前言

近年來(lái)隨著(zhù)新能源汽車(chē)的日益發(fā)展，積極響應國家節能減排，推廣使用新能源，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的號召。汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)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(zhù)技術(shù)的逐步完善，已趨于用電力取代了傳統的燃料作為汽車(chē)的動(dòng)力來(lái)源。對于新能源車(chē)輛動(dòng)力電池包內線(xiàn)束的設計及研究，存在著(zhù)各種設計方面困擾和新的設計理念的誕生，電池包內線(xiàn)束作為動(dòng)力電池的信號傳輸、實(shí)現動(dòng)力的有效輸出，電池包內動(dòng)力電池用電量、續航里程等有效地實(shí)施監控。在設計過(guò)程中同時(shí)也面臨著(zhù)設計方案、布置走向、EMC防護等設計方面的考驗。

1線(xiàn)束設計方案分析

目前新能源車(chē)輛動(dòng)力電池包根據前期設計目標，確定電池包內模組和單體的數量及結構形式，電池包冷卻形式分為風(fēng)冷式和水冷式電池包。針對于包內線(xiàn)束設計而言，區別于傳統汽油車(chē)整車(chē)線(xiàn)束，有高壓線(xiàn)束和低壓線(xiàn)束，不同形式電池包內部線(xiàn)束設計采用了不同形式的設計方式和布置方案。

1.1電池包內高壓線(xiàn)束設計方案

高壓線(xiàn)束在新能源車(chē)輛上主要提供高壓強電供電作用，因此對于線(xiàn)束的設計及布置尤為重要，主要遵循以下幾個(gè)方面的原則：
1）線(xiàn)束走向設計：高壓線(xiàn)束設計采用雙軌制，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)，因此包內高壓線(xiàn)束的設計上，直流高壓電回路必須嚴格執行雙軌制。包內高壓線(xiàn)束可分為高壓總正、高壓總負。
2）高壓連接器選型：高壓連接器主要負責高壓大電流連接和傳輸，并負責高壓回路的人機安全。因此高壓線(xiàn)束連接器目前多采用耐高壓、防水等級高、環(huán)路互鎖、屏蔽層連接等功能。
3）屏蔽設計：采用屏蔽高壓線(xiàn)，屏蔽網(wǎng)包覆在高壓線(xiàn)內部。，連接器連接時(shí)實(shí)現屏蔽層的連接?？紤]到電磁干擾的因素，整個(gè)高壓線(xiàn)束系統均由屏蔽層全部包覆。
4）高壓線(xiàn)布置：
考慮安全及電磁干擾，高壓線(xiàn)與低壓線(xiàn)束進(jìn)行分離布置。

1.2電池包內低壓線(xiàn)束設計方案

1.2.1根據電池的工作原理以及設計結構將內部線(xiàn)束分為：

1）BMU(BMS主板) 線(xiàn)束：主要功能負責電池狀態(tài)估算（SOC SOP SOH等）、執行器控制，熱管理策略，高壓安全、故障診斷等BMS主要控制功能實(shí)現。
2）LMU（BMS從板）線(xiàn)束：主要功能負責單體電壓，電池溫度采集監測等。
3）HCU（BMS高壓板）信息采集線(xiàn)束：高壓采集，絕緣監測。
4）高壓繼電器線(xiàn)圈控制線(xiàn)束：負責控制高壓回路的通斷。
5）電流傳感器線(xiàn)束：有霍爾傳感器或分流器，主要負責采集電流信息。
6）PTC控制器：控制PTC進(jìn)行加熱
7）電磁閥：控制電池包空調管路的通斷。
8）各高壓連接器的互鎖插頭：高壓環(huán)路互鎖信號傳輸。
以上線(xiàn)束布置同電池包內高壓線(xiàn)束進(jìn)行分離設計，有效避免EMC干擾。

1.2.2電池包內低壓線(xiàn)束固定及卡扣選型：

 由于受電池包內環(huán)境和結構限制，線(xiàn)束固定方式采用小型化、易裝配、依托固定結構簡(jiǎn)單為主。

1.2.3屏蔽設計：

低壓線(xiàn)束負責強電控制單元模塊的功能實(shí)現以及相關(guān)信號的傳輸。低壓線(xiàn)束設計與布置方案中考慮高壓線(xiàn)束對其產(chǎn)生的干擾防護，不同信號源采用不同的低壓屏蔽導線(xiàn)。
高頻信號：線(xiàn)束采用雙絞線(xiàn)、屏蔽層采用箔層屏蔽。
低頻信號：線(xiàn)束采用雙絞線(xiàn)、屏蔽層采用編織層屏蔽。

1.2.4屏蔽導線(xiàn)的接地形式：

單點(diǎn)接地：低頻信號采用單點(diǎn)接地。
多點(diǎn)接地：高頻信號采用多點(diǎn)接地。

2高低壓線(xiàn)束布置方案

 
      圖1、電池包內高、低壓線(xiàn)束布置圖
為了避免高壓線(xiàn)束傳輸強電電流時(shí)產(chǎn)生電磁干擾，導致低壓線(xiàn)束對控制單元供電及信號傳輸受到電磁干擾的風(fēng)險，因此我司純電動(dòng)車(chē)輛動(dòng)力電池包采用了高壓線(xiàn)束與低壓線(xiàn)束分層式和并列式設計，該設計方案有效避免了強電工作產(chǎn)生的干擾。布置形式如圖一。

2.1分層布置：高壓線(xiàn)束與低壓線(xiàn)束分為上下層級關(guān)系。

2.1.1分層式布線(xiàn)

電池包內前期布置考慮電池模組高壓供電和低壓信號采集進(jìn)行分層布線(xiàn)，模組之間串聯(lián)接線(xiàn)保證高壓連接線(xiàn)（圖中紅色）部分在模組下方，低壓信號采集等相關(guān)低壓控制布線(xiàn)（圖中藍色）在模組上層。而從分層布線(xiàn)有效的對高壓線(xiàn)工作時(shí)產(chǎn)生的EMC干擾起到防護作用。保證電池包內供電、信號傳輸穩定性。

2.2并列布置形式：

2.2.1走向依附電池包內部結構并列布置（圖二所示）。

前端模組高壓布線(xiàn)和BMS主板低壓布線(xiàn)，采用并列式布置，保證高低壓線(xiàn)束并列不交叉。有效防護高壓線(xiàn)束工作時(shí)對控制器的EMC干擾。
 
圖2、電池包內模組、控制器、線(xiàn)束布置關(guān)系圖

3高、低壓線(xiàn)束的固定設計

3.1線(xiàn)束電池包內卡扣選擇：卡接式扎帶卡扣（圖三）、卡接螺柱式卡扣（圖四）、扎帶固定（圖五）。

 
圖3、卡接式扎帶卡扣
 
圖4、卡接螺柱式卡扣
 
圖5、 扎帶固定捆扎

3.1.1圖三中扎帶主要用在高低壓線(xiàn)束，通過(guò)連接前、后段塑料風(fēng)道內，風(fēng)道內部做出結構供卡接式扎帶卡扣固定線(xiàn)束。風(fēng)道本體預留安裝孔供線(xiàn)束固定裝配。

3.1.2圖四中卡接螺柱式卡扣主要用在前、后端電池模組下方，鈑金底板焊接固定螺柱供扎帶固定線(xiàn)束。

3.1.3圖五中扎帶固定線(xiàn)束主要用在后端模組上蓋板，用于LMU從板、HCU信號采集線(xiàn)束固定。

4電池包內高低壓線(xiàn)束原理設計分析

高壓線(xiàn)束采用雙軌制設計，將電池包前、后端模組串聯(lián)、電池包內PTC、風(fēng)冷風(fēng)扇、強電維修開(kāi)關(guān)、充電預充回路等連接到原理回路中。并通過(guò)電池包前端高壓接插件提供整車(chē)強電供電。高壓接插件采用插件本體屏蔽，并增加高壓互鎖功能，有效防護高壓電流產(chǎn)生的EMC干擾。
電池包內低壓線(xiàn)束原理設計同傳統車(chē)外部整車(chē)線(xiàn)束采用的導線(xiàn)及導線(xiàn)選取原則相同，區別在于電池包內部線(xiàn)束主要進(jìn)行信號采集，電池包內監測相關(guān)的傳感器類(lèi)部件。目前采用耐溫等級高導線(xiàn)，屏蔽線(xiàn)、雙絞線(xiàn)等。將所有采集的信息交互給BMU（圖六所示）進(jìn)行供電、電池包內熱管理、包內散熱、電池充放電等相關(guān)控制。
 
圖6、BMU原理設計簡(jiǎn)圖
 

4.1電池包內線(xiàn)束EMC防護的電源分配方案

整車(chē)范圍內首先保證零部件的EMC符合標準要求，通過(guò)線(xiàn)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方
式為供電回路與接地點(diǎn)回路在同一接插件中采用圖7方式進(jìn)行孔位排列。
 
圖7 電源分配方案

4.2電池包內EMC防護的線(xiàn)束設計方案

在線(xiàn)束材料選取方面為了可以有效的防止因為線(xiàn)束電流過(guò)大造成電磁干擾問(wèn)題，所以在線(xiàn)束材料選取上一般采用雙絞線(xiàn)，并將雙絞線(xiàn)回路布置到其他線(xiàn)束最外側，在高頻信號方面，可以采用屏蔽雙絞線(xiàn)。
整車(chē)線(xiàn)束中的傳導發(fā)射90%都與電源線(xiàn)相關(guān)，因此在線(xiàn)束評估及設計時(shí)需要注重以下幾個(gè)方面
1）開(kāi)關(guān)電源部分處理，設計上考慮環(huán)路控制。
2）敏感信號采用屏蔽線(xiàn)纜傳輸，且屏蔽層做好360度搭接處理。
3）信號線(xiàn)纜遠離高壓網(wǎng)絡(luò )和強干擾源，且合理的與地做緊耦合布線(xiàn)。
4）做好濾波器“搭鐵”接地處理措施，減少引線(xiàn)電感。
5）線(xiàn)纜中保證足夠的信地比，且需要做合理的安排和配置。

4.3電源線(xiàn)傳導瞬態(tài)抗擾防護的設計分析

電源線(xiàn)傳導瞬態(tài)抗擾度在設計初期應該同時(shí)考慮新能源車(chē)輛高壓、低壓工作時(shí)浪涌、脈沖的防護設計。

4.4脈沖干擾防護

電池包內開(kāi)關(guān)繼電器及保險絲在開(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(xiàn)束設計初期考慮的防護。

5總結

通過(guò)新能源電池包內線(xiàn)束設計開(kāi)發(fā)前期的線(xiàn)束合理化設計與布置，以及對電池包內高低壓原理設計階段EMC防護的重點(diǎn)考慮，有效的避免了強電線(xiàn)束工作時(shí)產(chǎn)生的干擾，并通過(guò)搭載臺架、實(shí)車(chē)認證，不斷優(yōu)化線(xiàn)束布置方案與EMC設計。目前所采用的線(xiàn)束布置形式，以及采用的各項EMC防護方案與措施，在批產(chǎn)項目中得到充分的驗證和認可。
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作者簡(jiǎn)介：陳恩輝、華晨汽車(chē)工程研究院、 學(xué)士學(xué)位、 工程師職稱(chēng)，新能源純電動(dòng)車(chē)及混合動(dòng)力車(chē)線(xiàn)束設計研究方向。
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