Sastav i primjena EV HV kablova za povezivanje

Zahtjevi za raspored visokonaponskih kabelskih svežnja EV HV, uključujući poziciju, fiksacija i veličina, uključuju strukturu kabla, ali uglavnom raspored, što može biti od pomoći za aplikativni dio. Detaljno je opisana struktura visokonaponskog kabla, uključujući provodnike, zaštitni slojevi, izolacionih slojeva, itd., koji bi trebao direktno odgovoriti na pitanje o kompoziciji. U dijelu aplikacije spominje se prijenos snage s baterije na motor, inverter, itd., kao i prenos signala, što je takođe kritično.

Visokonaponski spojni uređaj, koji pominje naponski nivo visokonaponskih kablova, oklopljeni i neoklopljeni tipovi, i razlika između single-core i multi-core, što su svi detalji kompozicije. Aspekt primjene spominje prijenos snage između električnih uređaja, kao što je motor glavnog pogona, sistem klimatizacije, itd., koje je potrebno kombinovati sa ovim sadržajima. Ukratko je opisan sastav visokonaponskog kabelskog svežnja, uključujući konektore, terminali, žice, itd., što može dopuniti informacije o komponentama.

Komponente visokog napona, u kojem se spominje da visokonaponski kablovi povezuju baterije, punjače i druge komponente, naglašava izolaciju i otpornost na napon, i ovaj dio aplikacije treba citirati. Kabelski svežanj između priključka za brzo punjenje i visokonaponske kutije koristi visokonaponske kablove, i ovaj dio scenarija aplikacije također treba uzeti u obzir.

Sastav i primjena EV HV kablova za povezivanje

Komponente EV HV priključnih kablova treba da sadrže materijal provodnika (bakar ili aluminijum), zaštitni sloj provodnika, izolacioni sloj, izolacioni zaštitni sloj, metalni zaštitni sloj, i zaštitni poklopac. Aspekti primjene uključuju prijenos energije (baterija na motor, inverter, itd.), sistem punjenja (brzo punjenje/sporo punjenje), pomoćni sistem (klima uređaj, PTC grijač), EMC dizajn, itd.

1. Sastav visokonaponskih spojnih kablova za električna vozila
Visokonaponski kablovi su osnovne komponente prenosa električne energije u električnim vozilima. Njihova konstrukcija mora zadovoljiti zahtjeve visokog napona, visoka strujna i elektromagnetna kompatibilnost. Oni uglavnom uključuju sljedeće nivoe:

‌Dirigent‌
Bakar (odlična provodljivost) ili aluminijum (lagane i niske cijene) koristi se kao osnovni materijal, odgovoran za prenos struje.
‌Zaštitni sloj provodnika‌
Zamotajte vodič za jednoliku distribuciju električnog polja i spriječite djelomično pražnjenje‌.
‌Izolacijski sloj‌
Visokonaponski materijali (kao što je umreženi polietilen) koriste se za pružanje zaštite električne izolacije kako bi se spriječilo curenje ili kratki spoj‌.
‌Izolacijski zaštitni sloj‌
Nadalje optimizira distribuciju električnog polja i smanjuje oštećenje kabela od električnog naprezanja.
‌Metalni zaštitni sloj‌
Od bakrene pletenice ili aluminijske folije, potiskuje elektromagnetne smetnje (EMI) i poboljšava elektromagnetnu kompatibilnost (EMC)‌.
‌Zaštitni poklopac‌
Vanjska zaštitna struktura ima karakteristike otpornosti na habanje, otpornost na visoke temperature, otpornost na koroziju, itd., i pogodan je za složene radne uslove‌.

‌Poseban tip dizajna‌:
‌Zaštićeni kabl‌: Smanjite elektromagnetne smetnje kroz metalni zaštitni sloj, pogodno za scene sa visokim EMC zahtjevima‌.
‌Neoklopljeni kabl‌: Koristi se u okruženjima sa malo smetnji, niži trošak.
‌Jednožilni/višežilni kabl‌: Jednožilni kabel je pogodan za prijenos velike struje (kao što je napajanje motora), a višežilni kabel se koristi za kompozitni prijenos više signala‌.

2. Primjena visokonaponskih spojnih kablova za električna vozila
Visokonaponski kablovi se koriste za prenos snage i kontrolu signala u visokonaponskom sistemu celog vozila. Glavni scenariji aplikacije uključuju:

‌Prenos snage sistema za napajanje‌
Povežite bateriju sa pogonskim motorom, inverter, DC/DC pretvarač i druge komponente za prijenos 200-1500V visokonaponskog DC ili AC.

Zahtjevi za visoku gustinu struje moraju biti ispunjeni (kao što je simetrični raspored trofaznog voda motora).

‌Sistem za punjenje‌
‌Interfejs za brzo punjenje‌: Povežite priključak za brzo punjenje sa visokonaponskom razvodnom kutijom (PDU) za podršku DC punjenja velike snage.

‌Sporo interfejs za punjenje‌: Povežite ugrađeni punjač (OBC) sa baterijom za prijenos naizmjenične struje.

‌Visokonaponski pomoćni sistem‌
Obezbedite struju za kompresore klima uređaja, PTC grijači, električni sistem upravljanja/kočenja, itd.

‌Optimizacija elektromagnetne kompatibilnosti‌
Oklopljeni kablovi se koriste u ključnim putevima (kao što su vodovi od baterije do motora) kako bi se smanjio uticaj elektromagnetnih smetnji na drugu elektronsku opremu.

3. Tipični tehnički zahtjevi
‌Nivo napona‌: AC 600V/DC 900V ili AC 1000V/DC 1500V, usklađivanje prema zahtjevima komponenti, baterija za napajanje, pogonski motor, itd.
‌Fiksni razmak‌: ≤300 mm kada je površina poprečnog presjeka veća od 16 mm²; ≤200 mm kada je ≤16 mm², izbjegavajte vješanje ili pretjerano savijanje, fiksiranje i raspored kabelskog svežnja
‌Sigurnosni razmak‌: Razmak sa nepokretnim dijelovima je ≥10 mm, izbjegavanje područja deformacije sudara (kao što su grede protiv sudara, vrata automobila)‌

Tradicionalni snopovi ožičenja za vozila nove energije sastoje se od žica i plastičnih žica. Zato što plastični kanali slabo odvode toplotu, snopovi visokonaponskih žica zahtijevaju žice većeg prečnika kako bi se smanjio utjecaj topline. Pored toga, Promjena i razvoj novog dizajna kalupa za zaštitu žica je skup i proizvodni ciklus je dug. Tako smo vidjeli rješenje kabelskog snopa za zaštitu cijevi, čiji je predstavnik Sumitomo visokonaponski snop.
Uz brz razvoj vozila nove energije posljednjih godina. Njegove visokonaponske električne komponente, kao što su motori, invertori i visokonaponske baterije, takođe se stalno razvijaju i unapređuju. Visokonaponski kablovi koji ih povezuju također se stalno razvijaju i poboljšavaju. Vozilu su hitno potrebni visokonaponski kablovi kako bi se smanjili troškovi, težina i prostor za raspored.

Figura 1 prikazuje vremensku liniju za masovnu proizvodnju visokonaponskih žičanih svežnja. U 1999, naša kompanija započela je veliku proizvodnju visokonaponskih kablova za Honda INSIGHT. Prvi sveobuhvatni razvoj dijelova kabelskog svežnja visokog napona, kao što su žice, terminali i konektori, počeo u 2001 za hibridno vozilo Toyota ESTIMA. Što se tiče terminala, razvijena su dva tipa livenih i utikačnih konektora na osnovu tehničkih zahtjeva interfejsa za povezivanje. Elektromagnetna zaštita započela je sa pojedinačno zaštićenim kablovima, zatim je uveden integralni pleteni žičani oklop za Toyotu Prius in 2003, i predstavio prvu tehnologiju zaštite cijevi za Honda CIVICHYBRID u 2005. Zahtjevi za maksimalnu temperaturu za visokonaponske kablove također su promijenjeni sa originalnih 120°C na 150°C.

Figura 2 prikazuje primjenu visokonaponskih kabelskih svežnja u HEV modelima. Na desnoj strani, prikazan je sklop kabelskog svežnja, osiguran žičanim koritima. U donjem lijevom kutu je kabelski svežanj motora. Terminali su pričvršćeni vijcima i zaštićeni u celini.

Kako bi se spriječilo da kablovi visokog napona uzrokuju smetnje niskonaponskim kabelskim svežnjama, radio, itd., elektromagnetna zaštita je posebno važna za kablove visokog napona. Pored toga, većina visokonaponskih kabelskih svežnja novih energetskih vozila postavljena je na šasiju, a performanse mehaničke zaštite su također posebno važne za visokonaponske kablove.
Lijeva strana slike 3 prikazuje pojedinačno zaštićeni visokonaponski kabelski svežanj. Svaka žica je prekrivena štitom od bakrene pletenice, sa ukupnom šemom zaštite na desnoj strani. Ne postoji odvojeni opleteni štit izvan kabla, ali ukupna zaštita sa vanjske strane višestrukih visokonaponskih kablova. The 2003 Toyota Prius je koristila sveukupni zaštićeni visokonaponski kabelski svežanj kako bi pojednostavila strukturu kabelskog svežnja i smanjila broj potrebnih komponenti, čime se smanjuje trošak cjelokupnog sistema visokonaponskog kabelskog svežnja. Figura 4 prikazuje upotrebu zaštitnih rukava i brizganih žica na vanjskoj strani dvije opcije dizajna za mehaničku zaštitu.

Nedostaci gornje sheme dizajna snopa visokonaponskog ožičenja su sljedeći:
1. Niska toplotna provodljivost: zbog niske toplinske provodljivosti uzrokovane zaštitnim navlakama i žicama od brizgane žice, aksijalna toplotna provodljivost kabelskog svežnja je niska;
2. Kao rezultat ovog niskog prijenosa topline, veličina žica se povećava, što rezultira povećanjem težine i cijene visokonaponskog svežnja;
3. Mehanička zaštitna konstrukcija (žicano korito): Ako se promijeni raspored visokonaponskog svežnja, oblik i strukturu žičanog korita također treba promijeniti, što povećava troškove i produžava razvojni ciklus.
U cilju otklanjanja ovih nedostataka, YAXUN je razvio cevasti zaštićeni visokonaponski kabelski svežanj, koji ugrađuje neoklopljene visokonaponske žičane svežanjke u cijevi od aluminijske legure. Cijev od čelika od legure aluminijuma efikasno kombinuje elektromagnetnu zaštitu i mehaničku zaštitu, Kao što je prikazano na slici 5.

U usporedbi s prethodno navedenim rješenjima individualne zaštite i cjelokupne zaštite korištenjem zaštitnih navlaka i brizganih žičanih kanala, ima sledeće prednosti:
1. Visok prijenos topline materijala od legure aluminija može smanjiti specifikacije provodnika kabelskog svežnja;
2. Smanjite težinu cjelokupnog sistema visokonaponskih kablova;
3. Raspored i ugradnja visokonaponskih kablova su lakši i fleksibilniji.
Ovo rješenje je korišteno u Honda INSIGHT (2009), CR-Z i Fit Hybrid (2010), i FREED Hybrid (2011).
Kroz eksperimente, uspoređene su mogućnosti odvođenja topline visokonaponskih žičanih svežnja zaštićenih cijevima od aluminijske legure i onih zaštićenih standardnim polipropilenskim plastičnim cijevima. Eksperimenti su pokazali da cijevi od aluminijske legure imaju bolju sposobnost odvođenja topline od standardnih polipropilenskih plastičnih cijevi.
Postavljanje testa je prikazano na slici 6. Obje komponente su postavljene na sistem grijanja koji stvara visoke temperature od približno 350°C. Figura 7 prikazuje izmjerena mjerenja temperature površine. Cevi od aluminijumske legure imaju dobru toplotnu provodljivost i njihov aksijalni prenos toplote je mnogo bolji od plastičnih zaštitnika.

Ove odlične performanse odvođenja topline mogu smanjiti specifikacije provodnika visokonaponskih kablova i smanjiti nivo temperaturne otpornosti kablova. Ova dva aspekta mogu efikasno smanjiti troškove visokonaponskih kablova.
Pored toga, zbog ovog dizajna, visokonaponski kabel se mijenja iz oklopljenog u neoklopljeni kabel, eliminirajući potrebu za vanjskim omotačem kabela i brizganim zaštitnim kanalom, a težina se može smanjiti za oko 18%. Kako se visokonaponski kablovi mijenjaju sa oklopljenih na neoklopljene, dizajn visokonaponskih konektora postaje jednostavniji.

Budući da čelične cijevi od legure aluminija imaju dobru formabilnost, visokonaponski žičani svežanj koji koriste čelične cijevi od legure aluminija pogodniji su za ugradnju tijekom proizvodnje.

Visokonaponski kabelski svežanj koji koristi čeličnu cijev od legure aluminija ima dobru krutost i ne pada, a udaljenost između njegovih fiksnih tačaka može se podesiti dalje. Zbog svoje visoke fleksibilnosti, teško je osigurati razmak od tla tradicionalnih visokonaponskih kabelskih svežnja kada su postavljeni na šasiju.

Kada se promijeni dizajn visokonaponskih žičanih svežnja koji koriste brizgane žičane kanale, kalup treba ponovo otvoriti ili modificirati kalup. Upotreba čeličnih cijevi od legure aluminija zahtijeva samo savijanje, što uvelike skraćuje ciklus razvoja visokonaponskih žičanih svežnja.

Druga najvažnija karakteristika je učinak elektromagnetne zaštite. Figura 16 Metoda ispitivanja za performanse elektromagnetne zaštite.

Sudeći po rezultatima testova, visokonaponski kabelski svežanj pojedinačno zaštićenog kabla od 0,8 MHz ima bolje performanse zaštite. Više od 0,8MHz, visokonaponski žičani svežnja koji koriste cijevi od aluminijske legure imaju bolje performanse elektromagnetne zaštite.

Zato što se koriste aluminijske čelične cijevi koje se postavljaju ispod šasije vozila, Ispitivanje antikorozivnih performansi je neophodno. Figura 18 pokazuje da cjevovod nakon ispitivanja udara šljunkom i sklop kabelskog svežnja nakon ispitivanja slanom sprejom ispunjavaju zahtjeve ispitivanja slanom sprejom.

Sažetak: Visokonaponski kablovi električnih vozila postižu siguran i efikasan prijenos energije kroz višeslojnu strukturu, a njihove primjene pokrivaju snagu, sistemi za punjenje i pomoćni sistemi. Njihov izbor treba sveobuhvatno uzeti u obzir nivoe napona, elektromagnetna kompatibilnost i zahtjevi mehaničke zaštite kako bi se osigurala pouzdanost i sigurnost visokonaponskog sistema vozila‌.