什么是新能源汽车高压线束

汽车线束整体可分为低压线束和高压线束两种,传统燃油汽车主要采用低压线束,新能源汽车主要使用高压线束,高压线束可以根据不同的电压等级配置于电动汽车内部及外部线束连接。主要应用配电盒内部线束信号分配,高效优质地传输电能,屏蔽外界信号干扰等,高压线束是新能源汽车高压系统的神经网络,非常重要,今天我们一起聊聊,什么是新能源汽车高压线束?

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新能源汽车高压线束主要由连接器、端子、电线、覆盖物等零件组成。新能源汽车高压线束可以根据不同的电压等级配置于电动汽车内部及外部线束连接。主要应用配电盒内部线束信号分配,高效优质地传输电能,屏蔽外界信号干扰。由于车内高压线束具有大电压/大电流、大线径导线数量多等特点,线束的设计面临布线、安全、屏蔽、重量和成本等挑战。

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高压连接器


高压连接器的协会标准


高压连接器目前都是基于行业标准;从标准来说有安规、性能等要求标准,也有测试标准,目前连接器厂家最为主流的设计基本上会参照欧洲四大主机厂:奥迪、宝马、戴姆勒、保时捷联合制定的行业标准LV系列标准;而在北美主要是来自己SAEuscar的相关标准,uscar本身不起草标准,我们经常使用的uscar2、 37等相关标准主要是来自克莱斯勒、福特、通用美国三大主机厂联合的线束连接组织EWCAP,这个组织94年就已经成立,08年为了适应越来越多的HEV的要求,该组织更新了SAE-USCAR 2 ,将电压等级从原有的20V提升到了我们现在看到的600V。

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对于欧洲基本上基本上也是由欧洲三驾马(VW BMW Daimler)主机厂联合制定的,作为汽车大佬的德国在其标准的制定和推动上也起到了非常重要的作用,当然VW在相关行业标准里面的利益体现也得到了展示,对于AK工作组,甚至还细化了安装界面尺寸等要求,这也基本上符合欧美主机厂的一贯风格,TE Amphenol Kostal molex delphi 等也都加入了这些标准。对于GB,我们也也发布了我们自己的高压连接器的标准,但是就标准内容来看,很多地方还需要进一步的完善和提升,在此不做多叙述;因为高压连接器一般不可能以单独产品的形式在车辆上出现,一般都是需要搭载cable,所以其线束的标准要求也很重要,行业里一般参照 SAE j1742的会比较多。

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高压连接器的种类介绍


新能源汽车用高压连接器是机电一体化产品,主要由接触件、绝缘体、壳体及附件四部分构成,其中:接触件是连接器完成光、电信号连接的核心部件,通过接触件的插合完成车辆在行车中所需的光、电信号的连接;绝缘体和外壳主要起固定、绝缘和机械保护作用。制造过程集电气性能设计、数控机械加工、冲压工艺技术、塑压工艺技术、精密压铸工艺技术、严格的试验手段等多元技术组合于一体。由于高压连接器产品的质量和精度直接影响到连接器的电气、机械、环境等性能,进而影响电动车辆的行车安全,因此高压连接器的质量要求和制造精度比较高,属于连接器领域中附加价值较高的中高端产品。我们在整车上往往可以看见各种各样的高压连接器,高压连接器结构一般包括:接触对、密封圈、对接锁止机构,支架,外壳,定位机构,高压互锁机构,屏蔽机构,绝缘结构等。一般的端接方式有焊接、压接、过孔连接、螺钉连接等。安装方式也多种多样包括面板式、电缆式、螺母式、穿墙式等这其中根据线束连接方式不同,我们主要将其分为两个类别的连接:


一种是以螺栓直接连接的固定式;一种是插合式连接。


螺栓连接是我们在整车上经常看见的一种连接方,这种方式的好处在于它的连接可靠性,螺栓的机械力是可以抵御汽车级的振动的影响的,其成本也相对低廉,当然它的不便之处螺栓连接是需要一定的的操作安装空间的,对于区域越发平台化,越来越合理的车内空间,是无法留出过多的安装空间的,而且从批量化作业和售后维护的角度来说也不适合,而且螺栓越多越存在人为失误的风险,所以它也有它的一定的局限性;在早期的日美混动车型上我们经常看见类似产品,当然现在在一些乘用车的三相电机线以及一些商用车的电池动力输入输出线我们依然可以看见很多类似的连接,这类连接一般都需要借助外在的盒子实现防护等其他功能要求,所以是否使用这种方式需要从整车的动力线设计布置的角度出发结合售后等要求。

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高压连接器选型介绍及未来市场预期


高压连接器选型,一般是根据实际需要的使用情况,对高压连接器准确的选型是设计者要考虑的一项关键问题,以下针对新能源汽车的使用场景进行选型


根据整车高压系统的规划进行选型


整车高压系统包括动力电池、电机/电机控制器、PDU、直流或交流充电系统、电加热、电空调、DCDC以及其他电动配件系统等。首先,确定整车高压的电气原理,初步明确整车的电压平台,以及各设备的用/配电量,确定载流量的大小。其次根据实际的用电设备的布局,确定所用的连接器采用单芯或者多芯。


根据安装条件进行选型


通常整车上高压系统的安装空间比较紧凑,高压设备结构要求精巧与美观,同时需要根据整车上高压线束的具体走向明确高压连接器的形式。


根据适用环境及性能要求进行选型


需要确认高压连接器的电性能、机械性能及环境性能是否能满足实车工况要求以及系统安全要求等,确定选型产品满足相关技术指标

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新能源汽车发展到今天,越来越多的新能源汽车走进我们的生活,无论是增程式电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车、氢发动机汽车、纯电动汽车、或其他新能源汽车等,都需要大量的连接器,与传统燃料汽车不同的是电动汽车往往有较高的电压和电流平台,所以新能源汽车上往往有大量的高压连接器,国际市场上,连接器市场的领导厂商主要被美国、德国、日本、法国四个国家和地区的厂商所占据,基本上己经形成寡头垄断的竞争格局。我国连接器经过多年技术积累,以及在新能源汽车的提前布局,无论是在设计能力还是自动化生产能力,已经满足新能源汽车连接器所要求的技术水平。在下游厂商国产化和技术能力积累足够的两大条件满足的前提下,国内厂商已经占领新能源汽车连接器的制高点,在这个新的领域实现弯道超车,打破外商在传统汽车连接器的垄断地位。整车厂对高压连接器的安全性、稳定性、抗干扰性等有着严格的考核时间(一般2-3年),一旦双方合作关系确立,整车厂商通常不会轻易变换其配套零部件供应商,市场份额也较为稳定。目前国内能批量供货的高压连接器厂商有:中航光电、永贵电器、江苏瑞可达等为数不多的企业,近年来,二线企业也开始成长起来,单从销售规模来看,国内市场方面中国企业也逐渐崛起。汽车电动化浪潮推动高压连接器需求爆发


压接端子


新能源线束压接端子介绍


接线端子是基础,没有可靠的接线端子,就没有可靠的系统工程。预防和分析是每个企业所必须的过程,通过接线端子可靠性筛选发现各种失效模式和失效机理,可分析出大量经验教训和排除各种隐患,为改进设计、工艺、检验和使用提供科学依据,是修订和制订接线端子技术条件的重要依据,为预防不必要的损失提供了技术保障。

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接线端子的常见故障和问题


接线端子从使用角度讲,应该达到的功能是:接触部位该导通的地方必须导通,接触可靠。绝缘部位不该导通的地方必须绝缘可靠。接线端子常见的致命故障形式有以下三种:


1.接触不良的问题


接线端子内部的金属导体是端子的核心零件,它将来自外部电线或电缆的电压,电流或信号传递到与其相配的连接器对应的接触件上。故接触件必须具备优良的结构,稳定可靠的接触保持力和良好的导电性能。由于接触件结构设计不合理,材料选用错误,模具不稳定,加工尺寸超差,表面粗糙,热处理电镀等表面处理工艺不合理,组装不当,贮存使用环境恶劣和操作使用不当,都会在接触件的接触部位和配合部位造成接触不良。


2.绝缘不良的问题


绝缘体的作用是使接触件保持正确的位置排列,并使接触件与接触件之间,接触件与壳体之间相互绝缘。故绝缘件必须具备优良的电气性能,机械性能和工艺成型性能。特别是随着高密度,小型化接线端子的广泛使用,绝缘体的有效壁厚越来越薄。这对绝缘材料,注塑模具精度和成型工艺等提出了更苛严的要求。由于绝缘体表面或内部存在金属多余物,表面尘埃,焊剂等污染受潮,有机材料析出物及有害气体吸附膜与表面水膜融合形成离子性导电通道,吸潮,长霉,绝缘材料老化等原因,都会造成短路,漏电,击穿,绝缘电阻低等绝缘不良现象。


3.固定不良的问题


绝缘体不仅起绝缘作用,通常也为伸出的接触件提供精确的对中和保护,同时还具有安装定位,锁紧固定在设备上的功能。固定不良,轻者影响接触可靠造成瞬间断电,严重的就是产品解体。解体是指接线端子在插合状态下,由于材料,设计,工艺等原因导致结构不可靠造成的插头与插座之间,插针与插孔之间的不正常分离,将造成控制系统电能传输和信号控制中断的严重后果。由于设计不可靠,选材错误,成型工艺选择不当,热处理,模具,装配,熔接等工艺质量差,装配不到位等都会造成固定不良。


此外,由于镀层起皮,腐蚀,碰伤,塑壳飞边,破裂,接触件加工粗糙,变形等原因造成的外观不良,由于定位锁紧配合尺寸超差,加工质量一致性差,总分离力过大等原因造成的互换不良,也是常见病,多发病。这几种故障一般都能在检验及使用过程中及时发现剔除。


如何检测接线端子短路故障


导线及接线端子的故障也可能是由于线束与车身(地线)之间或在有关开关内部短路所造成的。检查前应首先看在车身的端子固定是否牢靠,然后便可按下列步骤进行测试。


1、检查电线通断


首先拆下控制电脑ECU和传感器两侧的接线端子,再测量端子相应端子间的电阻。如电阻值不大于1欧姆,则说明电线正常,以便进行下一步检查。在测量导线电阻时,最好在垂直和水平两个方向轻轻摇动导线以提高测量的准确性,同时注意,对大多数导线端子、万用表表棒应从连接器的后端插入,但是对于装有防水套的防水型接线端子表棒就不能从后端插入,因为在插入时稍不小心便会使端子变形。


2、短路的电阻值检查


首先拆下控制电脑ECU和传感器两侧的导线接线端子,再测量两侧连接器各端子排与车身间的电阻值。测量时,表棒一端搭铁接车身,另一端要分别在两侧导线连接器上进行测量,如果电阻值大于1欧姆则说明该电线与车身无短路故障。


3、端子外观及接触压力检查


首先应逐一拆下各端子,检查连接器端子上有无锈触和脏污,对锈蚀和脏污应清理。然后检查端子片是否松动或损坏,端子固定是否牢靠,在轻轻拉动时端子应无松动现象。反之,如果在哪一个座孔中的插头端子拔出时比其它座孔容易,则该座孔可能在使用中会引起接触不良的故障。


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电线


新能源线束的电线介绍


汽车线束线缆类型受线束所处的环境和功能的影响。例如:发动机、动电池等周围环境温度,腐蚀性体和液体也很多。因此,定要使耐温、耐油、耐振动、耐摩擦导线;李厢盖上的导线要在低温下保持其弹性,所以要选冷弹性导线保证其正常作;动变速器上的导线定要耐温、耐液压油,其温度稳定性要好;弱信号传感器要屏蔽导线,例如爆震传感器和曲轴位置传感器、ABS轮速传感器等;门内线耐弯曲性要求等。汽车线束常的导线通常使多股绞介铜导线,绝缘为PVC绝缘材料。线束导线要有耐


温、耐油、耐磨、防、防腐蚀、抗氧化、阻燃等特性。前主汽车品牌使导线种类主要包括标导线和德标导线。标导线使的种类主要包


括:AV、AVSS、AVSSX、AVX、AEX;德标导线使的种类主要包括:FLRY-B、FLR9Y-B。传统汽车是以汽油发动机为动,传统汽车导线作是传输控制信号,承受的电流和电压都很,故电线直径较,结构上也仅是导体外加绝缘,很简单。但根据电动汽车压电缆的使要求,压电线主要起传输能量的作,需把电池的能量传输到各个系统,因此所设计的电动汽车压线束必须满压电流传输。电动汽车压电缆承受的电压较(额定电压最600 V),电流较(额定电流最600 A),电磁辐射较强,故电缆的直径明显增,同时为了避免电磁辐射对周围电设备产强烈电磁扰,影响其他电设备正常运,电缆还设计了抗电磁扰屏蔽结构,即采同轴结构,利内导体和外导体(屏蔽)共同作,电缆内的磁场成同圆分布,电场从内导体指向并于外导体,使电缆周围外部的电磁场为零,亦即


屏蔽了电磁辐射,从确保电动车正常运。早期汽车线缆绝缘材料主要是PVC(聚氯烯),但PVC中含有铅,对体有害,近些年来逐渐被LSZH(低烟卤材料)TPE(热塑性弹性体)、XLPE(交联聚烯)、硅橡胶等材料替代。由于电动汽车压电缆在满压电流、抗电磁扰的同时还要满耐磨和阻燃等要求,对比这些材料,硅橡胶的击穿电压,具有耐电弧性、耐漏电痕迹性、耐臭氧性,其同时具有良好的耐低温,绝缘性能良好,在温湿条件下性能稳定、阻燃等,硅橡综合具有物理机械性能良好、使寿命长、价格低廉等优点成为了目前电动乘车压电缆绝缘材料的选;

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目前总体而言,压线缆主要选交联聚烯绝缘电缆XLPE或硅橡胶电缆。国内商生产的主要材料是XLPE为主,由于XLPE艺较成熟,产商可以添加交联母粒直接产,成本及期都较低,硅橡胶线缆度的耐温性(-50℃-180℃)与柔软性,常有助于车内布线,硅胶线缆由于会涉及硅橡胶材料的合成例及艺的优化,前国内硅胶线做的好的并不多见,以下是目前高压线缆的分类大纲。


1、按电压等级:600V,1000V,1500V,3000V;


2、按温度等级:125℃、150℃、180℃、200℃;


3、按绝缘属性:热塑性绝缘和热固性绝缘;


4、按屏蔽型式:屏蔽型和非屏蔽电缆;


5、按绝缘芯数:多芯和单芯电缆;


6、电缆平方数:1.25、2、2.5、3、4、5、10、16、25、35、50、70、95、120等。


覆盖物


覆盖物的介绍


波纹管,一般的材料为PA/PP,耐温在-40°C-125°C,主要是有效的保护线缆的作用。

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热缩管,一般的材料为聚丙烯,耐温在-40°C-125°C,具有柔软有弹性,应用于各种线束,焊点,电感的绝缘保护。

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汽车线束行业发展趋势分析


目前,全球汽车线束企业主要分为四个梯队,**梯队为矢崎和住友电工,第二梯队包括安波福、莱尼和李尔,第三梯队包括德科斯米尔、Kromberg & Schubert 、古河电工、裕罗、京信、藤仓,第四梯队则包括其它小型线束企业。目前,全球汽车线束市场主要由前三个梯队占据,与全球主要汽车生产商形成了稳固的配套体系。同时,由于中国线束市场发展潜力巨大,国际线束厂商主要通过收购、独资或与本土企业合资的方式布局中国市场,与合资车厂及本土车厂配套。

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中国汽车线束企业主要包括沪光股份、天海集团、得润电子、上海金亭(永鼎股份)、曼德电子、立讯精密、侨云电子、华凯线束、科博达等。随着汽车零部件的本土化采购日益加强,本土一些线束企业,通过长期积累的产品技术和同步开发经验,整体实力显著增强,凭借及时有效的服务、可靠的产品质量逐步进入国际汽车厂商的供应商配套体系。如天海集团、沪光股份、上海金亭、得润电子、科博达等。随着汽车功能的日益丰富,对汽车线束的需求量也大幅增长,这直接导致汽车线束长度及重量大大增加,致使汽车重量大幅增长,并且线束布线难度大大提高,因此必须从质量到布线对汽车线束进行优化,满足蓬勃增长的需求。我们认为,汽车线束将主要向以下几个方面发展:


di一:汽车线束市场轻量化是未来发展主基调


第二:FPC方案在主流电动汽车车型上普遍被采用,FPC替代传统线束成趋势


第三:自动化,专题即将发布整理,汽车布线结构复杂,目前95%的线束需要手工生产,生产效率低下,是典型的劳动密集型产业,人力成本已成为制约企业扩大产能、实现规模化效应的主要因素之一。目前,大多汽车线束厂商仍然停留在依靠局部的先进设备来完成部分加工环节的自动化生产阶段,智能制造尚未普及发展。未来随着汽车线束逐步实现集成化,以及生产技术的不断进步,智能制造有望实现贯穿汽车线束设计、生产、仓储、物流、管理及服务等全流程。目前,包括安波福、李尔、沪光股份等汽车线束企业均在推进汽车线束生产流程自动化