純電動汽車高壓線束及生產(chǎn)工藝優(yōu)化方案

本文簡單介紹了純電動汽車高壓線束及生產(chǎn)工藝，并對高壓線束成本構(gòu)成及物料成本構(gòu)成進行了詳細分析。研究了高壓系統(tǒng)架構(gòu)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(shè)計的降成本方法，對高壓線束成本優(yōu)化意義重大。? ? ?

1　引言

目前國內(nèi)新能源汽車市場競爭越發(fā)激烈，隨著國產(chǎn)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(zhì)、高價值的產(chǎn)品和領(lǐng)先的技術(shù)，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(shù)不斷創(chuàng)新的同時，也在重點關(guān)注零部件成本優(yōu)化，提高產(chǎn)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。 ? ?

2　高壓線束簡介及生產(chǎn)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?，是電動汽車上動力輸出的主要載體，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(jīng)網(wǎng)絡(luò)，是整車性能和安全的關(guān)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(diào)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(diào)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(chǎn)工藝流程主要有裁線、附件預(yù)裝、端子壓接/ 超聲波焊接、屏蔽壓接、線束總裝及電檢。

3　高壓線束成本構(gòu)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(gòu)成，高壓線束物料成本主要由線束技術(shù)方案決定，其中加工費包含了人工成本、動力費、設(shè)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(gòu)成比率圖（見圖1）及高壓線束物料成本構(gòu)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(shè)計及優(yōu)化生產(chǎn)工藝等方法，降低高壓線束成本。

圖1　高壓線束成本構(gòu)成占比

圖2　高壓線束物料成本構(gòu)成占比

4　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(yīng)商協(xié)作類和技術(shù)類降成本，其中技術(shù)類降成本是降低成本最有效且可持續(xù)的方法。目前技術(shù)降成本的方法主要有以下三種：成本標桿法、管理技術(shù)法和技術(shù)手段法。

一般情況下技術(shù)手段法包括減少冗余功能、國產(chǎn)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(shù)手段法從以下幾個方面來進行高壓線束成本優(yōu)化。

4.1　高壓系統(tǒng)架構(gòu)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(qū)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(gòu)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(gòu)優(yōu)化為例，優(yōu)化前高壓線束系統(tǒng)架構(gòu)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(guān)模塊，詳見圖3。

圖3　優(yōu)化前高壓系統(tǒng)架構(gòu)圖

PDU 的獨立，使得高壓線束系統(tǒng)中轉(zhuǎn)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?？炻洳遄贾迷谧笥液髠?cè)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(jīng)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(gòu)優(yōu)化后如圖4 所示。

圖4　優(yōu)化后高壓系統(tǒng)架構(gòu)圖

通過此高壓系統(tǒng)架構(gòu)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。

4.2　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(cè)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

4.3　高壓線束物料優(yōu)化

高壓線束成本構(gòu)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(shè)計、高壓連接器國產(chǎn)化、高壓線纜線徑優(yōu)化及物料一對多可選優(yōu)化。

4.3.1　充電插座一體式設(shè)計優(yōu)化

充電插座優(yōu)化前為分體式設(shè)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(shè)計，對所有項目的充電插座主體結(jié)構(gòu)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

4.3.2　高壓連接器國產(chǎn)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(nèi)高壓連接器品牌供應(yīng)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(chǎn)化不斷優(yōu)化，用國產(chǎn)品牌如Luxshare、Ebusbar 等進行國產(chǎn)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(chǎn)化示范案例。

表1　高壓連接器國產(chǎn)化示范案例

4.3.3　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。

4.3.4　物料一對多可選優(yōu)化

高壓線束物料一對多可以充分調(diào)動tier1 供應(yīng)商的積極性以及運用tier 1 供應(yīng)商自己的供應(yīng)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(yīng)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(shè)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

4.4　平臺化及標準化設(shè)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(shè)計，可以大幅度縮短整車線束設(shè)計階段開發(fā)周期，減少重復(fù)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)?；?yīng)，對于物料降低成本意義重大。經(jīng)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(shè)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

5　總結(jié)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(chǎn)品。

審核編輯：黃飛

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