and Humidity Endurance Test 高温高湿试验 SMTC 1 001 001-5.10 Humidity cycle SAE J1455-4.2.3 3．Humid Heat Constant (HHCO) 比热常数 GM 5.3.2.3 4．Post Thermal Fatigue Vibration 带载热疲劳振动 GM 5.3.2.4 5．Thermal shock SAE J1455-4.1.3 SMTC 1 001 001-5.8 6．High Temperature Endurance Test 高温试验 SMTC 1 001 001-5.9 Leg 3. Intrusion Protection 1．Dust Test 防尘 GM 5.3.3.1 SAE J1455-4.7/J726/ASTM C 150-56/J400 SMTC 1 001 001-5.5 2． Water Test 防水 GM 5.3.3.2 High Pressure/Steam Jet Exposure Test高压水喷射试验 SMTC 1 001 001-5.4 3．Seal Test 密封 GM 5.3.3.3 4．Frost Test 防冻 GM 5.3.3.4 Leg 4. Corrosion& Fluid Compatibility 1．Salt Spray 盐雾 GM 5.3.4.1 SAEJ1455:2006-06,ASTM B-117 38℃ 24~96h salt water density 5% SMTC 1 001 001-5.7 2．Chemical / Fluids Compatibility 耐化学溶剂 GM 5.3.4.2 DIN EN 60068-2-32, UL 2231-2-20.3 SMTC 1 001 001-5.12 3．ATF Contamination GM 5.3.4.3 4．ATF Seal Durability GM 5.3.4.4 5．Immersion testing SAE 1455-4.3.3.2 6．Mixed Flowing Test 混合气体腐蚀试验 SMTC 1 001 001-5.6 7．Ozone resistance臭氧试验 SMTC 1 001 001-5.13 Leg 5. Connector 1．GMW3191 Connector Tests 接插件试验 GM 5.3.5.2 2．Crush for Housing Test 塑壳挤压试验 GM 5.3.5.1 3．Free Fall Test 自由跌落试验 GM 5.3.5.3 SAE J1455-4.11.3.1 SMTC 1 001 001-5.11 4．Cable Retention Test 导线保持力 GM 5.3.5.4 Leg 6. Electrical & EMC 1． High Voltage AC/Housing Isolation Test 高压绝缘试验 GM 5.3.6.1 Hi-pot testing 高压绝缘测试 5000VDC, 60s, 10mA. 绝缘测试 Insulation SMTC 1 001 001-4 1000V DC,1s绝缘电阻不小于100MOhm The resistance should be more than 100MOhm 耐电压测试 Withstand Voltage SMTC 1 001 001-4 2000V AC,5s(wire with shield, wire with wire) 2．Insulation Resistance Test 绝缘电阻试验 GM 5.3.6.2 3．Over Load Test 超负载试验 GM 5.3.6.3 4．Puncture Strength 击穿强度 GM 5.3.6.4 5．Electromagnetic Compatibility EMC GM 5.3.6.5 SMTC 1 001 001-5.14 6．Crimping test and voltage drop testing SAE/USCAR-21 7．High voltage harness limited current UL 2231-2 Leg 7. Normal Test 1．Visual examination 外观检测 SMTC 1 001 001-4 2．Dimensions尺寸检测 3．Conduction导通测试 4．Pull out force拉力测试 5．Crimping Dimension压接尺寸 6．Cross section Inspection切片分析 7、型式试验方法（设计验证）Test methods and procedure (DV) 8、出厂测试项目 Routine test

表*—出厂测试项目

Leg Item Standard & Describe Leg 1 Electrical Testing Used of the Turn-on equipment to check each connection on circuit Leg2 Hi-Pot Test Apply an AC rms voltage of 2200V at 50Hz or 60 Hz or a DC voltage of 3000V for 60s, leakage current less than 1mA. Result—1, No dielectric breakdown or flash-over shall occur between cavities at any time during the test. 2, No dielectric breakdown or flash-over shall occur between the cavities and the outside of a connector at any time during the test. Leg3 Leakage Test Pressure = 6 Psi, Keep pressure 1 second, leakage＜5cc 9、附录-文件模板Appendix

附录A

A.1 整车设计规格

项目模式参数项目模式参数里程纯电动模式里程行驶工况电量耗尽模式允许的行驶工况增程模式里程电量保持模式允许的行驶工况能量电气能量最高车速（连续行驶）燃油能量环境运行环境温度范围加速性能 0-97Kmph加速性能（百公里加速）海拔范围 80-120Kmph加速性能防水能力（路面积水和洗车）振动与冲击质保

A.2整车设计实现

项目模式参数项目模式参数一般信息长宽高动力学特性滑行系数A 轴距滑行系数B 离地间隙滑行系数C 整备质量横截面积乘客数风阻系数最大质量滚动阻力系数碰撞安全等级轮胎规格

A.3电池包设计规格

项目模式参数项目模式参数放电功率高压电气接口到牵引逆变器的接口充电功率（外接充电）慢充到车载充电机的接口快充到辅助功率模块（DC-DC）的接口充电功率（制动能量回收）到人工服务断开插件（Manual Service Disconnect）的接口寿命周期整车集成（物理集成）质量低压电气接口电池传感器和控制器的12V 电压体积继电器、唤醒和高压互锁回路（HVIL）的12V电压碰撞安全性要求电池控制的CAN总线接口

A.4电池包设计实现

项目模式参数项目模式参数电池包技术材料类型电池管理 SOC估计电芯形状电池单元监视组成结构电池单元平衡电芯数量隔离检测额定电压电池SOC许用范围最大电流电池包的电气架构原理图（电池包内部和外部接口）容量电池系统充电功率和放电功率随温度和SOC变化的曲线能量质保热管理系统

A.5高压电机设计规格和设计实现

项目参数项目参数项目参数峰值扭矩质量额定电压峰值功率体积电机类型最高转速机械特性曲线（外特性曲线）用于三相瞬态电流的计算参数（在电机类型已知的情况下）转子极数效率图谱热管理系统

A.6 逆变器设计规格和设计实现

项目参数项目参数额定功率热管理系统直流电压范围质量载波频率体积最大交流电流（短时峰值和连续RMS值）效率图谱或工作效率估计区间 A.7 制动能量回收控制的设计规格和设计实现总的制动策略描述（附Delphi示例）

制动回收峰值功率制动能量回收功率包络线（附Delphi示例）机械制动的车速阈值（低于此阈值，使用机械制动）停止制动能量回收的最大减速度最大制动能量回收的功率包络线

A.8 发动机设计规格和设计实现项目参数项目参数传动系布置（如前置前驱）发动机峰值扭矩发动机一般描述（如汽油机、直列四缸，自然吸气，1.4升）发动机最大转速发动机峰值功率发动机控制策略（需要单独讨论） A.9传动和动力分配系统设计规格和设计实现项目模式传动系统机械结构和参数变速箱类型速比和车速区间对应关系动力分配系统机械结构和参数动力分配策略（需要单独讨论）

A.10 辅助功率模块（DC-DC）设计规格和设计实现

项目参数项目参数输入高压范围质量输入低压范围体积运行环境温度热管理效率值运行寿命降压模式（Buck, HV->LV）：输出功率，最大电流@电压

A.11 车载充电机设计规格和设计实现

项目参数项目参数输入电压范围输出工作效率输入频率范围质量输入最大电流RMS值体积输入功率因数热管理输出电压范围运行环境温度输出最大功率充电接口标准输出最大电流（DC）安全和保护要求

A.12 空调压缩机和PTC设计规格和设计实现

项目模式参数项目模式参数空调压缩机压缩机电机类型 PTC 最大功率最大功率高压范围（DC）高压范围（DC）质量最大输入电流（@DC 电压）体积质量体积

全文完。（获取本文PDF版文档，请在“线束工程师”微信公众号内，回复关键词“高压线束技术要求”。）