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    電動車高壓線束設計要求及標準
    時間:2021-11-04 閱讀: 345

    高壓線束介紹

    近年來,在國家的大力支持和推動下,我國新能源汽車的發展取得了長足的進步,各種新能源汽車逐漸進入我們的日常生活。簡單來說,新能源汽車主要是指使用非常規車用燃料作為動力來源(或使用常規車用燃料、采用新型車載動力裝置),綜合動力控制和驅動方面的先進技術,形成的技術原理先進、具有新技術、新結構的汽車。主要包括純電動汽車、增程式電動汽車、混合動力電動汽車、燃料電池電動汽車、氫發動機汽車、其他新能源汽車。

    然而,無論新能源汽車的形式如何,它們的共同特點是使用高達300V~600V甚至更高的電壓平臺,這就涉及到布線,而且它們都有相同的基本要求,即在電磁干擾保護系統下安全傳輸大電流、大電壓。高壓電纜用于連接高壓電池、逆變器、空調壓縮機、三相發電機和電動機,實現動力電能的傳輸。但需要注意的是,電動車的高壓線束并不等同于我們日常生活中的高壓輸電電纜,而只是相對于常規車輛的低壓系統。


    電動車高壓線束的要求

    1、電壓

    該電纜與常規汽車電纜的基本區別在于結構需要按照600V的額定電壓進行設計,如果用于商用車和公共汽車上使用,額定電壓可高達1000V。相比之下,它甚至更高。目前,內燃機驅動汽車使用的電纜設計為額定電壓60V。

    在發電量不變(P = U×I)的情況下,高電壓由于使用較低的電流,可以降低傳輸系統(PLOSS = I2×R)的功率損耗。

    2、電流

    由于電纜連接電池、逆變器和電動機,高壓電纜需要傳輸大電流。根據系統組件的功率需求,電流可以達到250A到450A。在傳統驅動的車輛上很難找到如此高的電流。

    3、溫度

    高電流傳輸的結果導致高功耗和元件發熱。因此,高壓電纜的設計能夠承受更高的溫度。目前可以看出,溫度要求有進一步提高的趨勢。

    相比之下,在目前的車輛中,只要不在發動機艙或其他耐高溫的區域使用電纜,通常使用額定溫度為105℃的電纜就足夠了。電動汽車的高壓電纜通常高于這個溫度,如125℃或150℃。

    如果在電動車中走線不利,主機廠甚至會對耐高溫性提出更高的要求。如排氣管附近、電機前部、電池后部等。

    4、工作生活

    在汽車工業中,電纜在規定溫度等級下的設計使用壽命通常為3000 h。在公認的電纜標準(如ISO 6722、ISO 14572)中,該值通常用于長期老化測試??蛻粼诟邏簯妙I域的特殊要求可能超過3000小時,在規定溫度下累計運行時間甚至可能達到12000小時。

    5、屏蔽效應

    高壓電纜本身不需要屏蔽,因為它不像同軸電纜那樣傳輸數據,但它需要防止或減少系統中開關電源產生的高頻輻射通過電纜感應到外圍部件。

    與燃料驅動的車輛不同,電動汽車的電機需要控制三相交流電。具有能量的正弦電壓相當于不同頻率的方波脈沖信號。由于高頻脈沖的陡沿,會產生能量很強的諧波,并傳輸到周圍地區。

    采用適當的屏蔽方法可以完全解決電磁干擾問題。在某些情況下,為了滿足屏蔽效果的不同要求,需要采用不同屏蔽類型的組合。

    6、柔韌性

    在很多情況下,混合動力汽車的發展面臨著這樣的挑戰,即現有的系列平臺原本只設計了裝載汽油發動機及其部件的空間,而并入了更多的電氣部件。即使不考慮布線,也可以預料到空間的限制。此外,布線電纜和連接器需要空間。通常的結果是導致緊張的彎曲半徑。

    由于傳統電纜的固有設計,很難克服高彎曲力。為了解決這個問題,高壓電纜的高柔性很重要。只有靈活的設計,才能輕松實現車與車之間的路徑選擇。

    7、抗彎強度

    如果電動機位于車輛運動部分附近,然后導致連接的高壓電纜持續振動,則應將其設計為能夠承受高循環彎曲,以確保良好的彎曲耐久性。

    8、識別

    由于高壓帶來的應用風險增加,各種標準規定高壓電纜必須在視覺上區別于普通汽車電纜,指定表面必須為亮橙色。

    同時,還可以打印警告內容和特殊標記,如“小心!高壓600V"、高電壓閃電標志等。


    電動車電纜的標準化現狀

    鑒于電動汽車應用高壓電纜的上述挑戰和要求,有必要建立新的電纜標準,以滿足供應商、線束廠和主機廠的需求。

    這項工作由國際標準化組織道路車輛技術委員會的電氣電子分技術委員會車用電纜工作組(ISO/TC  22/SC  3/WG4)進行。

    從ISO 6722可以看出,它是在普通的600V電纜標準的基礎上進行修訂的,以滿足600伏電纜的要求。因為它的大部分要求還是很通用的,但是高壓電纜的特殊設計往往不被考慮。ISO 14572也進行了類似的修訂。

    目前,電壓高于600伏的高壓電纜的標準化是各個工作組的課題。標準號是ISO 17195。

    SAE將針對高壓電纜調整當前高壓(額定600 V)規范SAE J1654的要求,并涵蓋600V到1000V的額定電壓,新創建的標準SAE  J2840尚未發布,將被定義為屏蔽類型的電纜。

    LV是德國五大汽車公司通用的采購標準,目前已推出額定電壓600V的電動汽車用高壓電纜標準LV 216。它涵蓋了單芯和多芯屏蔽電纜。

    我國正在制定高壓屏蔽電纜國家汽車行業標準,其額定電壓將達到1000V。


    電動汽車用高壓電纜的結構設計

    標準產品和很具體的要求很難定義。本文旨在應用先進的高壓電纜結構原理,解決基本設計思路,克服上述挑戰。

    1、導體設計

    高壓電纜的柔韌性主要由導體的設計決定。這就是為什么高壓電纜使用具有大量直徑很小的單絲的特殊導體。首先將一定數量的單絲束絞在一起,然后同心復絞,形成高壓電纜所需的柔性導體。

    根數多的另一個好處是更好的抗彎性??s短絞線間距還可以提高高壓電纜的彎曲壽命。

    2、絕緣材料

    絕緣材料的選擇主要考慮耐熱性要求和機械強度。與標準電池電纜相比,可以合理選擇較軟的材料,以保持特殊設計的絞合導體的柔韌性。

    3、成纜

    當電纜是多芯電纜時,通常需要絞合線芯。為了補償高壓電纜線芯絞合引起的變形,需要一種稱為退扭的特殊設備。在此過程中,專用絞線機的放線盤相對于絞線方向反向旋轉。有必要防止電纜的變形和張力。

    根據電纜的結構,通常采用填充來保證屏蔽電纜的高同心度,最終獲得令人滿意的高壓電纜。通過在絞合電纜芯中使用包裝帶,可以保持電纜的柔韌性。

    4、屏蔽

    由于EMC(電磁兼容性)的要求,使用多根銅線形成編織屏蔽。鍍錫銅線可以使其更強地抵抗氧化等環境影響。細銅線可以保持設計的靈活性。

    為了克服上述電磁干擾問題,屏蔽覆蓋率必須超過90%。

    對于不同的屏蔽效果,編織屏蔽可以與其他屏蔽相結合,如鋁塑符合薄膜。一層無紡布可以包裹在屏蔽周圍,以確保護套在組裝過程中可以容易地剝離。

    5、護套

    和線芯的絕緣一樣,護套材料也是根據熱要求和機械性的要求來選擇的。由于直接接觸,環境性能如耐液體性和耐磨性對護套也特別重要。這些特性主要取決于所選擇的護套材料類型,并且在一定程度上也受到護套結構設計的影響。

    如果特殊要求,例如克服安裝車輛環境的磨損,需要增加耐磨性,則在選擇材料時應考慮這一點。測試設備通常用于模擬真實情況來驗證這些特性。

    選擇較軟的材料得益于柔韌性,這可能會降低高壓電纜的耐磨性。

    根據相關規范中規定,擠壓護套應為亮橙色,并可按規定添加特殊高壓警示標志。


    總結

    高壓線束作為電動汽車動力輸出的主要載體,是車輛性能和安全的關鍵零部件之一。高壓線束的研發和設計不僅要從整車的角度考慮,還要從原材料供應商、連接器、元器件等環節的角度考慮,在行業標準還不太規范的情況下,要共同努力制定一個既符合當前實際使用環境,又具有行業前瞻性的統一標準。這樣可以進一步提高電動汽車的安全性,同時可以降低高壓線束的設計和制造成本,從而為推動電動汽車的發展做出應有的貢獻。

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