تكوين وتطبيق كابلات توصيل EV HV

متطلبات تخطيط أسلاك الجهد العالي للمركبات الكهربائية ذات الجهد العالي, بما في ذلك الموقف, التثبيت والحجم, تنطوي على هيكل الكابل, ولكن في المقام الأول التخطيط, والتي قد تكون مفيدة لجزء التطبيق. تم وصف هيكل كابل الجهد العالي بالتفصيل, بما في ذلك الموصلات, طبقات التدريع, طبقات العزل, إلخ., والتي يجب أن تجيب مباشرة على سؤال التكوين. يذكر جزء التطبيق نقل الطاقة من البطارية إلى المحرك, العاكس, إلخ., وكذلك نقل الإشارات, وهو أمر بالغ الأهمية أيضًا.

جهاز توصيل الجهد العالي, الذي يذكر مستوى الجهد للكابلات ذات الجهد العالي, أنواع محمية وغير محمية, والفرق بين النواة الواحدة والمتعددة النواة, وهي كلها تفاصيل التكوين. يذكر الجانب التطبيقي نقل الطاقة بين الأجهزة الكهربائية, مثل محرك الدفع الرئيسي, نظام تكييف الهواء, إلخ., والتي يجب دمجها مع هذه المحتويات. يتم وصف تكوين مجموعة الأسلاك ذات الجهد العالي بإيجاز, بما في ذلك الموصلات, محطات, الأسلاك, إلخ., والتي قد تكمل معلومات المكونات.

مكونات الجهد العالي, والذي يذكر أن الكابلات ذات الجهد العالي تربط حزم البطاريات, أجهزة الشحن والمكونات الأخرى, يؤكد العزل وتحمل الجهد, ويجب الاستشهاد بجزء التطبيق هذا. يستخدم حزام الأسلاك بين منفذ الشحن السريع وصندوق الجهد العالي كابلات عالية الجهد, ويجب أيضًا أخذ هذا الجزء من سيناريو التطبيق بعين الاعتبار.

تكوين وتطبيق كابلات توصيل EV HV

يجب أن تشتمل مكونات كابلات توصيل EV HV على مادة موصلة (النحاس أو الألومنيوم), طبقة حماية الموصل, طبقة العزل, طبقة التدريع العازلة, طبقة التدريع المعدنية, والغطاء الواقي. جوانب التطبيق تنطوي على نقل الطاقة (البطارية إلى المحرك, العاكس, إلخ.), نظام الشحن (شحن سريع/شحن بطيء), النظام المساعد (تكييف, سخان بي تي سي), تصميم إي إم سي, إلخ.

1. تركيب كابلات توصيل الجهد العالي للسيارات الكهربائية
تعتبر الكابلات ذات الجهد العالي هي المكونات الأساسية لنقل الطاقة الكهربائية في السيارات الكهربائية. يجب أن يلبي تصميمها الهيكلي متطلبات الجهد العالي, التوافق الحالي والكهرومغناطيسي العالي. وهي تشمل بشكل رئيسي المستويات التالية:

موصل
نحاس (الموصلية الممتازة) أو الألومنيوم (خفيفة الوزن ومنخفضة التكلفة) يتم استخدامه كمادة أساسية, المسؤول عن النقل الحالي‌.
‌طبقة حماية الموصل‌
لف الموصل لتوزيع المجال الكهربائي بشكل موحد ومنع التفريغ الجزئي‌.
‌الطبقة العازلة‌
المواد ذات الجهد العالي (مثل البولي إيثيلين المتقاطع) تستخدم لتوفير حماية العزل الكهربائي لمنع التسرب أو ماس كهربائى‌.
‌طبقة التدريع العازلة‌
يعمل أيضًا على تحسين توزيع المجال الكهربائي وتقليل الضرر الناتج عن الضغط الكهربائي على الكابل‌.
‌طبقة حماية معدنية‌
مصنوعة من جديلة النحاس أو رقائق الألومنيوم, فهو يمنع التداخل الكهرومغناطيسي (emi) ويحسن التوافق الكهرومغناطيسي (إي إم سي)‌.
‌غطاء وقائي‌
يتميز الهيكل الواقي الخارجي بخصائص مقاومة التآكل, مقاومة ارتفاع درجة الحرارة, مقاومة التآكل, إلخ., ومناسبة لظروف العمل المعقدة‌.

‌نوع التصميم الخاص‌:
‌كابل محمي‌: تقليل التداخل الكهرومغناطيسي من خلال طبقة التدريع المعدنية, مناسبة للمشاهد ذات متطلبات EMC العالية‌.
‌كابل غير محمي‌: تستخدم في بيئات منخفضة التدخل, تكلفة أقل‌.
‌كابل أحادي النواة/متعدد النواة‌: كابل أحادي النواة مناسب لنقل التيار العالي (مثل إمدادات الطاقة المحرك), ويتم استخدام الكابل متعدد النواة للإرسال المركب متعدد الإشارات‌.

2. تطبيق كابلات توصيل الجهد العالي للسيارات الكهربائية
تُستخدم كابلات الجهد العالي لنقل الطاقة والتحكم في الإشارة في نظام الجهد العالي للمركبة بأكملها. تتضمن سيناريوهات التطبيق الرئيسية:

‌نظام نقل الطاقة‌
قم بتوصيل بطارية الطاقة بمحرك القيادة, العاكس, محول DC/DC والمكونات الأخرى لنقل الجهد العالي 200-1500 فولت تيار مستمر أو تيار متردد.

يجب تلبية متطلبات الكثافة الحالية العالية (مثل الترتيب المتماثل للخط ثلاثي الطور للمحرك).

‌نظام الشحن
‌واجهة شحن سريعة‌: قم بتوصيل منفذ الشحن السريع بصندوق توزيع الطاقة عالي الجهد (PDU) لدعم الشحن DC عالي الطاقة.

‌واجهة شحن بطيئة‌: قم بتوصيل الشاحن الموجود على اللوحة (او بي سي) مع حزمة البطارية لنقل التيار المتردد.

‌نظام مساعد عالي الجهد‌
توفير الطاقة لضواغط تكييف الهواء, سخانات بي تي سي, أنظمة التوجيه / الفرامل الكهربائية, إلخ.

‌تحسين التوافق الكهرومغناطيسي‌
تُستخدم الكابلات المحمية في المسارات الرئيسية (مثل البطارية لخطوط المحرك) لتقليل تأثير التداخل الكهرومغناطيسي على المعدات الإلكترونية الأخرى.

3. المتطلبات الفنية النموذجية
‌مستوى الجهد‌: تيار متردد 600 فولت/تيار مستمر 900 فولت أو تيار متردد 1000 فولت/تيار مستمر 1500 فولت, مطابقة وفقا لمتطلبات المكونات, بطارية الطاقة, محرك السيارة, إلخ.
‌تباعد ثابت‌: ≥300 مم عندما تكون مساحة المقطع العرضي أكبر من 16 مم²; ≥200 مم عندما يكون ≥16 مم², تجنب الشنق أو الانحناء المفرط, تحديد وتخطيط تسخير الأسلاك
‌تباعد الأمان‌: الفجوة مع الأجزاء الثابتة هي ≥10 مم, تجنب مناطق تشوه الاصطدام (مثل الحزم المضادة للتصادم, أبواب السيارة)‌

تتكون أسلاك أسلاك مركبات الطاقة الجديدة التقليدية من أسلاك وأحواض أسلاك بلاستيكية. لأن الكابلات البلاستيكية لديها تبديد سيئ للحرارة, تتطلب حزم الأسلاك ذات الجهد العالي أسلاكًا ذات قياس أكبر لتقليل تأثير الحرارة. فضلاً عن ذلك, يعد تغيير وتطوير تصميم جديد لقالب حماية حوض الأسلاك أمرًا مكلفًا ودورة الإنتاج طويلة. لذلك رأينا حل تسخير الأسلاك لحماية الأنبوب, ممثلها هو تسخير الأسلاك ذات الجهد العالي سوميتومو.
مع التطور السريع لمركبات الطاقة الجديدة في السنوات الأخيرة. مكوناته الكهربائية ذات الجهد العالي, مثل المحركات, العاكسون وبطاريات الجهد العالي, كما يتم تطويرها وتحسينها باستمرار. كما أن أحزمة الأسلاك ذات الجهد العالي التي تربطها تتطور وتتحسن باستمرار. السيارة في حاجة ماسة إلى أسلاك الجهد العالي لخفض التكاليف, مساحة الوزن والتخطيط.

شكل 1 يُظهر الجدول الزمني للإنتاج الضخم لمنتجات تسخير الأسلاك ذات الجهد العالي. في 1999, بدأت شركتنا في الإنتاج على نطاق واسع لمنتجات أسلاك الجهد العالي لشركة Honda INSIGHT. أول تطوير شامل لأجزاء تسخير الأسلاك ذات الجهد العالي, مثل الأسلاك, المحطات والموصلات, بدأ في 2001 لسيارة تويوتا ESTIMA الهجينة. من حيث المحطات, تم تطوير نوعين من الموصلات المقولبة والموصلات ذات المكونات الإضافية بناءً على المتطلبات الفنية لواجهة الاتصال. بدأ التدريع الكهرومغناطيسي بكابلات محمية بشكل فردي, ثم قدمت درعًا متكاملًا لأسلاك الأسلاك المضفرة لسيارة تويوتا بريوس في 2003, وقدمت أول تقنية حماية للأنبوب لسيارة هوندا CIVICHYBRID في عام 2005. لقد تغيرت أيضًا متطلبات درجة الحرارة القصوى لأسلاك الجهد العالي من 120 درجة مئوية إلى 150 درجة مئوية..

شكل 2 يوضح تطبيق منتجات تسخير الأسلاك عالية الجهد في نماذج HEV. على اليمين, يتم عرض مجموعة تسخير الأسلاك, تأمينها باستخدام أحواض الأسلاك. في الزاوية اليسرى السفلية يوجد مجموعة أسلاك المحرك. يتم تثبيت المحطات الطرفية وحمايتها بشكل عام.

من أجل منع تسخير الأسلاك ذات الجهد العالي من التسبب في تداخل مع تسخير الأسلاك ذات الجهد المنخفض, أجهزة الراديو, إلخ., يعتبر التدريع الكهرومغناطيسي مهمًا بشكل خاص لأحزمة الأسلاك ذات الجهد العالي. فضلاً عن ذلك, يتم توجيه معظم أسلاك الجهد العالي لمركبات الطاقة الجديدة على الهيكل, كما أن أداء الحماية الميكانيكية مهم بشكل خاص لأحزمة الأسلاك ذات الجهد العالي.
الجانب الأيسر من الشكل 3 يُظهر تسخير الأسلاك عالية الجهد المحمي بشكل فردي. كل سلك مغطى بدرع مضفر من النحاس, مع نظام التدريع الشامل على اليمين. لا يوجد درع مضفر منفصل خارج الكابل, ولكن التدريع الشامل على الجزء الخارجي من الكابلات ذات الجهد العالي المتعددة. ال 2003 استخدمت تويوتا بريوس تصميمًا شاملاً لأسلاك الأسلاك ذات الجهد العالي المحمية لتبسيط هيكل مجموعة الأسلاك وتقليل عدد المكونات الضرورية, وبالتالي تقليل التكلفة الإجمالية لنظام تسخير الأسلاك ذات الجهد العالي. شكل 4 يُظهر استخدام الأكمام الواقية وأحواض الأسلاك المصبوبة بالحقن على السطح الخارجي لخياري التصميم للحماية الميكانيكية.

عيوب مخطط تصميم تسخير الأسلاك ذات الجهد العالي المذكورة أعلاه هي كما يلي:
1. الموصلية الحرارية المنخفضة: بسبب الموصلية الحرارية المنخفضة الناجمة عن الأكمام الواقية وأحواض الأسلاك المصبوبة بالحقن, الموصلية الحرارية المحورية لحزام الأسلاك منخفضة;
2. نتيجة لهذا النقل الحراري المنخفض, حجم الأسلاك يزيد, مما أدى إلى زيادة في وزن وتكلفة تسخير الجهد العالي;
3. هيكل الحماية الميكانيكية (حوض الأسلاك): إذا تغير تخطيط تسخير الأسلاك ذات الجهد العالي, يجب أيضًا تغيير شكل وهيكل حوض السلك, مما يزيد من التكلفة ويطيل دورة التطوير.
من أجل القضاء على هذه العيوب, قامت YAXUN بتطوير مجموعة أسلاك أنبوبية عالية الجهد محمية, الذي يقوم بتثبيت أحزمة الأسلاك عالية الجهد غير المحمية في أنابيب سبائك الألومنيوم. تجمع الأنابيب الفولاذية المصنوعة من سبائك الألومنيوم بشكل فعال بين التدريع الكهرومغناطيسي والحماية الميكانيكية, كما هو مبين في الشكل 5.

بالمقارنة مع الحلول المذكورة سابقًا للتدريع الفردي والتدريع الشامل باستخدام الأكمام الواقية وقنوات الأسلاك المصبوبة بالحقن, لديها المزايا التالية:
1. يمكن أن يؤدي نقل الحرارة العالية لمواد سبائك الألومنيوم إلى تقليل مواصفات الموصل لحزام الأسلاك;
2. تقليل وزن نظام تسخير الأسلاك ذات الجهد العالي بشكل عام;
3. يعد ترتيب وتركيب أسلاك الجهد العالي أسهل وأكثر مرونة.
تم استخدام هذا الحل في Honda INSIGHT (2009), CR-Z وFit Hybrid (2010), والهجين المتحرر (2011).
من خلال التجارب, وتمت مقارنة قدرات تبديد الحرارة لأسلاك الجهد العالي المحمية بأنابيب سبائك الألومنيوم وتلك المحمية بأنابيب بلاستيكية من مادة البولي بروبيلين القياسية.. أظهرت التجارب أن أنابيب سبائك الألومنيوم تتمتع بقدرة أفضل على تبديد الحرارة مقارنة بالأنابيب البلاستيكية المصنوعة من مادة البولي بروبيلين القياسية.
يظهر إعداد الاختبار في الشكل 6. يتم وضع كلا المكونين فوق نظام تسخين يولد درجات حرارة عالية تصل إلى 350 درجة مئوية تقريبًا. شكل 7 يظهر قياسات درجة حرارة السطح المقاسة. تتميز أنابيب سبائك الألومنيوم بموصلية حرارية جيدة وأداء نقل الحرارة المحوري الخاص بها أفضل بكثير من الواقيات البلاستيكية.

هذا الأداء الممتاز لتبديد الحرارة يمكن أن يقلل من مواصفات الموصل للكابلات ذات الجهد العالي ويقلل من مستوى مقاومة درجة الحرارة للكابلات. يمكن لهذين الجانبين تقليل تكلفة الكابلات ذات الجهد العالي بشكل فعال.
فضلاً عن ذلك, بسبب هذا التصميم, يتم تغيير كابل الجهد العالي من كابل محمي إلى كابل غير محمي, مما يلغي الحاجة إلى الغلاف الخارجي للكابل والأنابيب الواقية المصبوبة بالحقن, ويمكن تخفيض الوزن بحوالي 18%. حيث يتم تغيير كابلات الجهد العالي من كابلات محمية إلى كابلات غير محمية, يصبح تصميم الموصلات ذات الجهد العالي أكثر بساطة.

منذ الأنابيب الفولاذية المصنوعة من سبائك الألومنيوم لديها قابلية تشكيل جيدة, تعد أحزمة الأسلاك ذات الجهد العالي التي تستخدم الأنابيب الفولاذية المصنوعة من سبائك الألومنيوم أكثر ملاءمة للتركيب أثناء التصنيع.

يتميز حزام الأسلاك عالي الجهد الذي يستخدم الأنابيب الفولاذية المصنوعة من سبائك الألومنيوم بصلابة جيدة ولا يتدلى, ويمكن ضبط المسافة بين نقاطها الثابتة بشكل أكبر. بسبب مرونتها العالية, من الصعب ضمان الخلوص الأرضي لأحزمة الأسلاك التقليدية عالية الجهد عند وضعها على الهيكل.

عندما يتم تغيير تصميم أحزمة الأسلاك ذات الجهد العالي باستخدام قنوات الأسلاك المقولبة بالحقن, يجب إعادة فتح القالب أو تعديل القالب. يتطلب استخدام الأنابيب الفولاذية المصنوعة من سبائك الألومنيوم الانحناء فقط, مما يؤدي إلى تقصير دورة تطوير أسلاك الجهد العالي بشكل كبير.

الأداء الآخر الأكثر أهمية هو أداء التدريع الكهرومغناطيسي. شكل 16 طريقة اختبار أداء التدريع الكهرومغناطيسي.

انطلاقا من نتائج الاختبار, يتمتع كابل الأسلاك عالي الجهد المحمي بشكل فردي بتردد 0.8 ميجاهرتز بأداء حماية أفضل. أعلى من 0.8 ميجا هرتز, تتمتع أحزمة الأسلاك ذات الجهد العالي التي تستخدم أنابيب سبائك الألومنيوم بأداء أفضل في مجال التدريع الكهرومغناطيسي.

لأنه يتم استخدام الأنابيب الفولاذية المصنوعة من سبائك الألومنيوم وترتيبها أسفل هيكل السيارة, يعد اختبار الأداء المضاد للتآكل أمرًا ضروريًا. شكل 18 يوضح أن خط الأنابيب بعد اختبار تأثير الحصى ومجموعة أحزمة الأسلاك بعد اختبار رش الملح يستوفيان متطلبات اختبار رش الملح.

ملخص: تحقق كابلات الجهد العالي للمركبات الكهربائية نقلًا آمنًا وفعالًا للطاقة من خلال هيكل متعدد الطبقات, وتطبيقاتها تغطي السلطة, أنظمة الشحن والمساعدة. يحتاج اختيارهم إلى النظر بشكل شامل في مستويات الجهد, التوافق الكهرومغناطيسي ومتطلبات الحماية الميكانيكية لضمان موثوقية وسلامة نظام الجهد العالي في السيارة‌.