线束设计与检测

1．设计技术
1.1 概述
汽车线束是汽车电路的网络主体，没有线束也就不存在汽车电路。

动力系统线束设计分为动力系统低压线束和动力系统高压线束。

设计线束时需要考虑其安全性、可靠性和稳定性要求。

线束变得越来越复杂，但车身给予线束的空间却越来越小。

因此，如何提高电动汽车的动力系统线束的综合性能设计便成为关注的焦点。

1.2低压线束设计
1.2.1 整车低压线束设计
电动汽车的供电系统设计是否合理，直接关系到汽车电器件的正常工作与否和全车的安全性，因此线束设计出发点基本都是以安全为主。

整车电气系统基本上由3个部分组成。

蓄电池直接供电系统（一般称常电）。

这部分的电源所接负载一般都是汽车的安全件或重要件，主要目的是在为这些电器件提供电能时尽量少的加以控制，确保在无法启动电动模式情况下，汽车也能短暂正常工作，以方便故障车辆能够及时维修等。

如：整车控制器电源、真空制动助力泵电源和转向泵电源等。

点火开关控制的供电系统（一般称为IG档）。

这部分电器件基本上是在车辆未行驶运转的情况下才使用，取自预充电模块的分支电源，避免了为蓄电池充电时争电源的可能性。

如：雨刮器、车灯控制电源、门窗控制电源等。

电动模式的供电系统（一般称为start档）。

这部分电源是在车辆启动电动模式下，电器件能够正常启动。

电源的负载比较大，电源取之于预充电模块，负载的电流消耗量不同，预充电输出地电流量也就随之成正比变化，有效地保证整车的用电量。

1.2.2 线路保护设计
A．熔断器
线路保护就是要对导线加以保护，兼顾对回路电器件的保护。

目前电动汽车所用保护装置主要有熔断器。

它是一种安装在中央控制盒中，保证电路安全运行的电器元件。

当电路发生故障或异常时，伴随着电流不断升高，并且升高的电流有可能损坏线路。

若线路中正确地安置了保险丝，那么，保险丝就会在电流异常升高到一定的高度和一定的时候，自身熔断切断电流，从而起到保护线路安全运行的作用。

熔断器按照结构上分为片式熔断器、插入式熔断器和旋紧式熔断器 3种类型，这3种熔断器有不同承载电流量的规格。

在线路保护采用的熔断器时，需要严格选取相应的规格。

目前，我公司生产的电动汽车的动力系统线束都应用了这3种类型的熔断器。

一般根据负载的性质和最大连续工作电流来确定熔断器容量，按照经验：如果是电阻性负载，如白炽灯，电阻加热器等等，熔断器额定容量＝（1～1.2）×电路最大工作电流；如果是电感性负载，如转向助力电动机，刹车助力泵等等，熔断器的额定容量=(2～4）×该电器的额定电流；如果是纯电容性负载，则需要在回路中设置预充电电路；如果是复合性负载，则要具体分析该复合性负载主要是呈现什么性质的特征，数值的大小来确定熔断器的额定容量。

B．继电器
继电器具有控制系统和被控制系统，通常应用于中央电气盒和自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。

故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

常用继电器的设备一般有刮水器、喇叭、前照灯、雾灯、风扇、转向灯（闪光器）等。

常用的继电器额定电压为12V。

选用继电器要参考的技术要求：①可靠性好；②性能稳定；③质量轻、体积小、寿命长，对周围元器件影响小；④结构简单、工艺性好、成本低。

我公司采用沪工HG12V系列继电器，符合QC-T 695-2002 汽车通用继电器标准。

C.搭铁分配设计原则
DCDC控制器、整车控制器等对整车性能及安全影响大，且易受其他用电设备干扰及整车电位均衡的需要，所以这些高压电器件外壳的搭铁点一定要单设。

无线电系统为避免干扰，也要单独搭铁。

弱信号传感器的搭铁最好独立，搭铁点最好是在离传感器较近的位置，以保证信号的真实传递。

其他电器件可根据具体布置情况相互组合共用搭铁点。

原则是就近搭铁，避免搭铁线过长，造成不必要的电压降。

蓄电池负极线、预充电模块搭铁线等因导线截面较大，因此一定要控制好线长和走向，减小电压降；为增加安全性，预充电模块负极和车身一般要单独连到蓄电池负极搭铁；
搭铁方式是通过螺柱式接头搭铁，此法一定要在接头的尾部烤上热缩管绝缘。

1.2.3 接插件选取
插接件是线束的核心部件，插接件的性能直接决定着线束整体的性能，而且对全车的电器稳定性、安全性起着决定性的作用。

插接件选取要保证与电器件的良好接触，使接触电阻降为最低，提高可靠性，优先选用双弹簧式压紧结构的插接件。

目前，我公司采用接插件为AMP公司、Delphi公司和南通友星线束有限公司生产的接插件，符合相应的国家标准。

根据导线的截面积和通过电流的大小合理选择插接件。

发动机舱内对接的护套，由于舱内温度、湿度偏大，因此一定要选择防水性护套。

在同一条线束中若用同一种护套，其护套种类和颜色一定要有区别。

基于汽车外观的整体协调性，在发动机舱中应选用黑色护套。

为减少线束对接用护套的种类和数量，优先选用混合型件，使装配固定方便。

对于要求性能较高的整车控制器、核心部件ECU等用的端子插接件，应优先选用镀金件以保证安全可靠性。

蓄电池接头（电瓶夹）内部为锥体，锥度为1:9；电瓶夹的材料为镀锡铜、镀锌铜或铅锑合金。

1.2.4 导线选取
汽车线束常用的导线通常使用多股绞合铜导线，绝缘皮为PVC绝缘材料。

线束用导线要有耐温、耐油、耐磨、防水、防腐蚀、抗氧化、阻燃等特性。

汽车线束常用的导线种类有日标（AVSS等）、国标（QVR）、德标（FLRY）、美标等几大系列。

AVSS（AVS）导线的特点是薄皮绝缘，柔韧性较好；QVR的特点是绝缘皮厚，比较柔软，延展性好；德标导线绝缘皮更薄，柔韧性好；美标导线绝缘皮一般为热塑性或热固性弹性体，还有经过辐照工艺加工的。

可根据用户的需求和不同的工作环境选取适当类型的导线。

我公司设计的动力系统线束所用的汽车导线为徳标AVS、AVSS、QBV-1系列导线。

根据电器件功率的大小计算流通导线的电流；长时间工作的电气设备可选择实际载流量60%的导线；短时间工作的用电设备可选用实际载流量60%-100%之间的导线；根据不同的工作环境和温度大小适当改变导线的截面积；根据导线的走向、插接件的数量（即电压降的大小）适当改变导线的截面积。

1.2.5 线束包扎和固定设计
A．线束包扎
线束外包扎起到耐磨、阻燃、防腐蚀、防止干扰、降低噪声、美化外观的作用，一般根据工作环境和空间大小制定以下包扎设计方案。

发动机舱线束（一般称为前舱线束）工作环境恶劣，因此全用高阻燃性、
防水、机械强度高的波纹管包扎。

仪表线工作空间较小，环境相对较好，可用胶带全缠或花缠。

底盘线因与车体接触部位较多，因此用波纹管包扎防止线束磨损。

B. 固定方式
中央电器盒一般用电器盒本身设计的固定结构直接安装在车身上。

各条线束一般用特殊网状扎带等固定在车身螺栓内。

车身螺栓尺寸大多为直径为5mm、6mm。

如有相同走向的整车线束，将动力系统线束用常规扎带并行固定在一起。

1.3高压线束设计
1.3.1 线路保护设计
在动力系统线束设计中只采用高压熔断器的保护措施，在电气系统中担负串接通电和安全保护的双重功能，关系着车辆与人身的整体安危，因此，对电动汽车实施保护的熔断器，必须是直流型的能够超快速开断的产品，否则当短路电流出现的瞬间不能迅速安全断开电路通道，短路故障电流直接冲击蓄电池或击高压输入模块，其后果很严重。

由于熔断器的动作原理简单，制造成本低，限制开断故障电流的安全可靠性强，是过电流特别是短路保护最有效的电器元件。

2001 年国家质检局和标准委在 GB/T 18384.2-2001《电动汽车安全要求》的第 2 部分：功能安全和故障防护的第 5.5 条“过电流切断装置”一节中明确规定：当电流过大时，应使用一个电路保护器、切断装置或熔断器断开车载电源（例如动力蓄电池）的至少一个电极。

或是 GB/T 18384.1 第 7 章规定的动力蓄电池的过电流断开器。

每次电源切断后，在故障明确的情况下，应允许仅通过正常的电源接通程序来重新给驱动系统供电。

由此可见，用熔断器保护电动汽车动力电池，不仅是熔断器自身具有诸多优势条件，也是国际通行公认的有效措施，更是国家标准明确规定不可或缺的必要手段。

目前，我公司采用高压熔断器型号为Bussman公司生产的 FWH200A、FWH175A、FWH150A三种规格。

均符合德国DIN系列的标准要求。

1.3.2 高压电缆选取
电动汽车装配有高压电气设备，对于高压电气设备所用的电缆应需要承受高压特性的特种高压汽车电缆，安全等级比低压导线要高。

我公司采用莱尼高压电缆、LS电缆和上海特种电缆有限公司生产的电缆
A．电缆结构
高压电缆从类型上分为单芯电缆和多芯电缆，高压电缆的截面应为圆形。

其护套颜色为橙色（颜色GB 30）。

多芯电缆有多个单芯线组成，其中单芯线也同时满足单芯电缆中相关导体的结构尺寸参数。

高压单芯电缆从结构上主要由导体和护套组成，主要结构尺寸参数有单根铜线直径、根数、导体直径、绝缘直径、内护层直径和护套外径等。

高压多芯电缆从结构上主要有多芯线和护套组成。

多芯电缆芯数可为：2—60芯，优先芯数为2、3、4、5、6、7、12、18、27、36、48和60芯；缆芯的中心不允许放绝缘线芯，单5芯及以上电缆的第一层中心可放一根合适材料制成的填充物；3芯及以上的缆芯应有一根黄绿色的绝缘线，用于高压绝缘接地保护线；
带屏蔽层的高压电缆采用裸铜或镀铜线编织在内护套层上；在屏蔽和外护套之间可以有一层附加的包带；电缆的外护套应紧密挤包，但不粘连屏蔽层。

B. 电缆材料
导体：绕线式镀锡退火铜；
绝缘体：120--200 摄氏度级别，耐热，无卤素 XLPE；
屏蔽物：镀锡退火铜绕线编织而成；
外壳：耐热 105--180摄氏度，无 Pb PVC（或HF-XLPO、TPE-E、PP-FR、ETFE：可选）。

C．电缆线色
高压电缆采用颜色识别，电缆中的接地线或类似保护目的的线芯都必须采用黄绿色的识别标志，黄绿色在线芯表面上应占有30%--70%，余下部分的另一种颜色并在整个长度的线芯上应保持一致，在有黄绿色的缆芯中，应尽量避免采用黄色或绿色作为其他线芯的识别颜色。

多芯电缆的缆芯线色识别采用低压导线的线色识别方法，线芯的绝缘或最外层护套的颜色应采用橙色。

D. 电缆标志
高压电缆用文字、字母、符号、颜色等标出电缆的制造厂、产品商标、型号、规格、性能等。

标志颜色应能确认符合或接近GB 699.5-86《电线电缆识别标志第二部分：标准颜色》规定的某一种颜色；标志颜色应易于识别或易于辨认；标记应耐擦，擦拭后的颜色基本保持不变，汽油或其他合适溶剂清洗后，标志颜色保持不变。

D．电气特性
a．完全适用于额定电压450
750V及以下的高压与电流条件；
~~ ~~
b．出众的 EMI、EMC 抗电磁干扰能力，采用360度网状铜织带包裹；
c.通过耐交流电压试验项目（3.5KV交流电压，5分钟不击穿）。

1.3.2 高压线束包扎和固定方式
A．高压线束保护措施
高压线束有1根或者几根高压电缆组成，在汽车车身上有锐边和与运动件摩擦的可能性，因此，高压线束需要在其电缆外套橙色波纹管进行有效保护，线束两端并用橙色胶布进行密封，防止油、水倒入，影响设备接口的防水性能。

高压线束不能位于底盘最低位或最外侧，可能导致高压线束磨损，引起高压短路，常用办法为：底盘部位装有高压线束保护板。

B．固定方式
高压线束一般用特殊网状扎带等固定在车身螺栓内。

车身螺栓尺寸大多为直径为5mm、6mm；
2．规范
2.1 低压线束标准规范
表1.1 低压线束标准规范
2.2 高压线束标准规范
表1.2 高压线束标准规范
3．制作工艺
动力系统线束是我公司委托线束厂生产，我公司只负责线束成品验收，在这里不作讲解。

4．试验检验
表1.3 试验检验标准规范
5.低压线束检测技术
5.1 外观检测
5.1.1 检测控制
1、金属卡子表面应有防护处理，不允许有毛刺、锈蚀、斑痕等缺陷。

2、端子与电线连接应采用压接方法，端子应分别压紧在导体和绝缘层上，导体不应压断。

电线束应采用绝缘物包扎，包扎时应紧密、均匀、不松散；采用保护套管时，应无移位和影响电线弯曲现象。

3、无特殊要求时，胶带保护层应用薄聚氯乙烯胶带半折叠式包紧，其吞接不少于 4 mm，其表面不得有粗大的接头及间隙
4、波纹管均应用胶粘带固定包扎在电线束上；
5、点表面绝缘应良好，导体不应压断；
6、线束电线与端子在连接处的绝缘套管应紧套在连接部位上，无脱开、移位现象；
7、线束中电线及零部件应正确装配，不应有错位现象，端子在护套中应到位，不应脱出；
8、标识齐全：包括安全件标识、分供方检验专用标记、电线束的编号及其执行标准号、认证标志。

9. 线束导通率为100%。

5.1.2 尺寸检测
1、干线和保护套管长度应不小于 100 mm，并为 10 的倍数，如：100 mm，110 mm，120 mm 等；
2、支线长度应不小于 50 mm；
3、接点之间距离、接点与分支点之间距离应不小于 20 mm；
4、电线与端子连接处的绝缘套管长为 20 mm±5 mm；
5.2 信号导通检测技术
5.2.1 线束失效模式
线束故障产生原因有以下几个方面：
1.自然损坏：线束使用超过了使用日期，从而引起电线之间的短路、断路等，
造成电线束烧坏；
2.由于电气设备的故障造成电线束的损坏；
3.人为故障：金属重物将电线束绝缘层破坏；装配或检修汽车时，线束位置
摆放不当。

用两个端子五根线束的模型举例说明线束的故障的集中失效模式。

（A）正常状态（B）短路状态（C）开路状态（D）错接状态
5.2.2 线束检测的工作原理
图1：线束检测的工作原理
线束检测的工作原理如图1所示，其中K1、K2、K3、K4为开关。

控制对开关和信号的输入可以实现线束的检测，分以下集中情况讨论。

1.导线检测。

对于导线只需进行单向检测。

●被检导线为通路。

以左端控制电路输出信号为例。

左端控制电路发出高电平，
同时打开K1、K4，闭合K2、K3，因此导线为通路，所以右端控制电路得到高电平输入。

●被检导线为断路。

与上述检测方法相同，因为导线断路高电平无法通过，在
下拉电阻的作用下，右端控制电路输入为低电平。

2.二极管检测。

根据二极管正想导通，反向截止的特性，需要对二极管两端都
发出并接受控制信号。

以图1中二极管方向为例，首先，由左端控制电路发出高电平，同时打开K1、K4，闭合K2、K3，由于对此信号是经过二极管争向，可以通过，从而右端控制电路得到高电平输入；然后右端控制电路发出高电平，同时打开K2、k3,闭合K1、K4。

由于此信号是经过二极管反向，信号截止，从而左端控制电路在下拉电阻的作用下检测到底电平输入。

对于导线错接的检测，结合“错接状态”状态，若对A1点发出高电平，发现B1点输入为低电平，B2点输入为高电平；同样，若对A2点发出高电平，发现B1点输入为高电平，B2点输入为低电平，说明A1-B2和A2-B1形成通路，即错接。

5.2.3 线束检测系统的总体设计
线束检测系统由计算机数据采集卡、导线检测电路和线束接插平台等组成。

图2：线束检测系统的总体设计
线束检测系统的工作原理：用户首先在上层应用软件中编辑标准线束导通表或直接导入编辑好的线束；在编辑完成后待测线束插入接插平台，完成后使用软件控制开始检测，之后数据采集卡会控制导通检测电路对不同导线的通断状态进行扫描，计算机读入相应的数据后在软件中与用户编辑的标准线束相比较，得出检测结果，最后将检测结果在计算机屏幕上显示出来，并将检测结果存入数据库中，完成对产品质量的统计。

如果系统接入标签打印机等外围设备，那么在检测合格后，自动进入标签打印，完成标签打印功能。

5.2.4 线束检测仪的厂家
A.重庆扬剑公司的线束检测仪YJ-Ⅲ，以下为该设备功能描述：
a)可进行512测试点测试；
b)线束常规开路、断路、错配测试；
c)二极管测试；
d)自学习功能；
e)LCD显示检测信息。

B.青岛三元汉纳电子有限公司，在研究用国际最先进的同类仪表基础上推出了
SY系列检测仪，有SY1200-10、SY1600-10、SY2600-10等四种系列产品。

在国内行业企业中，其设备技术和质量相对先进，值得推荐。

以下为设备功能描述：
a)监测点为190-960点任选；
b)能检测线路中的短路、断路；
c)表格中线束每条线路回路的正确与错误状态；
d)自学习编辑功能；
e)能对系统进行自检，若有故障，能显示出故障位置；
f)测试接口模块互换式设计，可以继续增加新的线束测试接口。