精益智造工厂高压线束的设计和装配浅析

摘要：随着新能源汽车行业的快速发展，电动汽车的技术水平和安全性不断提高。作为电力的连接纽带，高压线束在设计和装配方面的安全性和可靠性至关重要。本文根据新能源汽车高压线束特性和使用特性，从耐高温、耐高压、屏蔽性能、机械防护和防水防尘等方面性能要求，确认高压线束的整体设计，总结汽车高压线束的装配要求，为后续精益智造工厂高压线束的装配提供参考。 

目前我国新能源汽车行业正处于高速发展时期。新能源汽车的电力来自动力蓄电池，连接电池组的核心纽带就是高压线束。新能源汽车，无论是混合动力车，还是纯电动车，都离不开高压系统，高压线束是其必不可少的部件。因此，高压线束的安全性和可靠性是保证电力车辆运行的关键。

1.1　连接器的设计

高压连接器的设计需要考虑耐高温和耐高压两个方面。

1.1.1　耐高温性能设计

连接器在使用时会产生热量，插入式接头的接触面有一定的接触电阻，随着接触面的电阻增大，功耗增大，接触面温度升高，其可靠性降低。因此，连接器除了需要选取耐高温材料以外，也需要在接触件方面选用合理的接触形式，通常采用片簧式接触，其由黄铜车制件及冠簧冲压件组成，产品一致性好、成本低。

1.1.2　耐高压性能设计

为适应新能源车高压接插件的设计需求，应从结构和材质方面进行合理的选择，以保证其绝缘性。为改善接插件的耐高压性能，连接器的接触面位置应贴合无空气间隙，因此在设计高压连接器时需在接触面采用软绝缘材料，且插头和插座之间采用锥面结构，保证在插合到位的同时将空气间隙填实。除此之外，高压连接器还要选用绝缘强度高、击穿电压高、高温高压下稳定性好的材料。

1.2　屏蔽性能设计

为了确保高压线束具有良好的电磁屏蔽性能，又能满足可靠的电力连接基本要求。高压线束屏蔽性能设计包括高压电缆自身屏蔽性能设计、高压电缆与高压连接器结合处的屏蔽性能设计、高压连接器自身屏蔽性能设计及高压连接器插合界面处的屏蔽性能设计等。主要屏蔽方式为高压电缆采用屏蔽结构，连接器采用金属壳设计，而在高压电缆与高压连接器结合处的屏蔽一般采用屏蔽环，即在接合处加一层单独的屏蔽金属编织网，加强屏蔽效果。

1.3　机械防护和防尘防水设计

高压线束系统必须满足整车总体布置及人机工程的要求，对于布置在发动机舱及底盘部分的高压线束应特别注意线束的防护方式。在车辆底盘布置高压线束，需要考虑车辆涉水、刮底盘等情况，所以对其进行机械保护和防尘、防水是基本要求。对于线缆部分，可以采用塑料线槽、金属弯管设计来保护高压线束；对于连接器部分，可以在接头处增加密封圈等保护措施，以保证接头的密封性，避免接触件之间出现短路、水分侵入、发生火花等安全问题。

（1） 高压线束与周围零件最小静态间隙≥15 mm（＜15 mm时加保护套或分离管夹）；

（2） 运动高压线束与非运动件最小静态间隙≥25mm（＜25 mm时加保护套或分离管），运动高压线束与运动件最小静态间隙≥35 mm（＜35 mm时加保护套或分离管夹）；

（3） 考虑高压线束的耐温程度，与高温零部件的间隙要求需满足热害分析结果（高压线束耐温≤125 ℃，扎带卡扣耐温≤105 ℃）（高温零部件一般为排气管间隙无法达到要求时，增加隔热措施）；

（4） 静态线束转弯半径≥5D、动态线束转弯半径≥8D、硅胶线缆≥4D；

（5） 高压线束走向顺畅、无扭曲；

（6） 高压线束要求用光滑无毛刺的支架、线槽、线夹、扎带等进行固定，用扎带固定时，应充分考虑固定方式，以便于选择合适的扎带进行固定，避免固定失效风险；

（7） 高压线束通过孔直径大于管线直径的2.3 倍，且大于高压连接器最大宽度的1.3 倍；

（8） 线束在过车身钣金孔时，需使用橡胶套过孔保护和密封，并在过孔前后做好线束固定；

（9） 过孔胶塞开孔规格及开孔结构正确匹配，胶塞距离线束上的附件，如卡扣、连接器等，至少100 mm；

（10） 高压线束连接器尽量避免水滴区；

（11） 接地线束端子要有防旋转设计。

3.1　动力蓄电池的连接

3.1.1　头座对插操作

连接器对插时，先将把手推至与插头垂直状态，将插头插入插座（至插座两个耳柱进入插头把手环槽内），转动把手，至把手被绿色锁止片锁紧。头座对插示意图如图1 所示。注意在插头和插座对插过程中应避免插头与插座斜插拔，对插过程中因斜插导致插拔力大时，应分离头、座。

图1　头座对插示意图

3.1.2　头座分离操作

连接器分离时，向后拨动插头绿色锁止片，转动把手（至把手与插头垂直），拉动插头橙色壳体，至插头插座完全分离。头座分离示意图如图2 所示。

（a）　解锁锁止片

（b）　头座分离

图2　头座分离示意图

3.2　充放电系统的连接

3.2.1　头座对插操作

（1） 将插头和插座对插，对插时注意孔位和方向的正确性，如图3 （a） 所示；

（a）　头座插合

（2） 对插过程中，听到两声清脆的“咔”声，插座的倒刺卡入插头锁紧机构，插头插座不能分开，产品插合到位（或者从视觉上观察插头前端面到达插座上的“头座对插到位标识”，如图3 （b） 所示；

（b）　头座分离

图3　头座插合到位及锁止片状态图

（3） 将绿色锁止片从“常开位置”推至“常闭位置”。

3.2.2　头座分离操作

（1） 将插头上绿色的锁止片从“常闭位置”拔出至“常开位置”，如图3 （b） 所示；

（2） 按下插头上“一级解锁”按钮，同时分别向两个方向拉拽插头插座，直至无法拉动；

（3） 松开“一级解锁”按钮再按下插头上“二级解锁”按钮，同时分别向两个方向拉拽插头插座，直至头座完全分离，此时头座的分离操作完成。

3.2.3　注意事项

解锁过程是通过先后按压解锁标记“1”“2”处实现的，没有按照要求依次按压“1”“2”，不能强行拽拉连接器。

3.3　高压线束IPT连接器及端子的装配

高压线束连接器需按顺序装配，操作正确，装配到位，避免进水风险。

3.3.1　装配顺序

（1） IPT 端水平装入，与电控端面平行贴合，端子平行于安装面，先装IPT的3颗M6 螺栓 ；

（2） 预紧中间2 号M6 螺栓；

（3） 打紧1号和3号的螺栓，再打紧2 号螺栓 ；

（4） 安装端子螺栓（M8） 螺栓，先预紧后打紧。

如图4 所示。

图4　3Pin 装配顺序

3.3.2　装配关键控制点

（1） 安装高压辅电插件时，需要将插件安装到位并且锁紧；

（2） 安装IPT 接插件时，为了防止密封圈被挤破，需要将IPT接插件水平推入；

（3） 安装IPT 接插件过程中，需要保证高压线束铜鼻子上包裹的热缩套管不被锋利物体划破或者割破；

（4） 打紧铜鼻子安装螺栓时，需要先预紧再打紧扭矩，防止高压线束产生偏转与电机控制器可以干涉；

（5） 在安装IPT 接插件及打紧铜鼻子安装螺栓过程中，需要保证接线仓无异物和金属屑进入，需及时清理，防止异物或者金属屑进入电机控制器内部造成短路。

（6） IPT 插件安装螺栓打紧后，IPT 插件与电机控制器之间贴合面的间隙应该控制在≤1 mm。

3.4　连接器的装配空间

一般所有连接器位置预留不小于200 mm的空间，在安装时需要足够的手部操作空间，以便于连接和断开操作。连接器和部件之间的连接应该适当消除机械应力。

本文从新能源汽车的使用特点、要求、环境等方面，对高压线束的性能要求和设计要点进行了分析，并对高压线束的装配进行了详细的阐述。在追求精益智造的时代，在新能源汽车上布置高压线束，应当遵循易于装配、易于维护和安全稳定的原则。