整车高压线束拓扑设计方案及案例分析

来源：线束世界•作者：线束世界-Jimmy•2022-01-24 16:44

整车线束拓扑设计就是线束在整车内的布置和分段设计，线束拓扑结构的体现形式为在整车区域内的连接形式及分段数量。

线束拓扑设计是架构设计中一项重要内容，受电气架构、电源分配、主机厂流水线、装配工艺的影响很大。而线束拓扑的最终形态，也会反过来影响整车电气架构、电源分配、零件制造、整车安装等。

对于高压线束拓扑设计来说，由于高压电器件普遍体积大，要求的安全系数高，因此在新能源车型处于前期开发阶段时，高压线束拓扑架构的设计工作就应该尽早介入。

在设计之初，需要明确一点，不论高低压线束，其拓扑设计不能一概而论，无法遵循单一的形式，而是要从整车层面，在满足预设功能的前提下，以最少的原材料和最高的成产、装配效率为目标导向来进行全方位的考量。

要全面了解高压线束拓扑最简单和直观的方法就是从熟悉的传统低压线束出发，先行了解传统燃油车和新能源车在整车电气系统和电气件上的差异，衍生到高压线束拓扑和低压线束拓扑的差异。

【新能源车型&燃油车差异】

传统燃油车最基本和关键的技术在于四大系统和八大机构。

八大机构是针对发动机而言的，点火系统、润滑系统、冷却系统、燃油供给系统、启动系统、曲柄连杆系统、配气机构和净化装置。四大系统则主要针对底盘而言，分别为传动系统、行驶系统、转向系统和制动系统。

1. 动力系统差异

纯电动汽车和燃油车最大的区别在于动力系统的不同。

传统燃油车的动力系统由发动机总成和变速箱总成构成。燃油在发动机气缸内燃烧，使气缸内的气体迅速膨胀，推动活塞运动，产生动力。动力经离合器\变速箱\传动轴\主传动器\差速器\驱动轮，驱动轮转动给地面一个力，地面给车轮一个反作用力即牵引力，最终使车辆开始行驶。

纯电动车使用电动机替代了传统的燃油发动机，电动机和发动机在燃油车上所扮演的角色属性一致，都是汽车的动力装置，是电动汽车的心脏，依据电磁感应原理实现电能转换的一种电磁装置，产生旋转运动，进而使车辆运动。

交流同步电机

2. 传动系统差异

由于电动车没有传统燃油车必备的变速箱，电机的动力输出大小则完全依靠电子控制系统来调节，然后通过减速器和差速器直接传递到前轴或后轴带动车轮旋转。

在整个过程中，电动汽车采用线控技术，没有燃油车的前后传动轴，因此电机可以安装在距离车轮更近的地方，换句话说，对应的高低压线束的安装可更加紧凑。

3. 制动系统差异

燃油车上采用发动机和真空泵组合来提供真空助力的制动模块，但由于电动车没有发电机和启动机，也就没了真空来源，因此，电动汽车的制动系统由电动真空泵给真空制动助力器提供助力。

4. 能量供给系统差异

燃油车上所有纷繁复杂，做机械运动的电气部件，其能量源均来自于燃料(汽油)。燃烧产生的化学能除了转换为机械能外，同时还转换为电能，为其他车载用电器(安全系统、信息娱乐系统等)提供能量。

电动汽车的动力源则“省去”燃烧燃料环节，直接使用电动汽车的重要部件——动力电池作为电动机的能量源。

纯电动汽车没有燃油箱(在混动车型上仍保留燃油箱)，但动力电池的体积及其重量都比油箱装满后重很多，油箱虽然可以根据底盘的空间设计成多种形状，但总体来说是一体不可分开的。而动力电池则可以分来安放，充分利用座椅、车底、后备箱等空间，对能量存储的空间利用率有了极大的提高。

以上这些新增的高压部件(高电压电池、逆变器、空调压缩机、三相发电机和电动机等)都需要高压线束为其提供能量和型号传输。当然，这里提到的高压线束和日常生活中的高压电网输送电缆并不相同，仅相对于燃油车的低压系统而言。

【混动车型高压线束拓扑】

混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle)指的是在车辆内部至少有两套能量转换装置和两套能量存储装置来驱动车辆的汽车。

以PHEV(Plug-in Hybird Electric Vehicle)插电式混合动力车为例，其能量转换设备有①内燃机，②电动机，能量存储设备有①燃料箱，②动力蓄电池。

PHEV 能量转换及能量存储装置

由于PHEV的能量源既可来自于动力电池，又可来自燃料燃烧，因此PHEV动力电池的体积远比纯电动车(BEV)动力电池体积小，一般放置在车辆后排座椅至行李箱区域内。动力电池主要的外联设备——充电机，一般也布置在接近高压电池包的附近。车辆的电动力系统则和燃油动力系统一起，通常被布置在发动机舱/外舱。

由于是在完整的燃油动力系统外，额外叠加一套电动力系统，因此PHEV车型的发动机舱通常臃肿不堪，对高压线束而言，布置空间狭小，环境恶劣。在前期进行拓扑设计时，需要为高压线束布置预留出合理的空间，并注意避让载有信号通讯的线束回路，避免造成可能的EMC问题。

混动车型高压线束拓扑图

【纯电车型高压线束拓扑】

纯电车型仅有一套动力系统，为了占用更多的空间，为车辆提供更多的能量储备，不论动力电池包是“土”字型还是版型，都布置在车底。

交流充电口和直流充电口的位置，根据车辆造型要求，被布置在原本燃油车加油口的位置或隐蔽在了前后LOGO内。

纯电动车的高压线束拓扑较为简单明了，一般分为7大类，基本分布于车头和底盘区域内。

• 电子空调压缩机线束总成：连接电子空调压缩机和充电机之间的高压线束

• 电子加热器线束总成：连接PTC加热器和充电机之间的高压线束

• 三相线束总成：连接功率电子和电机之间的高压线束

• 电池包线束总成：连接功率电子和电池包之间的高压线束

• 功率电子充电机转接线：连接充电机和充电插座之间的高压线束

• 交流充电线束总成：连接交流充电口和充电机之间的高压线束

• 直流充电线束总成：连接直流充电口和电池包之间的高压线束

纯电车型高压线束拓扑

【比亚迪·唐高压线束系统】

我们以比亚迪品牌的“唐”为例，通过拆解其高压线束系统来认识和了解高压线束拓扑的诸多细节。

比亚迪·唐高压线束布置示意图

比亚迪唐的整车高压线束系统共由8根高压线束总成和2个配电盒组成。

空调压缩机线束	前高压电机线束
前电机控制器LE线束	空调回路线束
配电盒线束	后电机控制器LE线束
高压充电线束	后高压电机线束
总配电盒	空调配电盒

比亚迪·唐整车高压线束相关

通过拆解比亚迪·唐的实车，该车有很长一段高压线束布置在乘客舱，虽然为底盘节省出了更多的空间，并且事实上高压线束总长也确实更小了，但高压线束通过了乘客舱，存在一定安全风险。

比亚迪·唐高压线束布置在乘客舱的部分

动力电池包被布置在整车中部，总配电盒布置在空间较大的中央通道区域，集成了配电以及保险丝功能，降低了电机控制器的集成度，为前后电机和空调配电。配电盒直接连接至电池包，从电池包取电，并与车外有密封措施。

比亚迪·唐为四驱车型，前后有两个电机，受两个电机控制器控制。

高压配电盒线束沿车身加强梁布置在后排座椅下方，与后电机高压线束一起沿地板布置到中央通道区域。在座椅下方使用金属支架(接触面为绝缘塑料)固定，乘客踩踏区域则使用长条支架予以固定保护。

前电机控制器高压线束沿中央通道从仪表中央穿过，在橡胶件的保护下穿过内外舱防火墙。在发动机舱布置时，则采用了大尺寸支架进行固定和导向。

发动机舱区域空间大，线束周围没有相近的其他零件。由于电机控制器和电机距离很近，高压导线长度短，因此没有其他固定用部件。

空调从主配电盒取电后，在发动机舱落水槽下方中间额外配置了一个小型配电盒，分为2路，为PTC配电和鼓风机供电。PTC回路直接由配电盒连线连接到用电器，空调回路则通过一个对接连接了尾巴小线和空调线。这样有利于动力总成生产，方便安装。

值得注意的时，该配电盒无保险丝，只起到挂点作用，并且该配电盒面积和体积都很大，不利于整车轻量化设计。

比亚迪·唐的充电口直接固定在车身钣金上，有且只有一层钣金。高压充电线束则就近接地，有两个分支与低压线束对接。

后电机控制器的接口设计在下方，直接穿过车身钣金与控制器对接。高压导线使用大尺寸的支架固定和导向。因为，控制器布置离电机很近，高压线束长度有限。

比亚迪·唐的等电位均衡线使用编织铝线。其优势在于降低成本和降低质量。

在简单了解比亚迪·唐的实车状况后，我们可以发现，比亚迪·唐的高压线束布置，在很多设计观念上，沿袭了很多低压线束的设计理念，并未形成独特的具有高压特点的拓扑设计，我们仍旧可以通过对低压线束拓扑的分析，来了解、学习，进而制定针对高压线束零件的拓扑架构。

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