ニュース - 新エネルギー車向け高電圧配線ハーネスレイアウトの設計方法

新エネルギー車技術の急速な進歩に伴い、政府のグリーンエネルギー車政策の推進を受け、多くの自動車メーカーが電気自動車、ハイブリッド車、水素燃料車など、一連の新エネルギー車製品を投入しています。新エネルギー車の技術は着実に向上しており、車両の動力源として従来の燃料に代わる電力が主流となっています。高電圧ワイヤーハーネスは、車両の電力供給と機能を支える主要な接続・伝送システムです。新エネルギー車は高電圧であるため、高電圧ワイヤーハーネスの設計は、設計ソリューションとレイアウトの面で課題に直面しています。

I. 高電圧配線ハーネスの設計ソリューション

デュアルトラックハーネス設計
新エネルギー車の高電圧ワイヤーハーネス設計は、デュアルトラックシステムを採用しています。動力バッテリーの出力電圧は高く、人体にとって安全な電圧を超えるため、車体は高電圧ワイヤーハーネスの接地点として機能することができません。高電圧ワイヤーハーネスシステムでは、直流高電圧回路はデュアルトラック設計を厳格に遵守する必要があります。一般的な高電圧ワイヤーハーネスには、駆動システム高電圧配線、動力バッテリー高電圧配線、充電ポート高電圧配線、エアコンコンプレッサー高電圧配線、パワーステアリングポンプハーネスなどがあります。
高電圧コネクタの選択と設計
高電圧コネクタは、高電圧・高電流の電気の接続と伝送を担い、車内における人体安全確保に不可欠な部品です。そのため、高電圧コネクタの選定においては、高電圧耐性、保護レベル、ループインターロック、シールド性能といった要素を十分に考慮する必要があります。現在、高電圧コネクタの選定には、主にAVIC Optoelectronics、TE Connectivity、Yonggui、Amphenol、Ruike Daといった業界をリードする信頼性の高いサプライヤーが利用されています。
高電圧配線ハーネスのシールド設計
高電圧ワイヤーハーネスは、高電圧の電気を伝送する際に強い電磁干渉を発生します。そのため、編組シールドを施した電線が使用されます。コネクタを選定する際には、高電圧ワイヤーハーネスのシールド層と閉ループ接続を確立し、高電圧ワイヤーハーネスから発生する電磁干渉を抑制するために、シールド機能を備えた設計が推奨されます。

高電圧配線ハーネスの断面図

II. 高電圧配線ハーネスのレイアウト設計

高電圧配線ハーネスレイアウトの原則
a) 近接原則：新エネルギー車の高電圧ワイヤーハーネスをレイアウトする際の目標は、ワイヤーハーネスの経路長を最短化することです。このアプローチは、長い経路による過度の電圧降下を回避し、コスト削減と軽量化という設計原則にも合致しています。
b) 安全原則：高電圧ワイヤーハーネスのレイアウトは、近接性に加え、隠蔽性、安全および衝突安全規則への適合、メンテナンスの容易さといった原則も考慮する必要があります。また、高電圧ワイヤーハーネスには効果的な保護対策が必要です。高電圧ワイヤーハーネスの不適切なレイアウトは、漏電、火災、乗員への危険につながる可能性があります。
高電圧配線ハーネスレイアウトの種類
現在、高電圧ワイヤーハーネスのレイアウトには、階層型レイアウトと並列型レイアウトの2つのタイプが一般的に使用されています。どちらのタイプも、高電圧と低電圧のワイヤーハーネスを分離することで、高電圧通信から低電圧通信への電磁干渉を低減することを目的としています。
a) 階層型レイアウト設計：その名の通り、階層型レイアウトでは高圧ハーネスと低圧ハーネスが一定の距離を隔てて配置されており、高圧システムからの電磁干渉が低圧制御ユニットの電源供給や信号伝送に影響を与えるのを防ぎます。下図は、高圧ハーネスと低圧ハーネスの階層型レイアウト設計を示しています。

b) 並列レイアウト設計：並列レイアウトでは、ワイヤーハーネスは同一経路を辿りながらも、車両フレームまたはボディに並列に取り付けられます。並列レイアウトを採用することで、高圧ワイヤーハーネスと低圧ワイヤーハーネスが交差することなく分離されます。下図は並列レイアウト設計の例を示しており、高圧ワイヤーハーネスが左側のフレームに、低圧ワイヤーハーネスが右側のフレームに配置されています。