Съставът и приложението на EV HV свързващи кабели

Изискванията за разположението на електрическите снопове за високо напрежение EV HV, включително позиция, фиксация и размер, включват структурата на кабела, но главно оформлението, което може да бъде полезно за частта за приложението. Подробно е описана структурата на високоволтовия кабел, включително проводници, екраниращи слоеве, изолационни слоеве, и т.н., което трябва пряко да отговори на въпроса за състава. Частта за приложението споменава предаването на енергия от батерията към двигателя, инвертор, и т.н., както и предаване на сигнал, което също е критично.

Свързващо устройство за високо напрежение, който споменава нивото на напрежение на кабелите за високо напрежение, екранирани и неекранирани видове, и разликата между едноядрен и многоядрен, които са всички подробности за състава. Аспектът на приложението споменава предаването на енергия между електрически устройства, като главния задвижващ двигател, климатична система, и т.н., което трябва да се комбинира с тези съдържания. Съставът на кабелния сноп за високо напрежение е описан накратко, включително съединители, терминали, жици, и т.н., които могат да допълнят информацията за компонентите.

Високоволтови компоненти, който споменава, че кабелите за високо напрежение свързват батерийни пакети, зарядни устройства и други компоненти, подчертава изолацията и издържаното напрежение, и тази част от приложението трябва да бъде цитирана. Окабеляването между порта за бързо зареждане и кутията за високо напрежение използва кабели за високо напрежение, и тази част от сценария за приложение също трябва да се вземе предвид.

Съставът и приложението на EV HV свързващи кабели

Компонентите на EV HV свързващите кабели трябва да включват проводящ материал (мед или алуминий), екраниращ слой на проводника, изолационен слой, изолационен екраниращ слой, метален екраниращ слой, и защитно покритие. Аспектите на приложението включват предаване на енергия (батерия към мотор, инвертор, и т.н.), система за зареждане (бързо зареждане/бавно зареждане), спомагателна система (климатик, PTC нагревател), EMC дизайн, и т.н.

1. Състав на свързващи кабели за високо напрежение за електрически превозни средства
Кабелите за високо напрежение са основните компоненти на преноса на електрическа енергия в електрически превозни средства. Тяхното структурно изпълнение трябва да отговаря на изискванията за високо напрежение, висок ток и електромагнитна съвместимост. Те включват основно следните нива:

Диригент
Мед (отлична проводимост) или алуминий (лек и ниска цена) се използва като основен материал, отговорен за текущото предаване‌.
Екраниращ слой на проводника
Увийте проводника за равномерно разпределение на електрическото поле и предотвратяване на частичен разряд‌.
Изолационен слой
Високоволтови материали (като омрежен полиетилен) се използват за осигуряване на защита на електрическата изолация за предотвратяване на изтичане или късо съединение‌.
Изолационен екраниращ слой
Допълнително оптимизира разпределението на електрическото поле и намалява щетите от електрическия стрес върху кабела‌.
Метален екраниращ слой
Изработен от медна оплетка или алуминиево фолио, потиска електромагнитните смущения (Еми) и подобрява електромагнитната съвместимост (EMC)‌.
Защитен капак
Външната защитна структура има характеристиките на устойчивост на износване, устойчивост на висока температура, устойчивост на корозия, и т.н., и е подходящ за сложни условия на работа‌.

‌Специален тип дизайн‌:
Екраниран кабел: Намалете електромагнитните смущения чрез металния екраниращ слой, подходящ за сцени с високи изисквания за EMC‌.
Неекраниран кабел: Използва се в среди с ниска намеса, по-ниска цена.
‌Едножилен/многожилен кабел‌: Едножилният кабел е подходящ за пренос на силен ток (като захранване на двигателя), и многожилен кабел се използва за многосигнално композитно предаване‌.

2. Приложение на свързващи кабели за високо напрежение за електрически превозни средства
Кабелите за високо напрежение се използват за пренос на енергия и управление на сигнала във високоволтовата система на цялото превозно средство. Основните сценарии за приложение включват:

‌Предаване на мощност на електроенергийната система‌
Свържете захранващата батерия със задвижващия двигател, инвертор, DC/DC преобразувател и други компоненти за предаване на 200-1500V високо напрежение DC или AC.

Трябва да се спазват изискванията за висока плътност на тока (като симетрично разположение на трифазната линия на двигателя).

Система за зареждане
Интерфейс за бързо зареждане: Свържете порта за бързо зареждане с разпределителната кутия за високо напрежение (PDU) за поддържане на зареждане с постоянен ток с висока мощност.

Интерфейс за бавно зареждане: Свържете вграденото зарядно устройство (OBC) с батерията за предаване на AC.

‌Спомагателна система за високо напрежение‌
Осигурете захранване за компресори на климатици, PTC нагреватели, електрически кормилни/спирачни системи, и т.н.

‌Оптимизация на електромагнитната съвместимост‌
Екранираните кабели се използват в ключови пътища (като линии на батерията към двигателя) за намаляване на въздействието на електромагнитните смущения върху друго електронно оборудване.

3. Типични технически изисквания
Ниво на напрежение: AC 600V/DC 900V или AC 1000V/DC 1500V, съвпадение според изискванията на компонентите, захранваща батерия, задвижващ мотор, и т.н.
Фиксирано разстояние: ≤300 mm, когато площта на напречното сечение е по-голяма от 16 mm²; ≤200 mm, когато ≤16 mm², избягвайте окачване или прекомерно огъване, фиксиране и оформление на кабелния сноп
Безопасно разстояние: Разстоянието между неподвижните части е ≥10 mm, избягване на зони на деформация при сблъсък (като греди против сблъсък, автомобилни врати)‌

Традиционните кабелни снопове за нови енергийни превозни средства са съставени от жици и пластмасови телени корита. Тъй като пластмасовите канали имат лошо разсейване на топлината, сноповете проводници с високо напрежение изискват проводници с по-голям габарит, за да се намали въздействието на топлината. В допълнение, промяната и разработването на нов дизайн на матрицата за защита на коритото е скъпо и производственият цикъл е дълъг. Така че видяхме решението за екраниране на кабели за тръби, чийто представител е кабелен сноп за високо напрежение Sumitomo.
С бързото развитие на нови енергийни превозни средства през последните години. Неговите високоволтови електрически компоненти, като двигатели, инвертори и високоволтови батерии, също така постоянно се развиват и подобряват. Високоволтовите кабелни снопове, които ги свързват, също непрекъснато се развиват и подобряват. Превозното средство има спешна нужда от кабелни снопове за високо напрежение, за да се намалят разходите, тегло и оформление пространство.

Фигура 1 показва графика за масово производство на високоволтови кабелни снопове. в 1999, нашата компания започна мащабно производство на високоволтови кабелни снопове за Honda INSIGHT. Първата цялостна разработка на части за кабелни снопове за високо напрежение, като проводници, клеми и конектори, започна в 2001 за хибридния автомобил Toyota ESTIMA. По отношение на терминалите, два типа болтови формовани и щепселни конектори са разработени въз основа на техническите изисквания на интерфейса за свързване. Електромагнитното екраниране започна с индивидуално екранирани кабели, след това представи интегрално плетено екраниране на кабелния сноп за Toyota Prius през 2003, и представи първата технология за защита на тръбите за Honda CIVICHYBRID през 2005. Изискването за максимална температура за кабелни снопове за високо напрежение също се промени от първоначалните 120°C на 150°C.

Фигура 2 показва приложението на високоволтови кабелни снопове в модели HEV. Вдясно, показан е комплектът на кабелния сноп, обезопасени с помощта на телени корита. В долния ляв ъгъл е кабелният сноп на двигателя. Клемите са болтови и екранирани като цяло.

За да се предотврати причиняването на смущения от кабелни снопове за високо напрежение на кабелни снопове за ниско напрежение, радиостанции, и т.н., електромагнитното екраниране е особено важно за кабелните снопове за високо напрежение. В допълнение, повечето от високоволтовите кабелни снопове на новите енергийни превозни средства са насочени към шасито, и характеристиките на механичната защита също са особено важни за кабелните снопове за високо напрежение.
Лявата страна на фигурата 3 показва индивидуално екранирания кабелен сноп за високо напрежение. Всяка жица е покрита с екран с медна оплетка, с общата схема на екраниране вдясно. Няма отделен плетен екран извън кабела, но цялостно екраниране от външната страна на множество кабели за високо напрежение. The 2003 Toyota Prius използва цялостен екраниран дизайн на кабелния сноп за високо напрежение, за да опрости структурата на кабелния сноп и да намали броя на необходимите компоненти, като по този начин се намалява цената на цялостната високоволтова кабелна система. Фигура 4 показва използването на защитни ръкави и шприцовани телени корита от външната страна на двата варианта на дизайн за механична защита.

Недостатъците на горната схема за проектиране на кабелни снопове за високо напрежение са както следва:
1. Ниска топлопроводимост: поради ниската топлопроводимост, причинена от защитни ръкави и шприцовани телени корита, аксиалната топлопроводимост на кабелния сноп е ниска;
2. В резултат на този нисък топлообмен, размерът на проводниците се увеличава, което води до увеличаване на теглото и цената на кабела за високо напрежение;
3. Механична защитна структура (телено корито): Ако разположението на кабелния сноп за високо напрежение се промени, формата и структурата на теленото корито също трябва да се променят, което увеличава разходите и удължава цикъла на разработка.
За да се отстранят тези недостатъци, YAXUN разработи тръбен екраниран кабелен сноп за високо напрежение, който инсталира неекранирани кабелни снопове за високо напрежение в тръби от алуминиева сплав. Стоманената тръба от алуминиева сплав ефективно съчетава електромагнитно екраниране и механична защита, както е показано на фигура 5.

В сравнение с гореспоменатите решения за индивидуално екраниране и цялостно екраниране с помощта на защитни ръкави и шприцовани телени канали, има следните предимства:
1. Високият топлопренос на материалите от алуминиева сплав може да намали спецификациите на проводника на кабелния сноп;
2. Намалете теглото на цялостната система от кабелни снопове за високо напрежение;
3. Подреждането и инсталирането на кабелни снопове за високо напрежение са по-лесни и по-гъвкави.
Това решение е използвано в Honda INSIGHT (2009), CR-Z и Fit Hybrid (2010), и FREED Hybrid (2011).
Чрез експерименти, бяха сравнени възможностите за разсейване на топлината на кабелни снопове с високо напрежение, защитени с тръби от алуминиева сплав, и тези, защитени със стандартни полипропиленови пластмасови тръби. Експериментите показват, че тръбите от алуминиева сплав имат по-добри възможности за разсейване на топлината от стандартните полипропиленови пластмасови тръби.
Тестовата настройка е показана на фигура 6. И двата компонента са поставени върху отоплителна система, която генерира високи температури от приблизително 350°C. Фигура 7 показва измерените измервания на температурата на повърхността. Тръбите от алуминиева сплав имат добра топлопроводимост и тяхната аксиална топлопреносна производителност е много по-добра от пластмасовите протектори.

Тази отлична ефективност на разсейване на топлината може да намали спецификациите на проводника на кабелите за високо напрежение и да намали нивото на температурна устойчивост на кабелите. Тези два аспекта могат ефективно да намалят цената на кабелите за високо напрежение.
В допълнение, поради този дизайн, кабелът за високо напрежение се променя от екраниран кабел на неекраниран кабел, елиминирайки необходимостта от външна обвивка на кабела и шприцован защитен канал, и теглото може да се намали с около 18%. Тъй като кабелите за високо напрежение се променят от екранирани кабели към неекранирани кабели, дизайнът на съединителите за високо напрежение става по-прост.

Тъй като стоманените тръби от алуминиева сплав имат добра формоспособност, кабелните снопове за високо напрежение, използващи тръби от алуминиева сплав, са по-благоприятни за инсталиране по време на производството.

Високоволтовият кабелен сноп, използващ стоманена тръба от алуминиева сплав, има добра твърдост и не провисва, и разстоянието между неговите фиксирани точки може да бъде зададено по-далеч. Поради високата си гъвкавост, трудно е да се осигури просвет от земята на традиционните кабелни снопове за високо напрежение, когато са поставени върху шасито.

Когато дизайнът на кабелни снопове за високо напрежение, използващи шприцовани телени канали, се промени, формата трябва да бъде отворена отново или формата трябва да бъде модифицирана. Използването на стоманени тръби от алуминиева сплав изисква само огъване, което значително съкращава цикъла на разработка на кабелни снопове за високо напрежение.

Друга най-важна характеристика е ефективността на електромагнитното екраниране. Фигура 16 Метод за изпитване на ефективността на електромагнитното екраниране.

Съдейки по резултатите от теста, 0,8MHz индивидуално екраниран кабел с високоволтов кабел има по-добро екраниране. По-висока от 0,8MHz, кабелните снопове с високо напрежение, използващи тръби от алуминиева сплав, имат по-добро електромагнитно екраниране.

Тъй като се използват стоманени тръби от алуминиева сплав и са подредени под шасито на автомобила, тестването на антикорозионните характеристики е от съществено значение. Фигура 18 показва, че тръбопроводът след изпитването за удар на чакъл и комплектът кабелни снопове след изпитването със солен спрей отговарят на изискванията на теста със солен спрей.

Резюме: Високоволтовите кабели за електрически превозни средства постигат безопасно и ефективно предаване на енергия чрез многослойна структура, и приложенията им обхващат властта, зарядни и спомагателни системи. Техният избор трябва да обмисли цялостно нивата на напрежение, изисквания за електромагнитна съвместимост и механична защита, за да се гарантира надеждността и безопасността на системата за високо напрежение на превозното средство‌.