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新能源高压线束设计要点浅析

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。

爬电距离是指当工作电压过大时,瞬时过电压会导致电流沿绝缘间的间隙向外释放电弧,损害器件甚至操作人员,这个绝缘间隙就是爬电距离,电弧持续的工作电压决定了爬电距离。在高压连接器结构设计时应尽可能增大爬电距离,考虑到连接器介质耐压400V以上,经过仔细计算与校核,将连接器的爬电距离设计成24mm以上,即可完全满足高压连接器600V的使用要求。

为了提高连接器的耐高压性能,连接器插合时,其界面部位应贴合无空气间隙。连接器的界面主要包括插头连接器和插座连接器的插合界面、连接器接触件和导线的连接部位。这些部位需要介质全填充无空气才能可靠保证连接器不被击穿。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。

新能源高压线束设计要点浅析

3. 高压线束的整体设计

3.1 屏蔽性能设计

为了使所设计的高压线束在满足基本的可靠电气连接要求外,还具有出色的电磁屏蔽性能,展开了高压线束的屏蔽性能设计。高压线束的屏蔽性能设计主要包括高压电缆自身的屏蔽性能设计、高压电缆与高压连接器结合处的屏蔽性能设计、高压连接器自身的屏蔽性能设计及高压连接器插合界面处的屏蔽性能设计。为了提高高压电缆自身的屏蔽 性能,高压电缆采用了屏蔽结构,如果电缆为信号线与电源线组合而成时则更应注意这点。为了提高高压电缆与高压连接器结合处的屏蔽性能,在保证两者接触的可靠性,特 别是确保在强烈动情况下连接处不会产生松动的情况下,在高压电缆与高压连接器内导体连接后,电缆编织与屏蔽层接触,并在电缆编织与连接器接合处加套一层单独的屏蔽金属编织网,加强屏蔽效果。为了提高高压连接器自身的屏蔽性能,连接器采用了金属壳体设计。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。为了提高高压线束的机械防护和防尘防水性能,在接插的连接器间以及连接器连接电缆的位置均采用了密封圈等防护措施,防止水汽和灰尘进入,从而确保连接器的密封环境,避免接触件之间短路的风险,以及防止湿气进入,避免产生火花等安全问题。

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。为了提高高压线束使用寿命和质量,应对高压电缆和高压连接器间的连接进行加固,对高压连接器之间的连接采用锁紧结构,以及进行布线方案优化,高压线束材料选择耐磨材料,导线采用抗疲劳的铜绞线。此外,高压连接器间的连接环节是高压线束本身的薄弱点,为了提高高压线束使用寿命,同时满足高压电气系统的使用要求,必须保 证高压连接器的插拔次数和连接质量。

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。

新能源高压线束设计要点浅析

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,测试结果如表1所示。可见,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。

新能源高压线束设计要点浅析

本文简要介绍了电动乘用车高压线束的功能用途和国内外研制情况。从电动乘用车的使用特点、要求和环境入手,分析了电动乘用车用的高压线束的性能要求和设计要点(耐高压、耐大电流、耐环境、屏蔽性和安全可靠等),并分别详细论述了电缆的主要设计,连接器及其接触件的主要设计方案,并给出了线束总体方案,最后介绍了研制样品的测试情况。从使用要求和测试结果可以得出,研制的高压线束能够满足电动乘用车的使用要求。随着电动汽车产业的发展,高压线束必将进一步发展,能承受更高电压、更大电流,并将用于各种不同车型,同时在功能方面也会更完善,例如具有自身的测试性,即可实时监测线束的电流、温度等变化。

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