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《电动汽车高压线束技术规范》全文解析

1 范围

  

本规范规定了电动汽车高压线束设计过程中涉及到的符号、代号、术语及其定义,设计准则,布置 要求,结构设计要求,材料选用要求,性能设计要求,设计计算方法,安全使用要求等。

 

2 规范性引用文件

  

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅所注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

GB/T 2423.17 电工电子产品基本环境试验规程-盐雾试验

GB 4208 外壳防护等级(IP代码)

GB/T 12528-2008 交流额定电压3kV及以下轨道交通车用电缆

GB 14315 电力电缆导体用压接型铜、铝接线端子和连接管 GB/T 14691 技术制图 字体

GB/T 18384.2 电动汽车 安全要求 第2部分功能安全和故障防护 GB/T 18384.3 电动汽车 安全要求 第3部分 人员触电防护

GB/T 18487.1 电动车辆传导充电系统 一般要求

GB/T 18487.2 电动车辆传导充电系统电动车辆与交流直流电源的连接要求

GB/T 18488.1 电动汽车车用电机及其控制器技术条件

GB/T 19596 电动汽车术语

QC/T 413 汽车电气设备基本技术条件

Q/TEV 100 整车产品图样及技术文件编号规则

Q/TEV 31306 电动汽车线束号编号规则

Q/TEV 31307 电动汽车动力系统线号编号规则

SAE J1654 高压电缆 High Voltage Primary Cable

SAE J1673 电动汽车高压电缆总成设计 High Voltage Automotive Wiring Assembly Design SAE J1742 道路车辆车载电线束高压连接-试验方法和一般性能要求 Connections for High

Voltage On-Board Vehicle Electrical Wiring Harnesses-Test Methods and General Performance Requirements

 

3 术语和定义

  

3.1 工作电压

 

在任何正常工作状态下,电气系统可能产生的交流电压(均方根值rms)或直流电压的最高值(不 考虑瞬时电压)。

 

3.2 高压

 

根据具体的电压等级,电动汽车的电压级别为B级。 直流 DC60 V 

交流(15HZ-150Hz)AC 25V 

 

3.3 高压系统

 

所有直接或间接连接于高压电路中,包括线束(电缆和插件)和设备(负载、发电机、储能系统), 均称为高压系统。

 

3.4 带电部件

 

正常使用时被通电的导体或导体部件。

 

3.5 直接接触

 

人员和带电部件的接触。

 

3.6 外露可导电部件

 

按照GB 4208规定,可以通过IPXXB试指触及的导电部件。

注1:本概念是针对特定的电路而言,一个电路中的带电部件也许是另一个电路中的外露导体,例如:电动汽车的 车身可能是灯光、刮水电机电路中的带电部件,但对于动力电路来说它是外露导体。

 

3.7 间接接触

 

人员、基本绝缘故障情况下变为带电的外露可导电部件之间的接触。

 

3.8 爬电距离

 

连接端子的带电部分(包括任何可导电的连接件)和电底盘之间,或两个电位不同的带电部分之间 的沿绝缘材料表面的最短距离。

 

3.9 可导电部件

 

能够使电流通过的部件,在正常工作状态下不导电,但当基本绝缘故障的情况下,可能成为带电部 件。

 

3.10 压接

 

接触端子和导线一般是压接,对于可选择的,如硬焊接或者软焊接,通过检查环境和需求合理选择。 为了简化起见,在本设计规范里的连接特指压接。

 

4 应满足的功能要求及应达到的性能要求

  

4.1 功能要求

 

高压线束的主要功能是在有电压和所需的安装环境下安全传递电流;对于高压电的安全准则需求必 须遵守。

 

4.2 性能要求

 温度要求

 

根据整车内的位置,整车温度可分为表1中所示的三档。

 

表 1 环境温度档位

 

环境温度档位

温度范围

位置

第 1 档

(-40°C,+125°C)

除发动机仓、排气管外位置

第 2 档

(-40°C,+180°C)

发动机仓

第 3 档

(-40°C,+250°C)

发动机排气管、打气泵铜管路附近

 

道路车辆的线束其电缆长期允许工作温度不超过125°C。如果电缆的布置环境温度超过了电缆允许

的工作温度,则宜按照本规范第8.1节的规定,采取增大电缆的截面积的方法,使线束满足环境温度的 要求。

 

· 电压要求

 

根据电动汽车的电压级别为B级,整车高压的额定电压为:DC1000V、AC660V; 高压线束的额定电压须略高于整车额定电压,规定高压线束的额定电压为:AC750V。

 

· 耐电压

 

根据GB/T 18488.1,彼此无电连接的电路之间介电强度应能耐受(2UAC+1000)的试验电压,即在线 束与部件脱开的情况下,线束对车体耐电压:AC2500V/50HZ/1min ,漏电流不超过10mA,不发生闪烁击 穿现象。

 

· 绝缘电阻

 

根据SAE J1742,绝缘电阻测试电压为DC1000V,在线束与所连接部件脱开的情况下,线束对车体绝 缘电阻在任何情况下均应大于100MΩ。

 

· 盐雾要求

 

盐雾试验按照GB/T 2423.17的规定进行,高压线束在试验箱内应处于正常安装状态。试验时间16h。 试验结束后,高压线束静止恢复(1-2)h后,通电后应能正常工作,不考核外观。

 

· 阻燃要求

 

线束所用材料要求阻燃等级为UL94V-0。

 

4.2.7 线束拉脱力要求

 

电缆压接至连接器后,拉脱力应不小于最小拉脱力。 根据SAE J1742,最小拉脱力见表2。

 

表 2 最小拉脱力

 

 

电缆导体截面积(mm2)

最小拉脱力(N)

2.5

210

4

265

6

320

16

1400

 

 

25

1900

35

2300

50

2800

70

3500

 

5 设计输入、输出要求

  

5.1 设计输入要求

 

5.1.1 电气设计的输入要求及动力系统配置情况。

5.1.2 整车总布置图。

5.1.3 线束敷线图。

5.1.4 高压系统中的各电气部件的安装位置,线束与电气部件的对接形式。

5.1.5 高压系统中的各电气部件的负载特性。特性包括稳态电流强度、电压要求,瞬态条件和电流强 度及电流波形(平稳、脉冲、频率等)。

 

5.2 设计输出要求

 

5.2.1 线束图的内容

 

线束图的内容包含主干线、分支线、线长、接插器外形图、插件名称及型号、插件所对应部件的名 称、插件孔位号、孔位号所对应的电缆线号、线径、定义;其次还应包含线束接线表,插件视图方向, 技术要求等。电缆应标明线材型号。

 

5.2.2 线束保护套的颜色

 

线束的保护套包括波纹管、热缩套管。 波纹管的颜色采用橙色(GB30)。

热缩套管的颜色:采用不同颜色热缩套管对极性进行区分,正极为红色,负极为蓝色,U相为黄色, V相为绿色,W相为红色。

 

8.1.1 线束的长度

 

· 电缆的长度

 

根据整车总布置、线束敷线图,测量出电缆所需长度,在所测量的长度基础上,宜增加不超过200mm 的裕量。

 

· 波纹管的长度

 

根据电缆的长度,须在电缆长度的基础上减去电缆伸进去部件内的长度,该减去长度的具体值依据 具体部件而定。

 

· 热缩套管的长度

 

在波纹管的两端,须烫热缩套管,以确保波纹管与电缆的套接不会晃动。热缩套管的长度须等于电 缆伸进去部件内的长度值。

 

5.2.3.4 屏蔽型电缆屏蔽层的长度

 

当电缆须采用屏蔽型电缆时,如连接控制器与电机的三相高压线束,屏蔽层须剥出,单独采用规格 (φ8/4.0)的交联聚烯烃热缩管套接,热缩后的屏蔽层长度以大于等于200mm且小于等于250mm为宜。

 

8.1.2 电线的标号

 

线束图中应标明每根电缆的线号,线号的编号严格实行企业标准Q/TEV 31307。

 

8.1.3 线束的标号

 

线束图中应标明该线束图所对应的线束号,线束号的编号严格实行企业标准Q/TEV 31306。

 

5.2.6 线束图中的接插件

 

线束图中应标明接插件视图方向、型号、孔位布局和编号、孔位对应的电线标号。

 

5.2.7 电缆型号

 

线束图中应标明各电缆的型号,电缆型号的选取应符合GB/T 12528中的规定。 推荐型号见表3。

 

表 3 电缆推荐型号

 

 

电缆截面积(mm2)

是否屏蔽

型号

2.5

非屏蔽

WDZ-DCYJ125\\750V/2.5

4

非屏蔽

WDZ-DCYJ125\\750V/4.0

6

非屏蔽

WDZ-DCYJ125\\750V/6.0

16

非屏蔽

WDZ-DCYJ125\\750V/16.0

25

非屏蔽

WDZ-DCYJ125\\750V/25.0

35

非屏蔽

WDZ-DCYJ125\\750V/35.0

50

非屏蔽

WDZ-DCYJ125\\750V/50.0

70

非屏蔽

WDZ-DCYJ125\\750V/70.0

35

屏蔽

WDZ-DCEVMP-125\\1.8/3kV/35

50

屏蔽

WDZ-DCEVMP-125\\1.8/3kV/50

70

屏蔽

WDZ-DCEVMP-125\\1.8/3kV/70

 

 

5.2.8 线束图的技术要求

 

线束图中应包含技术要求,规定线束生产的注意事项、技术条件要求等。

 

5.2.9 图框、图号、图样名称

 

线束图其图框、图号、图样名称应符合企业标准Q/TEV 100的规定。

 

5.2.10 字体

 

5.2.10.1 文字种类、字体高度参见表 4。

 

表 4 文字种类和字体高度

 

 

 

种类

指引线或尺寸

线上的说明文

标注的文字及

数字

视图名称及其

下方的比例

装配图中的序

技术要求的内

容及数字

技术要求的标

题文字

 


 

 

 

 

字、字母、数

字及符号

         

字体高度

(mm)

 

3.5

 

3.5

 

5

 

5

 

5

 

7

字体宽高比

推荐采用 0.7,同一套图纸应尽量统一

 

5.2.10.2 绘制图样时,汉字的字体尽量采用 CAD 默认的长仿宋体(文件名为:hzfs.shx),且在同一 张图中,只允许使用一种字体。

5.2.10.3 未做规定的均按 GB/T14691 的规定实行。

 

 

6 装配要求

 

 

6.1 结构要求

 

高压线束应在机械和电气安全的情况下,以专业的施工方法将线束和所接部件(如高压配电盒、电 机控制器、电机、辅助电源等)匹配。线束插拔或连接部分应预留出适当的长度,长度推荐值为150mm, 便于车辆装配,以及便于对部件进行定期维修。

 

6.2 布线方案

 

应注意事项:

——布线方案应有助于消除不正确的安装和错误的线束路线。

——走线应避免形成大的电磁环。

——高低压平行走线距离间隔须大于 400mm,如果实际境况确实无法达到此要求,高低压需相互垂 直走线。

——车辆在发生碰撞情况下,须确保线束不会受到挤压,以防线束破裂造成短路。

 

6.3 线束固定保护件要求

 

针对高压线束的布置,应尽可能地对线束进行保护,使线束与车体之间的相对运动最小化。宜采用 具备绝缘性能的结构部件,如电缆夹、电缆槽等。布线装配应刚好放入光滑的电缆夹或电缆槽中。对用 于布线、包装和定位线束用途的所有线束固定保护件(如卡箍、螺栓等)进行充分地保护,宜涂抹凡士 林,防止腐蚀。线束固定保护件之间的距离不得大于400mm。

 

6.4 线束连接器装配空间要求

 

所有连接器位置宜预留便于操作的不小于200mm的空间,以便连接和断开连接。连接器与部件之间 的连接应适当消除机械应力。

 

6.5 线束电缆弯曲半径要求

 

避免电缆出现小的弯曲半径。一般情况下,最小弯曲半径等于电缆外径的5倍。应避免接头中存在 弯曲电线,否则,接头后部密封件中可能出现漏电通路。

 

6.6 线束布置防水要求

 

对于车辆底部、轮舱溅水区,应特别注意水和道路磨料会损坏线束。 溅水区中的连接器应进行装袋防护。


 

 

6.7 线束布置防磨要求

 

需保护所有高压线束,以防振动和磨损。因车辆的振动,应除去线束上所接触的金属部件边缘的毛 刺,对于凸缘、滚制处,使用适当胶圈进行保护,且胶圈须固定牢靠。用于固定线束的电缆夹应稳固地 连接至设备或框架结构以及线束上。

 

6.8 线束布置防热要求

 

线束应距离热源(如发动机排气管、打气泵铜管路等)大于200mm,如不能满足要求,保护所有线 束,以抵抗辐射热源,宜采用阻燃隔热棉对线束进行包扎,或在线束附近增加隔热板处理。

 

6.9 线束与活动件的隔离要求

 

活动件(如皮带、风扇、传动轴等)附近的线束必须弯曲时,将支撑夹完全紧固于两端位置处。布 线系统必须能够弯曲,而且不会促成线束磨损或对活动件造成干扰。

 

 

7 关键件选用规范要求

 

 

7.1 高压电缆

 

应遵循SAE J1654、SAE J1673规定的要求。

 

7.2 高压连接器

 

应遵循SAE J1742规定的要求。 应注意事项:

——防护等级。除铜接头外,连接器在结合状态时,无论安装于何处,连接器须不小于 IP65。

——防腐蚀。为防止铜接头被腐蚀,铜接头表面的镀锡层不得破损。

——铜接头的型号有 SC、T、OT、HUP 等。不同型号的铜接头(如 SC 50-8、OT 50-8),其宽度不 同。针对过线孔较小的情况,应选取宽度与之匹配的铜接头型号。

——铜接头其压接电缆孔的截面积须与所连接电缆导线的截面积匹配。

——铜接头其过螺栓孔的直径须与部件螺栓的直径匹配。

——针对于 O 形铜接头,其型号有 FOT 与 OT 两种。区别在于:FOT 型号,其压接电缆孔外围有绝 缘护套包裹;OT 型号,其压接电缆孔外围无绝缘护套包裹。

 

 

8 设计计算

 

 

8.1 电缆的选取

 

5.2.3 电缆截面积

 

电缆截面积选取步骤如下:

1) 确定高压线束所连接的电气部件的负载特性。特性包括稳态电流强度、电压要求,瞬态条 件和电流强度及电流波形(平稳、脉冲、频率等)。

2) 根据稳态电流强度,确定电缆的截面积。在 125℃下,常见铜芯电缆线径截面积与载流量 的匹配参见表 5。

 

表 5 铜芯导体截面积与载流量


 

 

 

序号

IMAX(A)

TMAX(°C)

导体截面积(mm2)

第 1 档

40

125

6

第 2 档

150

125

35

第 3 档

250

125

50

第 4 档

350

125

70

 

3) 如果电缆的布置环境超过了电缆允许的工作温度,则必须选择较大截面积的电缆。对于

TMAX 为 180°C 时,导体截面积升一档使用,TMAX 为 250°C 时,导体截面积升两档使用。 例如,当最大电流为 150A 时,125°C 情况下选用 35 mm2 线束,180°C 情况下选用 50 mm2 线束,250°C 选用 70 mm2 线束。

 

5.2.4 电缆结构

 

高压电缆结构示意图见图1。高压电缆从类型上分为单芯电缆和多芯电缆,高压电缆的截面应为圆 形。其护套颜色为橙色(颜色GB 30)。多芯电缆有多个单芯线组成,其中单芯线也同时满足单芯电缆 中相关导体的结构尺寸参数。

高压单芯电缆从结构上主要由导体和护套组成,主要结构尺寸参数有单根铜线直径、根数、导体直 径、绝缘直径、内护层直径和护套外径等。

带屏蔽层的高压电缆采用裸铜或镀铜线编织在内护套层上;在屏蔽和外护套之间可以有一层附加的 包带;电缆的外护套应紧密挤包,但不粘连屏蔽层。

 

非屏蔽单芯电缆               屏蔽型单芯电缆

 

图 1 电缆结构示意图

 

5.2.5 电缆材料

 

导体:绕线式镀锡退火铜.

绝缘层:120°C ~200°C级别,耐热,无卤素 XLP。 屏蔽层:镀锡退火铜绕线编织而成。

护套:耐热 105°C ~180°C,无 Pb PVC(或HF-XLPO、TPE-E、PP-FR、ETFE可选)。

 

8.2 连接器的选取

 

8.2.1 连接器结构特征

 

连接器除线环、铜接头外,连接器应具有主动锁定特征。 应与所连接设备的插座进行匹配。

 

8.2.2 连接器性能

 

连接器的性能要求应符合SAE J1742。


 

 

8.2.3 连接器爬电电阻、接触电阻要求

 

连接器的下列电阻不能超过表6的要求。

 

表 6 连接器爬电电阻、接触电阻最大值

 

 

导体截面积

(mm2)

爬电电阻(全新)

[mΩ]

爬电电阻(老化)

[mΩ]

接触电阻(总电阻包括

爬电电阻)全新[mΩ]

接触电阻(总电阻包括爬

电电阻)老化[mΩ]

2.5

0.17

0.35

1.17

2.34

4

0.11

0.22

0.72

1.44

6

0.09

0.18

0.68

1.36

16

0.05

0.1

0.43

0.86

25

0.035

0.07

0.4

0.8

35

0.029

0.059

0.39

0.78

50

0.025

0.05

0.36

0.72

70

0.02

0.03

0.3

0.65

 

 

9 安装、试验要求

 

 

9.1 安装要求

 

参照本规范第6章实行。

 

9.2 试验要求

 

参照GB/T 12528-2008 第7.4节,对电缆进行型式试验。具体试验项目见表7。

 

表 7 电缆型式试验项目

 

 

 

序号

检验项目

检验方法

1

导体直流电阻(20℃)

在任意温度下测量 1m 长的电阻,按公式进行修正

2

热延伸试验

(200±3)℃试验负载时间 15min 机械应力 0.2mm2

3

导体断裂伸长率

随机取 10%或 5 根的导体

4

老化试验

(158±2)℃/168h

 

 

 

5

 

 

耐酸碱性试验

( 23 ± 2 ) ℃ /168h

草酸溶液

 

浸 后 做 电 压 试 验50Hz/1.5kV 工频交流电 1min 无击穿

( 23 ± 2 ) ℃ /168h

氢氧化钠溶液

 

6

护套层的吸水试验

(70±2)℃/168h

 

7

标志连续性

两个相同标志之间的距离不超过 500 mm

8

标志耐久性

用浸水的棉花或布条擦试样 10 次不脱落

9

电缆燃烧的烟密度

在规定条件下透光率不得低于 80%

 


 

 

 

 

10

 

耐臭氧试验

时间 3 小时,表面无裂纹,做浸水电压试验,不发生

击穿

 

 

 

11

 

 

耐寒性试验

(-40℃)

 

低温卷曲试验

电缆直径小于 12.5,试验后无裂纹,并作浸水电压无

击穿

低温拉伸试验

电缆直径小于 12.5,断裂伸长率不得小于 20%

低温冲击试验

验后无裂纹,并作浸水电压无击穿

12

刮磨试验

护套加载 0.5kg

 

 

13

 

电压试验

将试样浸入水中,端部路出 150mm 水温保持在(20

±5)℃/24h 水和导电线芯之间施加 3.5kV/ 50Hz 正弦交流电.

 

 

14

 

击穿电压试验

将试样浸入(20±5)℃/1h 水中 在水和导电线芯施

加 3.5kV 的电压 以 100 的速率升高电压直到其破坏 放电为止 不得低于 6kV。

 

 

15

 

单根垂直燃烧试验

上 支 架 下 缘 与 碳 化 部 分 起 始 点 之 间 的 距 离 大 于

50mm

燃烧向下延伸至距离 支架下缘小于 540 mm

 

 

10 安全使用要求

 

 

4.2 操作

 

严禁非专业人员对高压线束进行操作;专业人员对高压线束进行操作前,需用数字万用表测量高压 正负线束端子之间直流电压值,测量U相、V相、W相两两之间的交流电压值,在测量值为0V的情况下才 能进行操作。

 

4.3 保养

 

高压线束需定里程进行保养,依据《保养手册》,每12000km检查保养项目如下:

——检查高压线束其电缆与连接器插件之间是否松动;

——检查高压线束过线孔过线护套等防护是否完好,线束是否出现磨损;

       ——检查发动机舱等通过高温区域线高压线束隔热材料是否脱落。

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