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东莞市雪狼汽车配件有限公司

公司位于东莞虎门,成立于1999年,是一家专业的线束生产厂家。

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新能源汽车高压线束安全设计

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新能源汽车高压线束安全设计

分类:
新闻中心
发布时间:
2021/08/05 16:53
浏览量
【摘要】:
 电动汽车动力系统结构与传统汽车差异显著。主要区别在于电动汽车由高压电池系统、高压电驱动系统提供动力输出。
       电动汽车动力系统结构与传统汽车差异显著。主要区别在于电动汽车由高压电池系统高压电驱动系统提供动力输出。
 

       大部分用电器,比如空调压缩机、空调加热器、动力分配单元、慢充充电器等等都是高压零部件。

 

        这里说的高压普遍都在300Vdc~500Vdc之间(注:安全电压小于60Vdc),而且这些用电器的工作电流高达几百安培(注:人体能承受的电流小于0.023A)
 

       正因为这些高电压和高电流的存在,如果高压安全防护设计不到位或使用不当, 在长期使用中可能存在高压系统受损、绝缘性降低、高路短路、电池起火等隐患,对人身财产造成极大的危害。

       由此可见,电动汽车在安全设计方面不止要满足传统汽车所需的要求,还应当重点关注高压电安全的防护设计,确保高压电安全风险处于可控状态。
 

       在网上看了关于蔚来开了10万公里的ES8的拆车过程的全程直播,通过一些现场记录,这里面还是有很多信息值得探讨。

 

       蔚来ES8设计状态解析

 

       一款产品的功能性决定了这款产品能不能用、以及用起来爽不爽;而一款产品的安全耐久性可不可靠,将直接决定这款产品有没有未来的问题。

 

       安全和耐久是什么?就是汽车的品质保证。所以,拆解一辆开了10万公里的电动车,是很具有参考意义的。

 

       我们能通过它长期使用后积累的状态,来判断其好坏。当然,其背后所承载的设计理念,更值得我们关注和思考。
 
 
       1.结构布局合理
 

       上车启动嘎吱响,丈母娘两眼泪彷徨。好的整车和高压系统结构布局合理性极大的影响了高压系统的安全可靠性。

 

       如果整车高压系统结构布局不合理或者车身结构强度不足,在车辆长时间的使用过程中可能导致车身结构扭曲变形,高压零部件固定安装点受力移位,进而导致高压零部件密封安全性降低,在下雨或者车辆涉水时进水引发高压回路短路发热起火等安全风险。

 

       来看ES8的现场拆解图:主要看高压电池包高压对接口高压功率分配单元其他高压零部件,这几个关键部位并没有任何进水、腐蚀或者摩擦变形的迹象。

(高压电池包接插件口无异常刮蹭、变形情况)

(高压功率分配单元内部干净整洁,无水迹/霉变现象)

 

       蔚来ES8的结构可靠性主要来自完全正向开发的先天优势。正向开发的好处在于不受限整车固有结构,可以优先保护重要零部件(比如三电系统)。

 
       从蔚来ES8的整车结构布局图中可以发现,高压电池和电驱动系统均布置在碰撞和挤压安全核心区域,受力防撞结构相对规整,受力传递路径可靠。
 
 
       2.设计冗余
 

       人生很多时候都在追求对的时间遇上对的人,追求这种“刚刚好”的状态,但是做产品开发设计是不能仅满足于“刚刚好”,特别是电动汽车的高压系统耐久安全设计。

 

       电动汽车相较于传统然于汽车,拥有复杂的高压零部件高压线束高压接插件等大功率高压用电器。这些大功率高压用电器在使用过程中由于长时间通过几十甚至几百安培的大电流.
 

       根据热量累计公式:Q=I²Rt :

 

       ①通过大电流的用电器电阻R的增大,高压用电器的发热量也会增大

 

       ②在超过一定安全阈值的情况下,可能导致高压用电器烧蚀和起火

 

 

       基于此风险, 就要求在高压用电器的设计和选型时,必须考虑实际的使用需求冗余保护。比如:

 

       线束线径设计是否足够大

 

       线束内阻是否足够小

 

       高压连接接头和触点是否足够牢靠

 

       高压连接螺栓扭矩是否足够等等
 
 
       如不满足以上要求,从实车表现来说,将存在因虚接打火导致高压连接点烧蚀变色甚至发黑高压线束外皮发热变形发黑或碳化等现象。
 

       从蔚来ES8的拆解结果来看,即便是开了10万公里,所有高压线束的外观状态完好:

 

       高压接插件的接口位置光洁

 

      高压铜排的螺栓连接点完好

 

      未发现任何烧蚀或者变黑的痕迹

 

      基于此可以判断,蔚来ES8在高压系统耐久安全方面还是做了很多冗余设计的。

 
      注:冗余设计,指产品设计过程中在满足实际需求的情况下留出余量。合理的冗余设计可极大的提高产品的可靠性,唯一的缺点就是成本更高。
      比如实际最大使用电流为100A,但是选用能耐150A的线束。
 
 
       3.线束固定可靠
 
        电动汽车高压用电器遍布车身各处,与之连接的高、低压线束贯穿车身,形成了类似于人体血管网络的复杂结构。高、低压线束的走向不同、粗细不同、工作状态也不同。
 
       任何一根线束出现问题都有可能像血管出现问题一样导致心脏受损,从而引发身体不适,严重的甚至可能会危及生命。
 
       根据消防统计数据2017年机动车火灾约为27136起,其中约占35%的事故是由于电气火灾导致,26%的事故是由于自燃导致,而电气火灾和自燃与线束固定可靠性有很大的关系。
 
若高、低压线束固定不可靠,在使用过程中可能发生磨损干涉等,存在短路漏电发热起火等安全隐患。
 
        由此可见,在电动汽车的高压系统耐久安全设计中,线束固定可靠性极为关键
 
        电动汽车在研发阶段会做一些测试,模拟各种高速、颠簸、沙石等振动路况,从而验证高、低压线束的固定可靠性。
 
       但是,当车辆转交到用户的手里,是否能经受住种种“非人”的折磨,比如这辆ES8一年半开个100000公里,日均200多公里的考验,确实是个值得关注的问题。
 
       拆解之后可以看到,蔚来ES8对于高、低压线束的保护还是很全面的:
 
       高、低压线束平均每200mm就有一个可靠的固定点或固定卡扣,这样做的目的是有效避免在车辆使用过程中出现线束震荡或者撞击导致受损的情况。
 

       蔚来ES8的高压线束均采用多层绝缘防护设计,在某些易磨损位置采用了波纹管毛毡布等防割、防磨损结构设计。

 

       低压线束在固定点位置采用加强绝缘防割材料缠绕包覆,很大程度上降低固定点的磨损风险。

 
       从拆解的结果来看,日均200公里的行驶工况,ES8的高低压线束状态还算完好,未出现破皮、干涉的情况,线束固定的可靠性值得肯定。
 

       蔚来ES8设计状态总结

 

       安全是条不可逾越的红线,是所有新能源产品开发的最高原则。

 

       新能源汽车线束安全开发是一项复杂的系统性工程,只有充分的考虑到系统特性,并针对产品使用场景进行全面的失效模式分析,才能让保证产品全生命周期的安全性得到充分的验证。