客車整車高壓線束設(shè)計規(guī)范

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上海萬象汽車制造有限公司 文件編號 文件版本 文件密級 模板版本 發(fā)放部門 客車整車高壓線束設(shè)計規(guī)范 編制： 審核： 批準： 目錄 文件變更日志 前言 一、 范圍 二、 規(guī)范性引用文件 三、 術(shù)語和定義 四、 應(yīng)滿足的功能要求及應(yīng)達到的性能要求 五、 設(shè)計輸入、輸出要求 六、 裝配要求 七、 關(guān)鍵件選用規(guī)范要求 八、 設(shè)計計算 九、 安裝、試驗要求 十、 安全使用要求 文檔變更日志 版本 日期 編制 變更理由/變更內(nèi)容 備注 V1.1 20180713 初稿 前言 本設(shè)計規(guī)范意在規(guī)定純電動客車高壓系統(tǒng)的高壓線束設(shè)計規(guī)范。 本規(guī)范由上海萬象汽車制造有限公司技術(shù)中心電氣技術(shù)部負責(zé)起草。 本設(shè)計規(guī)范適用于上海萬象汽車制造有限公司生產(chǎn)的車輛。 一、范圍 本規(guī)范規(guī)定了電動汽車高壓線束設(shè)計過程中涉及到的符號、代號、術(shù)語及其定義,設(shè)計準則,布置要求,結(jié)構(gòu)設(shè)計要求,材料選用要求,性能設(shè)計要求,設(shè)計計算方法,安全使用要求等。 本規(guī)范適用于上海萬象汽車制造有限公司生產(chǎn)的各類新能源客車。 二、規(guī)范性引用文件 下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。 GB/T 2423.17 電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗規(guī)程-鹽霧試驗 GB 4208 外殼防護等級(IP代碼) GB/T 12528 交流額定電壓3kV及以下軌道交通車用電纜 GB 14315 電力電纜導(dǎo)體用壓接型銅、鋁接線端子和連接管 GB/T 14691 技術(shù)制圖字體 GB/T 18384.2 電動汽車安全要求第2部分功能安全和故障防護 GB/T 18384.3 電動汽車安全要求第3部分人員觸電防護 GB/T 18487.1 電動車輛傳導(dǎo)充電系統(tǒng)一般要求 GB/T 18487.2 電動車輛傳導(dǎo)充電系統(tǒng)電動車輛與交流直流電源的連接要求 GB/T 18488.1 電動汽車車用電機及其控制器技術(shù)條件 GB/T 19596 電動汽車術(shù)語 QC/T 413 汽車電氣設(shè)備基本技術(shù)條件 Q/TEV 100 整車產(chǎn)品圖樣及技術(shù)文件編號規(guī)則 Q/TEV 31306 電動汽車線束號編號規(guī)則 Q/TEV 31307 電動汽車動力系統(tǒng)線號編號規(guī)則 SAE J1654 高壓電纜 High Voltage Primary Cable SAE J1673 電動汽車高壓電纜總成設(shè)計 High Voltage Automotive Wiring Assembly Design SAE J1742 道路車輛車載電線束高壓連接-試驗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 三、術(shù)語和定義 3.1 工作電壓 在任何正常工作狀態(tài)下,電氣系統(tǒng)可能產(chǎn)生的交流電壓(均方根值rms)或直流電壓的最高值(不考慮瞬時電壓)。 3.2 高壓 根據(jù)具體的電壓等級,電動汽車的電壓級別為B級。 直流DC60 V < U ≤ DC1000 V。 交流(15HZ-150Hz)AC 25V < U(rms) ≤ AC660V。 3.3 高壓系統(tǒng) 所有直接或間接連接于高壓電路中,包括線束(電纜和插件)和設(shè)備(負載、發(fā)電機、儲能系統(tǒng)),均稱為高壓系統(tǒng)。 3.4 帶電部件 正常使用時被通電的導(dǎo)體或?qū)w部件。 3.5 直接接觸 人員和帶電部件的接觸。 3.6 外露可導(dǎo)電部件 按照GB 4208規(guī)定,可以通過IPXXB試指觸及的導(dǎo)電部件。 注1:本概念是針對特定的電路而言,一個電路中的帶電部件也許是另一個電路中的外露導(dǎo)體,例如:電動汽車的車身可能是燈光、刮水電機電路中的帶電部件,但對于動力電路來說它是外露導(dǎo)體。 3.7 間接接觸 人員、基本絕緣故障情況下變?yōu)閹щ姷耐饴犊蓪?dǎo)電部件之間的接觸。 3.8 爬電距離 連接端子的帶電部分(包括任何可導(dǎo)電的連接件)和電底盤之間,或兩個電位不同的帶電部分之間的沿絕緣材料表面的最短距離。 3.9 可導(dǎo)電部件 能夠使電流通過的部件,在正常工作狀態(tài)下不導(dǎo)電,但當(dāng)基本絕緣故障的情況下,可能成為帶電部件。 3.10 壓接 接觸端子和導(dǎo)線一般是壓接,對于可選擇的,如硬焊接或者軟焊接,通過檢查環(huán)境和需求合理選擇。為了簡化起見,在本設(shè)計規(guī)范里的連接特指壓接。 四、應(yīng)滿足的功能要求及應(yīng)達到的性能要求 4.1 功能要求 高壓線束的主要功能是在有電壓和所需的安裝環(huán)境下安全傳遞電流;對于高壓電的安全準則需求必須遵守。 4.2 性能要求 4.2.1 溫度要求 根據(jù)整車內(nèi)的位置,整車溫度可分為表1中所示的三檔。 環(huán)境溫度檔位 溫度范圍 位置 第1檔 -40，125℃ 除發(fā)動機艙、排氣管外位置 第2檔 -40，180℃ 發(fā)動機艙 第3檔 -40，250℃ 發(fā)動機排氣管、打氣泵銅管附近 表1 環(huán)境溫度檔位 道路車輛的線束其電纜長期允許工作溫度不超過125C 。如果電纜的布置環(huán)境溫度超過了電纜允許的工作溫度,則宜按照本規(guī)范第8.1節(jié)的規(guī)定,采取增大電纜的截面積的方法,使線束滿足環(huán)境溫度的要求。 4.2.2 電壓要求 根據(jù)電動汽車的電壓級別為B 級,整車高壓的額定電壓為:DC1000V 、AC660V ; 高壓線束的額定電壓須略高于整車額定電壓,規(guī)定高壓線束的額定電壓為:AC750V 。 4.2.3 耐電壓 根據(jù)GB/T 18488.1,彼此無電連接的電路之間介電強度應(yīng)能耐受(2U AC +1000)的試驗電壓,即在線束與部件脫開的情況下,線束對車體耐電壓:AC2500V/50HZ/1min ,漏電流不超過10mA ,不發(fā)生閃爍擊穿現(xiàn)象。 4.2.4 絕緣電阻 根據(jù)SAE J1742,絕緣電阻測試電壓為DC1000V ,在線束與所連接部件脫開的情況下,線束對車體絕緣電阻在任何情況下均應(yīng)大于100M Ω。 4.2.5 鹽霧要求 鹽霧試驗按照GB/T 2423.17 的規(guī)定進行,高壓線束在試驗箱內(nèi)應(yīng)處于正常安裝狀態(tài)。試驗時間16h 。試驗結(jié)束后,高壓線束靜止恢復(fù)(1-2)h 后,通電后應(yīng)能正常工作,不考核外觀。 4.2.6 阻燃要求 線束所用材料要求阻燃等級為UL94V-0。 4.2.7 線束拉脫力要求 電纜壓接至連接器后,拉脫力應(yīng)不小于最小拉脫力。 根據(jù)SAE J1742,最小拉脫力見表2。 電纜導(dǎo)體截面積（㎜） 最小拉脫力(N) 2.5 210 4 265 6 320 16 1400 25 1900 35 2300 50 2800 70 3500 表2 最小拉脫力 五、設(shè)計輸入、輸出要求 5.1 設(shè)計輸入要求 5.1.1 電氣設(shè)計的輸入要求及動力系統(tǒng)配置情況。 5.1.2 整車總布置圖。 5.1.3 線束敷線圖。 5.1.4 高壓系統(tǒng)中的各電氣部件的安裝位置,線束與電氣部件的對接形式。 5.1.5 高壓系統(tǒng)中的各電氣部件的負載特性。特性包括穩(wěn)態(tài)電流強度、電壓要求,瞬態(tài)條件和電流強度及電流波形(平穩(wěn)、脈沖、頻率等)。 5.2 設(shè)計輸出要求 5.2.1 線束圖的內(nèi)容 線束圖的內(nèi)容包含主干線、分支線、線長、接插器外形圖、插件名稱及型號、插件所對應(yīng)部件的名稱、插件孔位號、孔位號所對應(yīng)的電纜線號、線徑、定義;其次還應(yīng)包含線束接線表,插件視圖方向,技術(shù)要求等。電纜應(yīng)標(biāo)明線材型號。 5.2.2 線束保護套的顏色 線束的保護套包括波紋管、熱縮套管。 波紋管的顏色采用橙色(GB30)。 熱縮套管的顏色:采用不同顏色熱縮套管對極性進行區(qū)分,正極為紅色,負極為藍色,U相為黃色, V相為綠色,W相為紅色。 5.2.3 線束的長度 5.2.3.1 電纜的長度 根據(jù)整車總布置、線束敷線圖,測量出電纜所需長度,在所測量的長度基礎(chǔ)上,宜增加不超過200mm 的裕量。 5.2.3.2 波紋管的長度 根據(jù)電纜的長度,須在電纜長度的基礎(chǔ)上減去電纜伸進去部件內(nèi)的長度,該減去長度的具體值依據(jù)具體部件而定。 5.2.3.3 熱縮套管的長度 在波紋管的兩端,須燙熱縮套管,以確保波紋管與電纜的套接不會晃動。熱縮套管的長度須等于電纜伸進去部件內(nèi)的長度值。 5.2.3.4 屏蔽型電纜屏蔽層的長度 當(dāng)電纜須采用屏蔽型電纜時,如連接控制器與電機的三相高壓線束,屏蔽層須剝出,單獨采用規(guī)格(φ8/4.0)的交聯(lián)聚烯烴熱縮管套接,熱縮后的屏蔽層長度以大于等于200mm且小于等于250mm為宜。 5.2.4 電線的標(biāo)號 線束圖中應(yīng)標(biāo)明每根電纜的線號,線號的編號嚴格執(zhí)行企業(yè)標(biāo)準Q/TEV 31307。 5.2.5 線束的標(biāo)號 線束圖中應(yīng)標(biāo)明該線束圖所對應(yīng)的線束號,線束號的編號嚴格執(zhí)行企業(yè)標(biāo)準Q/TEV 31306。 5.2.6 線束圖中的接插件 線束圖中應(yīng)標(biāo)明接插件視圖方向、型號、孔位布局和編號、孔位對應(yīng)的電線標(biāo)號。 5.2.7 電纜型號 線束圖中應(yīng)標(biāo)明各電纜的型號,電纜型號的選取應(yīng)符合GB/T 12528中的規(guī)定。 推薦型號見表3。 電纜截面積（㎜） 是否屏蔽 型號 2.5 非屏蔽 WDZ-DCY125\\750V/2.5 4 非屏蔽 WDZ-DCY125\\750V/4.0 6 非屏蔽 WDZ-DCY125\\750V/6.0 16 非屏蔽 WDZ-DCY125\\750V/16.0 25 非屏蔽 WDZ-DCY125\\750V/25.0 35 非屏蔽 WDZ-DCY125\\750V/35.0 50 非屏蔽 WDZ-DCY125\\750V/50.0 70 非屏蔽 WDZ-DCY125\\750V/70.0 35 屏蔽 WDZ-DCEVMP-125\\1.8/3KW/35 50 屏蔽 WDZ-DCEVMP-125\\1.8/3KW/50 70 屏蔽 WDZ-DCEVMP-125\\1.8/3KW/70 表3 電纜推薦型號 5.2.8 線束圖的技術(shù)要求 線束圖中應(yīng)包含技術(shù)要求,規(guī)定線束生產(chǎn)的注意事項、技術(shù)條件要求等。 5.2.9 圖框、圖號、圖樣名稱 線束圖其圖框、圖號、圖樣名稱應(yīng)符合公司標(biāo)準Q/TEV 100的規(guī)定。 5.2.10 字體 5.2.10.1 文字種類、字體高度參見表4。 種類 指引線或尺寸線上的說明文字、字母、數(shù)字及符號 標(biāo)注的文字及數(shù)字 視圖名稱及其下方的比例 裝配圖中的序號 技術(shù)要求的內(nèi)容及數(shù)字 技術(shù)要求的標(biāo)題文字 字體高度（mm） 3.5 3.5 5 5 5 7 字體寬高比 統(tǒng)一推薦采用為0.7 表4 文字種類和字體高度 5.2.10.2 繪制圖樣時,漢字的字體盡量采用CAD默認的長仿宋體(文件名為:hzfs.shx),且在同一張圖中,只允許使用一種字體。 5.2.10.3 未做規(guī)定的均按GB/T14691的規(guī)定執(zhí)行。 六、裝配要求 6.1 結(jié)構(gòu)要求 高壓線束應(yīng)在機械和電氣安全的情況下,以專業(yè)的施工方法將線束和所接部件(如高壓配電盒、電機控制器、電機、輔助電源等)匹配。線束插拔或連接部分應(yīng)預(yù)留出適當(dāng)?shù)拈L度,長度推薦值為150mm,便于車輛裝配,以及便于對部件進行定期維修。 6.2 布線方案 應(yīng)注意事項: ——布線方案應(yīng)有助于消除不正確的安裝和錯誤的線束路線。 ——走線應(yīng)避免形成大的電磁環(huán)。 ——高低壓平行走線距離間隔須大于400mm,如果實際境況確實無法達到此要求,高低壓需相互垂直走線。 ——車輛在發(fā)生碰撞情況下,須確保線束不會受到擠壓,以防線束破裂造成短路。 6.3 線束固定保護件要求 針對高壓線束的布置,應(yīng)盡可能地對線束進行保護,使線束與車體之間的相對運動最小化。宜采用具備絕緣性能的結(jié)構(gòu)部件,如電纜夾、電纜槽等。布線裝配應(yīng)剛好放入光滑的電纜夾或電纜槽中。對用于布線、包裝和定位線束用途的所有線束固定保護件(如卡箍、螺栓等)進行充分地保護,宜涂抹凡士林,防止腐蝕。線束固定保護件之間的距離不得大于400mm。 6.4 線束連接器裝配空間要求 所有連接器位置宜預(yù)留便于操作的不小于200mm的空間,以便連接和斷開連接。連接器與部件之間的連接應(yīng)適當(dāng)消除機械應(yīng)力。 6.5 線束電纜彎曲半徑要求 避免電纜出現(xiàn)小的彎曲半徑。一般情況下,最小彎曲半徑等于電纜外徑的5倍。應(yīng)避免接頭中存在彎曲電線,否則,接頭后部密封件中可能出現(xiàn)漏電通路。 6.6 線束布置防水要求 對于車輛底部、輪艙濺水區(qū),應(yīng)特別注意水和道路磨料會損壞線束。 濺水區(qū)中的連接器應(yīng)進行裝袋防護。 6.7 線束布置防磨要求 需保護所有高壓線束,以防振動和磨損。因車輛的振動,應(yīng)除去線束上所接觸的金屬部件邊緣的毛刺,對于凸緣、滾制處,使用適當(dāng)膠圈進行保護,且膠圈須固定牢靠。用于固定線束的電纜夾應(yīng)穩(wěn)固地連接至設(shè)備或框架結(jié)構(gòu)以及線束上。 6.8 線束布置防熱要求 線束應(yīng)距離熱源(如發(fā)動機排氣管、打氣泵銅管路等)大于200mm,如不能滿足要求,保護所有線束,以抵抗輻射熱源,宜采用阻燃隔熱棉對線束進行包扎,或在線束附近增加隔熱板處理。 6.9 線束與活動件的隔離要求 活動件(如皮帶、風(fēng)扇、傳動軸等)附近的線束必須彎曲時,將支撐夾完全緊固于兩端位置處。布線系統(tǒng)必須能夠彎曲,而且不會促成線束磨損或?qū)顒蛹斐筛蓴_。 七、關(guān)鍵件選用規(guī)范要求 7.1 高壓電纜 應(yīng)遵循SAE J1654、SAE J1673規(guī)定的要求。 7.2 高壓連接器 應(yīng)遵循SAE J1742規(guī)定的要求。 應(yīng)注意事項: ——防護等級。除銅接頭外,連接器在結(jié)合狀態(tài)時,無論安裝于何處,連接器須不小于IP65。 ——防腐蝕。為防止銅接頭被腐蝕,銅接頭表面的鍍錫層不得破損。 ——銅接頭的型號有SC、T、OT、HUP等。不同型號的銅接頭(如SC 50-8、OT 50-8),其寬度不同。針對過線孔較小的情況,應(yīng)選取寬度與之匹配的銅接頭型號。 ——銅接頭其壓接電纜孔的截面積須與所連接電纜導(dǎo)線的截面積匹配。 ——銅接頭其過螺栓孔的直徑須與部件螺栓的直徑匹配。 ——針對于O形銅接頭,其型號有FOT與OT兩種。區(qū)別在于:FOT型號,其壓接電纜孔外圍有絕緣護套包裹;OT型號,其壓接電纜孔外圍無絕緣護套包裹。 8、 設(shè)計計算 8.1 電纜的選取 8.1.1 電纜截面積 電纜截面積選取步驟如下: 1)確定高壓線束所連接的電氣部件的負載特性。特性包括穩(wěn)態(tài)電流強度、電壓要求,瞬態(tài)條件和電流強度及電流波形(平穩(wěn)、脈沖、頻率等)。 2)根據(jù)穩(wěn)態(tài)電流強度,確定電纜的截面積。在125℃下,常見銅芯電纜線徑截面積與載流量的匹配參見表5。 表5 銅芯導(dǎo)體截面積與載流量 序號 Imax(A) Tmax(℃） 導(dǎo)體截面積(mm） 第1檔 40 125 6 第2檔 150 125 35 第3檔 250 125 50 第4檔 350 125 70 如果電纜的布置環(huán)境超過了電纜允許的工作溫度,則必須選擇較大截面積的電纜。對于Tmax 為180C 時,導(dǎo)體截面積升一檔使用,Tmax為250C 時,導(dǎo)體截面積升兩檔使用。例如,當(dāng)最大電流為150A 時,125C 情況下選用35 mm2線束,180C 情況下選用50 mm2線束,250C 選用70 mm2線束。 8.1.2 電纜結(jié)構(gòu) 高壓電纜結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。高壓電纜從類型上分為單芯電纜和多芯電纜,高壓電纜的截面應(yīng)為圓形。其護套顏色為橙色(顏色GB 30)。多芯電纜有多個單芯線組成,其中單芯線也同時滿足單芯電纜中相關(guān)導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)。 高壓單芯電纜從結(jié)構(gòu)上主要由導(dǎo)體和護套組成,主要結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)有單根銅線直徑、根數(shù)、導(dǎo)體直徑、絕緣直徑、內(nèi)護層直徑和護套外徑等。 帶屏蔽層的高壓電纜采用裸銅或鍍銅線編織在內(nèi)護套層上;在屏蔽和外護套之間可以有一層附加的包帶;電纜的外護套應(yīng)緊密擠包,但不粘連屏蔽層。 8.1.3 電纜材料 導(dǎo)體:繞線式鍍錫退火銅. 絕緣層:120C ~200C 級別,耐熱,無鹵素 XLP 。 屏蔽層:鍍錫退火銅繞線編織而成。 護套:耐熱 105C ~180C ,無 Pb PVC (或HF-XLPO 、TPE-E 、PP-FR 、ETFE 可選)。 8.2 連接器的選取 8.2.1 連接器結(jié)構(gòu)特征 連接器除線環(huán)、銅接頭外,連接器應(yīng)具有主動鎖定特征。 應(yīng)與所連接設(shè)備的插座進行匹配。 8.2.2 連接器性能 連接器的性能要求應(yīng)符合SAE J1742。 8.2.3 連接器爬電電阻、接觸電阻要求 連接器的下列電阻不能超過表6的要求。 表6 連接器爬電電阻、接觸電阻最大值 導(dǎo)體截面積（mm） 爬電電阻（全新）[mΩ] 爬電電阻（老化）[mΩ] 接觸電阻（總電阻包括爬電電阻）全新[mΩ] 接觸電阻（總電阻包括爬電電阻）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 九、安裝、試驗要求 9.1 安裝要求 參照本規(guī)范第6章執(zhí)行。 9.2 試驗要求 參照GB/T 12528-2008 第7.4節(jié),對電纜進行型式試驗。具體試驗項目見表7。 表7 電纜型式試驗項目 序號 檢查項目 檢查方法 1 導(dǎo)體直流電阻（20℃） 在任意溫度測量1m長的電阻，按公式進行修正 2 熱延伸試驗 （203）℃試驗負載時間12min機械應(yīng)力0.2mm 3 老化試驗 隨機取10％或5根的導(dǎo)體 4 老化試驗 （1582）℃/168h 5 耐酸堿性試驗 （232）℃/168h草酸溶液 浸后做電壓試驗50Hz/1.5kv工頻交流電1min無擊穿 （232）℃/168h氫氧化鈉溶液 6 護套層的吸水試驗 （702）℃/168h 7 標(biāo)志連續(xù)性 兩個相同標(biāo)志之間的距離不超過500mm 8 標(biāo)志耐久性 用浸水的棉花或布條擦拭樣10次不脫落 9 電纜燃燒的煙密度 在規(guī)定條件下透光率不得低于80% 10 耐臭氧試驗 時間3個小時，表面無裂紋，做浸水電壓試驗，不發(fā)生擊穿 11 耐寒性試驗（-40℃） 低溫卷曲試驗 電纜直徑小于12.5，試驗后無裂紋，并作浸水電壓無擊穿 低溫拉伸試驗 電纜直徑小于12.5，斷裂伸長率不得小于20% 低溫沖擊試驗 驗后無裂紋，并作浸水電壓無擊穿 12 刮磨試驗 護套加載0.5kg 13 電壓試驗 將試樣浸入水中，端部路出150mm水溫保持在（205）℃/24h水和導(dǎo)電線芯之間施加3.5kv/50Hz正弦交流電 14 擊穿電壓試驗 將試樣浸入（205）℃/1h水中在水和導(dǎo)電線芯施加3.5kv的電壓以100的速率升高電壓直到其破壞放電為止不得低于6kv。 15 單根垂直燃燒試驗 上支架下緣與碳化部分起始點之間的距離大于50mm燃燒向下延伸至距離支架下緣小于540mm 十、安全使用要求 10.1 操作 嚴禁非專業(yè)人員對高壓線束進行操作;專業(yè)人員對高壓線束進行操作前,需用數(shù)字萬用表測量高壓正負線束端子之間直流電壓值,測量U相、V相、W相兩兩之間的交流電壓值,在測量值為0V的情況下才能進行操作。 10.2 保養(yǎng) 高壓線束需定里程進行保養(yǎng),依據(jù)《保養(yǎng)手冊》,每12000km檢查保養(yǎng)項目如下: ——檢查高壓線束其電纜與連接器插件之間是否松動; ——檢查高壓線束過線孔過線護套等防護是否完好,線束是否出現(xiàn)磨損; ——檢查發(fā)動機艙等通過高溫區(qū)域線高壓線束隔熱材料是否脫落。