例如在純電動新能源汽車中,電源電壓一般在300 V以上、電流可以達到500 A,因此需要高壓線束具有更高的耐溫等級,一般在-40 ℃~125 ℃,部分需要達到150 ℃;其次要求高壓線束的允許工作溫升不超過55 K,以確保在大電流工作時,溫度穩定在安全范圍之內;此外,高壓線束的線徑大,工作電流達到500 A時,單芯導線線徑需要達到135 mm2,而更粗的線束會造成彎曲應力變大,線束安裝時,接插件插拔力也會增大。如果高壓線束材料具有一定的柔性,將有助于抵消彎曲應力,提升線束與接插件連接的可靠性;同時,為了保證防水與漏電安全,連接器要求的防護等級大于IP67,而且為了防止大電流產生的電磁干擾,高壓線束還有電磁屏蔽要求,一般要求銅絲編織屏蔽的覆蓋密度≥85%,其編織銅線直徑?>0.1 mm。
需要注意的是,隨著800V系統的日漸普及,高壓線束的技術要求也將進一步提升,對于整車線束布置帶來新的挑戰。首先需要面對的挑戰是高壓線束采用更大截面會帶來布線的困難,一般要求高壓線束的拐彎半徑應大于高壓線束直徑的6倍以上;其次,高壓線束的布置需要考慮電磁兼容性(EMC)、干擾源,高壓連接線束建議遠離易干擾部件及其連接線束,最好可以單獨布置。高壓線束與易干擾部件的連接線束的距離應超過10 cm,同時,將線束布置在金屬車身的凹槽、夾角,或者緊貼金屬車身布置可以有效降低電磁干擾。
綜上所述,隨著新能源汽車高壓線束技術要求的提升,如何控制高壓線束的工作溫升,在滿足載流量條件下盡可能減小線束截面積,這對于高壓線束在新能源汽車中的安全使用和車內空間的布置具有重要意義。而為了滿足高壓線束的工作溫升和優化線束布置,就不得不考慮高壓線束的材料選擇。
現階段車用高壓線束主要采用銅材料作為導體(參見QC/T1037-2016),包括裸圓銅線和鍍錫軟圓銅線絞合而成。銅材料具有優良的導電性能(20 ℃環境下,銅的電阻為0.0185 Ωmm2/m,鋁的電阻為0.0294 Ωmm2/m)。在大電流情況下,其工作溫升更低,一方面可以減少輸電時發熱損失,另一方面銅材料優良的導熱性能也確保了高壓線束的工作溫度穩定在安全范圍之內。同時,由于導電性優良,在相同載荷下,銅導線的截面積可以更小,這可以有效幫助高壓線束的靈活布置,包括更小的拐彎半徑(高壓線束的拐彎半徑一般需要超過線束直徑的5~6倍以上);此外,更細的線束可以降低彎曲應力,安裝線束時,接插件插拔力較小,幫助降低安裝維護的難度,提高裝配的穩定性和可靠性;而且,更小的截面積可以幫助高壓線束靈活布置于貼合金屬車身的凹槽、夾角,或者緊貼金屬車身布置以有效降低電磁干擾。
☆?除了良好的導電性能,銅材料作為高壓線束導體材料的另一個優勢是較好的拉伸強度與彎曲性能。金屬銅具有較好的力學性能,抗拉強度為200-240 MN/M2,伸長率可達50%,其良好的塑性使其易于加工,具有很高的塑性變形能力,可采用壓延、擠壓和拉伸等壓力加工方法制成各種形狀和尺寸的制品,而用銅材料作為導體的高壓線束在使用過程中可以承受車輛行駛過程中發生的振動與摩擦,具有較高的可靠性和更長的使用壽命。
☆?銅材料還具有較好的化學穩定性,抗腐蝕性好,且易于焊接。車輛的運行環境復雜惡劣,高壓線束和端子接頭不可避免會工作在潮濕、鹽霧等易腐蝕環境中。而根據傳統汽車線束的使用經驗,在潮濕、高溫和振動的環境下,如與其他部件發生摩擦和碰撞,容易出現絕緣體磨損、接頭松動、導線腐蝕等現象,進而導致斷路或短路等故障的發生。由于高壓線束承載更高的電壓、更大的電流,并在端子和連接器上具有更大的應力,所以安全要求更高,需要導體材料具有更好的化學穩定性。高品質的銅材料既能確保端子和連接器長期保持良好的接觸,避免電化學腐蝕的發生,也能減緩絕緣層老化或受損后,線束導體受腐蝕的影響。而該領域也是其他材料作為高壓線束導體需要進行全面研究驗證的主要難點之一。
簡而言之,高壓線束作為新能源汽車的血管與神經系統,對于新能源汽車具有牽一發而動全身的影響作用。高壓線束的安全性是新能源汽車整車安全性的基礎保障,其技術發展對于新能源汽車整車性能的提升具有重要作用。