高压布线设计是电气化动力总成系统的关键要素。由于电磁干扰防护罩和护套的性能需要兼顾安全性和车体质量，因此这些附加部件对整体布线起到至关重要的作用。辉门已研制出新型护套，在减轻重量的同时提升了安全性和可靠性，有助于解决目前的电动车成本问题。

虽然纯电动汽车（EV）获得了公众的瞩目和消费者的广泛关注，但是鉴于种种现实因素，大众消费者对它的接受程度仍然偏低。除了众所周知的电池和基础设施局限外，这种汽车的成本也较高，并且行驶范围有限。考虑到新电池技术在一些市场的普及速度，往往会存在某些尚未解决的安全性问题，以致不足以说服普通消费者转向电动车市场。

这些制约因素可能与车体质量、不断变化的法规要求以及消费者的受教育程度有关。同时，混合动力汽车（HEV）动力总成技术逐渐普及开来，架起了通向未来纯电动汽车时代的桥梁。由于纯电动汽车和混合动力汽车都采用相似的高压布线设计，因此，我们现在获得的经验和运用于混合动力汽车的技术将会发展成为未来的设计，生产前景可观。由此可见，对于电气设计工程师而言，在提高性价比和安全可靠性的同时，减轻布线的重量尤为重要。

图1  CrushShield织物护套（左图）与尼龙波纹管（右图）在自由落体试验期间及之后的损伤比较

纯电动汽车布线的一般难题

一个有效的布线设计需要若干关键部件，其中包括导体、绝缘材料和连接器。虽然有时在设计后才会考虑保护部件（如电磁干扰防护罩（EMI防护罩）、线束部件和护套），但它们同样值得重视。这些附加部件对于布线而言必不可少，直接影响布线成本（材料与安装成本）、质量及安全性。最近护套研制取得突破，实现了对高压布线设计的改进，使其更加轻质、安全、成本更低。

提高布线安全性

一些监管和产业机构已正确认识到高压线路携带的强电荷所带来的实际危险，并提出合理的应对措施。为了保护车内乘客、维修技术人员及第一出动人员的人身安全，这些线路应以鲜明的颜色进行标识，且必须严格满足碰撞标准。例如，ISO 6469-3和FMVSS 305提供的人员触电保护性能标准。

图2  作为基准的未受保护电缆（左侧）及CrushShield（中间和右侧）的自由落体试验结果；右侧CrushShield下方的电缆受损，但CrushShield保持原样，仍包裹高压导体

人们通常采用金属导管或防护罩作为在车辆发生碰撞时的保护措施，但这会引起副作用，即车体质量增加。利用防弹技术的材料与结构，已研制出攻克这一技术难题的新型织物材料解决方案。将防弹技术挪用到自动高压线束保护领域背后的逻辑是：这两种应用的关键都在于保护敏感结构抵抗来自高动能级硬物的突然冲击。否则，这种能量可能会集中作用于一小块区域。动能产生的破坏力可通过冲击物的总质量与速度的乘积除以受冲击表面的面积来计算。

由此可见，防弹与冲击防护，如撞车期间碰触线束的金属结构之间存在明显的相似性。

事实上，这一类比具有更深层的含义：目前的线束保护绝大部分采用刚性护套，能够将冲击能分散到更大面积的区域中，从而防止产生断裂损坏，而防弹保护与这种冲击吸收机制存在一些差别。防弹保护主要利用高强度合成纤维的材料特性，尤其是聚酯纤维的高韧性和弹性模量可以承受大量的冲击能而不产生撕裂。这一机制已成功应用于特定领域，如防弹背心必须足够轻质、穿着舒适的场合。

防碰撞护套CrushShield是一种已申请专利的双层编织织物。它旨在分散区域内的碰撞能量，从而最大程度上降低冲击引起的局部损坏（见图1）。高韧性聚酯纤维能够有效防止因锐边而引起的割裂。轻质的织物设计使线束保持了高度的灵活性，由此节省了安装时间和成本。

图3  用于高压汽车的典型电缆结构

验证线束保护性能

布线设计工程师所面临的众多难题之一是在设计周期早期验证性能。当然，已存在诸多试验方法和规范，可用来验证材料的疲劳特性、应对流体接触时间过长以及类似的普遍性环境问题。然而，一些新的解决方案有时也需要特殊的验证流程，目前已经研发出一种在试验台上模拟碰撞保护功能的验证流程。这一对比试验中使用的是一个边缘与冲击部件类似的自由落体物块。不断增加此物块的质量和/或高度，直至电缆充分受损，以这时产生的能量为基准。

使用护套保护电缆之后，重新进行试验以测量在电缆出现故障前能够额外吸收的能量（见图2）。在并列碰撞试验中，CrushShield的性能优于尼龙波纹管，能吸收超过原始碰撞力三倍的冲击力，由此提升了线束性能。

利用复合纱线提高电磁干扰可靠性

安全性并非纯电动汽车布线的惟一考量。随着汽车电气化的发展，磁化和电磁辐射现象也日趋严重，这都可能对汽车部件的性能造成影响。电磁干扰的影响范围可从产生干扰（视频显示失真）到汽车功能严重损失。EMI市场面临的主要问题包括不断增长的频率、成本上升的压力以及无线技术的发展。虽然EMI干扰在大频率范围内仍是一个问题，但对于汽车而言，只有从10kHz～1GHz这一频率范围值得关注，涉及AM和FM无线电、导航系统、娱乐系统以及便捷功能（如倒车摄像头）。

图4  TwistTube柔性护套内的复合导电纱线织层

典型的高压线由多层屏蔽电缆构成：由导电材料制成的内芯（铜或铝）；绝缘层；金属丝编织层；外部绝缘材料。在实际应用中，外层通常采用其他机械保护措施（见图3）。凭借所含金属，金属丝编织层可提供优质的低频（最高约达1 MHz）电磁干扰屏蔽，但由于编织金属丝的间隙会形成一定尺寸孔，屏蔽性能会随频率的增加而降低。采用其他屏蔽线可能会解决这一问题，但重量和灵活性方面将大打折扣。

为此，辉门引进了一项新技术，借此改善不同频率范围的屏蔽性能。这项专利技术已应用于EMI屏蔽产品TwistTube和FlexFit中，它利用与聚合纱线编织在一起的细股金属丝制成粗细不等的导电复合纱线（见图4）。如果将多股纱线精确置于编织类织物屏蔽材料中，将形成比重金属编织材料更轻质，且灵活性更高的优化电磁干扰屏蔽解决方案。

比较这两种方法的案例研究显示，该解决方案质量减轻27%，灵活性提高55%，且线束直径可减小38%。由于安装上的改进和材料重量的降低，系统总成本也随之减小。

归纳与总结

辉门在护套研发方面取得的突破为高压布线设计带来了诸多益处，能够为纯电动汽车和混合动力汽车电气系统提供轻质、低成本、用户友好型解决方案。凭借在安全与性能方面的突出表现，这些部件将会在纯电动汽车领域发挥日益重要的作用。实际上，当前的解决方案不仅适用于汽车本身，其技术还可以应用于充电站。这些技术除了应用于当今的混合动力汽车以外，同时也在推进纯电动汽车行业实现更多可行的商用电动汽车解决方案。

高压布线安全保护的产品开发才刚刚开始，未来还有很长一段路要走。举例来说，虽然汽车设计师通过轻质、低成本的织物材料解决方案解决了当今的安全性需求，但未来的设计会锁定其他性能目标，如降温。在这些未来解决方案中，护套可能会提高导体的热学性能，对尺寸进行优化，进一步减轻重量并节约成本。