淺談純電動汽車高壓線束及生產工藝

本文簡單介紹了純電動汽車高壓線束及生產工藝，并對高壓線束成本構成及物料成本構成進行了詳細分析。研究了高壓系統(tǒng)架構優(yōu)化、高壓線束布置優(yōu)化、高壓線束物料優(yōu)化、平臺化及標準化設計的降成本方法，對高壓線束成本優(yōu)化意義重大。以下為正文。

引言

目前國內新能源汽車市場競爭越發(fā)激烈，隨著國產特斯拉的降價和大眾的電動車型加入，后續(xù)競爭會更加白熱化。汽車企業(yè)只有憑借高品質、高價值的產品和領先的技術，才能在激烈的新能源汽車市場中占有一席之地。各大車企在技術不斷創(chuàng)新的同時，也在重點關注零部件成本優(yōu)化，提高產品力和提升企業(yè)競爭力。高壓線束是純電動汽車中高價值的零部件，也是成本優(yōu)化的主要零件。

高壓線束簡介及生產工藝

高壓線束將高壓系統(tǒng)上各個部件相連，作為高壓電源傳輸?shù)拿浇椋请妱悠嚿蟿恿敵龅闹饕d體，主要用于傳輸電能及屏蔽外界信號干擾。高壓線束具有高電壓、大電流、防護等級高及抗電磁干擾等特點，是純電動汽車高壓系統(tǒng)的神經網(wǎng)絡，是整車性能和安全的關鍵零部件。純電動汽車高壓線束一般分為動力電池高壓線束、電機控制器高壓線束、快充插座線束、慢充插座線束、空調系統(tǒng)線束及充電高壓線束，其中充電高壓線束是指連接高壓配電盒到車載充電機、空調壓縮機和動力電池包加熱器之間的線束。

高壓線束主要由高壓連接器、高壓線纜、包覆物（膠帶、熱縮管、波紋管、耐磨自卷管等）、護板等組成。高壓線束生產工藝流程主要有裁線、附件預裝、端子壓接/ 超聲波焊接、屏蔽壓接、線束總裝及電檢。

高壓線束成本構成分析?高壓線束成本由物料成本、加工費、包裝運輸費及利管費構成，高壓線束物料成本主要由線束技術方案決定，其中加工費包含了人工成本、動力費、設備折舊費及低值易耗品等費用。以下為某車型高壓線束成本構成比率圖（見圖1）及高壓線束物料成本構成比率圖（見圖2），高壓線束物料成本占線束總成本比率約73.8%。需要不斷通過優(yōu)化設計及優(yōu)化生產工藝等方法，降低高壓線束成本。

圖1　高壓線束成本構成占比 ?

圖2　高壓線束物料成本構成占比 ?高壓線束成本優(yōu)化研究 ?汽車行業(yè)企業(yè)降成本主要有三類方法，規(guī)模類、供應商協(xié)作類和技術類降成本，其中技術類降成本是降低成本最有效且可持續(xù)的方法。目前技術降成本的方法主要有以下三種：成本標桿法、管理技術法和技術手段法。一般情況下技術手段法包括減少冗余功能、國產化率提升及規(guī)格統(tǒng)一平臺化等方法。在純電動汽車高壓線束降成本活動中，此次主要研究用技術手段法從以下幾個方面來進行高壓線束成本優(yōu)化。

? 01高壓系統(tǒng)架構優(yōu)化

在純電動汽車上，高壓零部件有動力電池、三合一（電機控制器+ 驅動電機+ 差減）、PDU（高壓配電盒）、ECP（電動壓縮機）、二合一（IPS=OBC+DC-DC）、HVH（電池采暖）、PTC（乘員采暖）、慢充座（ACInlet）、快充座（DC Inlet）及高壓線束等，這些部件組成了整車的高壓系統(tǒng)。純電動汽車高壓系統(tǒng)架構優(yōu)化的好，可大幅減少接插件的使用數(shù)量和冗余的高壓線束。以某項目高壓系統(tǒng)架構優(yōu)化為例，優(yōu)化前高壓線束系統(tǒng)架構中PDU 僅作為電源分配功能模塊存在，沒有整車功能性能相關模塊，詳見圖3。

圖3　優(yōu)化前高壓系統(tǒng)架構圖

PDU 的獨立，使得高壓線束系統(tǒng)中轉接數(shù)量增加。HVH和PTC 兩個功能相近，使得高壓線束回路數(shù)量增加。快慢充插座布置在左右后側圍，距離用電器接口（電池快充接口在前部，充電機慢充接口在前艙）太遠，使高壓線束長度偏長。經過研究分析，實現(xiàn)功能的電器元件為僅用于連接功能的銅排和電源保護功能的熔斷器，與其他用電器集成難度小。PDU 與IPU 集成可以取消一個高壓配電盒總成，同時可以節(jié)省掉一套電機控制器線束（約1.5m 的50mm2 導線和兩對φ8mm 端子接插件），可帶來的降成本效益明顯。HVH 和PTC 兩個功能相近，這兩個功能合并，高壓線束可以減少一個回路（約1.5m的3mm2 導線和兩對片寬2.8mm 端子接插件），高壓系統(tǒng)架構優(yōu)化后如圖4 所示。

圖4　優(yōu)化后高壓系統(tǒng)架構圖

通過此高壓系統(tǒng)架構優(yōu)化，減少了4 個高壓連接器和兩根高壓線束，高壓線束能降成本約730 元。

02高壓線束布置優(yōu)化

高壓線束布置需要根據(jù)車型進行不斷的優(yōu)化，優(yōu)化后可以減少高壓線纜的使用等，進一步降低成本。以某車型快慢充口布局優(yōu)化為例，優(yōu)化前快慢充口均布置在左右后側圍，快慢充線束長度過長，其中慢充線束長度約4.5m，快充線束長度約4m，造成快慢充高壓線束成本高。優(yōu)化后將充電口布置在左右翼子板處，靠近充電機和電池包布置，減少高壓線束長度。優(yōu)化前后布置圖如圖5、6 所示，通過此高壓線束布置優(yōu)化能降低成本約260元。

圖5　優(yōu)化前快慢充口布置位置圖

圖6　優(yōu)化后快慢充口布置位置圖

03高壓線束物料優(yōu)化

高壓線束成本構成中，物料成本占比最高，對目前的現(xiàn)狀進行分析，目前高壓線束物料優(yōu)化方向主要為充電插座一體式設計、高壓連接器國產化、高壓線纜線徑優(yōu)化及物料一對多可選優(yōu)化。

03.1充電插座一體化設計優(yōu)化

充電插座優(yōu)化前為分體式設計，成本較高，優(yōu)化前分體式充電插座如圖7 所示，含快充充電插座和慢充充電插座。通過充電插座按照平臺化方案進行開發(fā)設計，對所有項目的充電插座主體結構進行固化，以最大限度降低開發(fā)成本，優(yōu)化后一體式充電插座詳見圖8 所示。通過此優(yōu)化可減少一套法蘭模具從而使高壓線束總成成本下降約8 元。

圖7　優(yōu)化前分體式充電插座

圖8　優(yōu)化后一體式充電插座

03.2高壓連接器國產化近年來高壓連接器行業(yè)發(fā)展迅速，涌現(xiàn)出了一批優(yōu)秀的國內高壓連接器品牌供應商。優(yōu)化前主要利用TE 等外資品牌的高壓連接器，通過高壓連接器國產化不斷優(yōu)化，用國產品牌如Luxshare、Ebusbar 等進行國產化替代，對高壓連接器降成本意義重大，如下表1 所示為高壓連接器國產化示范案例。表1　高壓連接器國產化示范案例

03.3高壓線纜線徑優(yōu)化

通過對法規(guī)的解讀、對標及統(tǒng)計云端大數(shù)據(jù)等措施，來優(yōu)化高壓線纜線徑。針對具體的高壓線纜，往往可以通過截面、溫度要求、柔韌性以及屏蔽效果的優(yōu)化來量體裁衣，避免過度尺寸和過度的組件。以快充高壓線纜為例，優(yōu)化前線纜線徑為70mm2，優(yōu)化后為50mm2，均能滿足實際充電需求。

03.4物料一對多可選優(yōu)化

高壓線束物料一對多可以充分調動tier1 供應商的積極性以及運用tier 1 供應商自己的供應鏈優(yōu)勢，選擇成本最優(yōu)方案進行供貨。以物料成本中占比較高的高壓線纜為例，目前主要規(guī)格高壓線纜按照一對多思路按照高壓線纜標準進行開發(fā)，每一種規(guī)格線束廠有多個規(guī)格可選，其中各回路具體應用導線情況，需要根據(jù)整車實際負載情況確認。通過不斷的優(yōu)化設計，目前很多物料可以實現(xiàn)一對多可選，以下表2 僅為部分物料一對多示例。

表2　物料一對多示例 ? 04平臺化及標準化設計從整車線束原理和原材料等方面進行平臺化和標準化設計，可以大幅度縮短整車線束設計階段開發(fā)周期，減少重復驗證試驗，降低線束成本。通過線束物料的不斷平臺化和標準化，減少了物料的種類，提高單一物料的數(shù)量可起到規(guī)模化效應，對于物料降低成本意義重大。經過研究與分析，通過二級物料（連接器、電纜、輔料等）的平臺化及標準化方案可大幅降低高壓線束物料成本。以下為高壓插件平臺化示例，在滿足同等電性能的情況下，電池包鋁合金面板上的開孔尺寸能同時安裝不同品牌（TE、Luxshare）的板端連接器，詳見圖9、10、11。此平臺化設計，通用性強。

圖9　電池包鋁合金面板上的開孔尺寸

圖10　TE 品牌HVP2P800 板端 ?

圖11　Luxshare 品牌 HVP2P800 板端 ? ?總結與展望 ?純電動汽車高壓線束由于具有大電壓、大電流、大線徑導線數(shù)量多等特點，高壓線束面臨著布線、安全、屏蔽、重量及成本等挑戰(zhàn)。高壓線束作為高價值的純電動汽車的零部件，通過研究不斷的成本優(yōu)化，可為整車降成本做貢獻。降成本工作是一個不斷優(yōu)化持續(xù)的活動，后續(xù)還需不斷優(yōu)化，從而使整車成本降至最低，向客戶提供更有競爭力的產品。編輯：黃飛

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