Sammensætning og anvendelse af EV HV-tilslutningskabler

Layoutkravene til EV HV højspændingsledninger, inklusive stilling, fiksering og størrelse, involverer kablets struktur, men primært layoutet, hvilket kan være nyttigt for applikationsdelen. Strukturen af ​​højspændingskablet er beskrevet i detaljer, inklusive konduktører, afskærmende lag, isoleringslag, etc., som skal svare direkte på spørgsmålet om sammensætning. Applikationsdelen nævner kraftoverførslen fra batteri til motor, inverter, etc., samt signaloverførsel, hvilket også er kritisk.

Højspændingsforbindelsesanordning, som nævner spændingsniveauet for højspændingskabler, afskærmede og uafskærmede typer, og forskellen mellem single-core og multi-core, som alle er kompositionsdetaljer. Applikationsaspektet nævner kraftoverførslen mellem elektriske enheder, såsom hoveddrivmotoren, klimaanlæg, etc., som skal kombineres med dette indhold. Sammensætningen af ​​højspændingsledningsnettet er kort beskrevet, inklusive stik, terminaler, ledninger, etc., som kan supplere oplysningerne om komponenterne.

Højspændingskomponenter, som nævner, at højspændingskabler forbinder batteripakker, opladere og andre komponenter, understreger isolering og modstå spænding, og denne ansøgningsdel skal citeres. Ledningsnettet mellem hurtigopladningsporten og højspændingsboksen bruger højspændingskabler, og denne del af ansøgningsscenariet bør også overvejes.

Sammensætning og anvendelse af EV HV-tilslutningskabler

Komponenterne i EV HV-forbindelseskabler bør omfatte ledermateriale (kobber eller aluminium), leder afskærmningslag, isoleringslag, isolering afskærmende lag, metal afskærmningslag, og beskyttelsesdæksel. Anvendelsesaspekterne involverer kraftoverførsel (batteri til motor, inverter, etc.), opladningssystem (hurtig opladning/langsom opladning), hjælpesystem (aircondition, PTC varmelegeme), EMC design, etc.

1. Sammensætning af højspændingstilslutningskabler til elbiler
Højspændingskabler er kernekomponenterne i transmission af elektrisk energi i elektriske køretøjer. Deres strukturelle design skal opfylde kravene til højspænding, høj strømstyrke og elektromagnetisk kompatibilitet. De omfatter hovedsageligt følgende niveauer:

leder
Kobber (fremragende ledningsevne) eller aluminium (let og lav pris) bruges som kernemateriale, ansvarlig for den aktuelle transmission.
Lederafskærmningslag
Indpak lederen for ensartet elektrisk feltfordeling og forhindre delvis afladning.
"Isoleringslag".
Højspændingsmaterialer (såsom tværbundet polyethylen) bruges til at give elektrisk isolationsbeskyttelse for at forhindre lækage eller kortslutning‌.
‌Isolering afskærmende lag‌
Optimerer yderligere den elektriske feltfordeling og reducerer skaden af ​​elektrisk stress på kablet‌.
"Metal afskærmningslag".
Fremstillet af kobberflet eller aluminiumsfolie, det undertrykker elektromagnetisk interferens (Emi) og forbedrer den elektromagnetiske kompatibilitet (EMC)‌.
‌Beskyttelsesdæksel
Den ydre beskyttelsesstruktur har karakteristika af slidstyrke, høj temperaturbestandighed, Korrosionsmodstand, etc., og er velegnet til komplekse arbejdsforhold‌.

‌Særlig designtype‌:
Afskærmet kabel: Reducer elektromagnetisk interferens gennem metalafskærmningslaget, velegnet til scener med høje EMC-krav‌.
‌Uskærmet kabel‌: Anvendes i miljøer med lav interferens, lavere omkostninger.
‌Enkeltleder/flerlederkabel‌: Enkeltlederkabel er velegnet til højstrømstransmission (såsom motorstrømforsyning), og multi-core kabel bruges til multi-signal komposit transmission‌.

2. Anvendelse af højspændingstilslutningskabler til elbiler
Højspændingskabler bruges til kraftoverførsel og signalstyring i hele køretøjets højspændingssystem. De vigtigste applikationsscenarier inkluderer:

Kraftoverførsel af kraftsystem
Forbind strømbatteriet med drivmotoren, inverter, DC/DC-konverter og andre komponenter til at transmittere 200-1500V højspænding DC eller AC.

Krav til høj strømtæthed skal opfyldes (såsom symmetrisk arrangement af motorens trefasede linje).

Opladningssystem
‌Hurtig opladningsgrænseflade‌: Forbind hurtigopladningsporten med højspændingsstrømfordelingsboksen (PDU) for at understøtte højeffekt DC-opladning.

‌Langsom opladningsgrænseflade‌: Tilslut den indbyggede oplader (OBC) med batteripakken til at overføre AC.

‌Højspændingshjælpesystem‌
Giver strøm til aircondition-kompressorer, PTC varmere, elektriske styre-/bremsesystemer, etc.

Optimering af elektromagnetisk kompatibilitet
Afskærmede kabler bruges i nøglestier (såsom batteri til motorledninger) at reducere virkningen af ​​elektromagnetisk interferens på andet elektronisk udstyr.

3. Typiske tekniske krav
‌Spændingsniveau‌: AC 600V/DC 900V eller AC 1000V/DC 1500V, matchning i henhold til komponentkrav, strøm batteri, drivmotor, etc.
‌Fast afstand‌: ≤300 mm, når tværsnitsarealet er større end 16 mm²; ≤200 mm når ≤16 mm², undgå hængning eller overdreven bøjning, fastgørelse og layout af ledningsnet
‌Sikkerhedsafstand‌: Afstanden til de stationære dele er ≥10 mm, undgå kollisionsdeformationsområder (såsom anti-kollisionsbjælker, bildøre)‌

Traditionelle nye energikøretøjers ledningsnet er sammensat af ledninger og plastik ledningsrender. Fordi plastrør har dårlig varmeafledning, højspændingsledningsbundter kræver større ledninger for at reducere påvirkningen af ​​varme. Desuden, Det er dyrt at ændre og udvikle et nyt beskyttelsesstøbeformdesign for trådtrug, og produktionscyklussen er lang. Så vi så den rørafskærmende ledningsnetløsning, hvis repræsentant er Sumitomo højspændingsledningsnet.
Med den hastige udvikling af nye energikøretøjer i de senere år. Dens højspændings elektriske komponenter, såsom motorer, invertere og højspændingsbatterier, er også konstant udviklet og forbedret. De højspændingsledninger, der forbinder dem, udvikles og forbedres også konstant. Køretøjet har et akut behov for højspændingsledninger for at reducere omkostningerne, vægt og layoutplads.

Figur 1 viser tidslinjen for masseproduktion af højspændingsledningsnetprodukter. I 1999, vores virksomhed begyndte en storstilet produktion af højspændingsledningsprodukter til Honda INSIGHT. Den første omfattende udvikling af højspændingsledningsdele, såsom ledninger, terminaler og stik, begyndte i 2001 til Toyota ESTIMA hybridbilen. Med hensyn til terminaler, to typer støbte bolte og stikforbindelser er blevet udviklet baseret på de tekniske krav til forbindelsesgrænsefladen. Elektromagnetisk afskærmning startede med individuelt afskærmede kabler, derefter indført integreret flettet ledningsnetafskærmning til Toyota Prius i 2003, og introducerede den første rørafskærmningsteknologi til Honda CIVICHYBRID i 2005. Det maksimale temperaturkrav for højspændingsledninger er også ændret fra de oprindelige 120°C til 150°C.

Figur 2 viser anvendelsen af ​​højspændingsledningsnetprodukter i HEV-modeller. Til højre, ledningsnettet er vist, sikret ved hjælp af wire trug. I nederste venstre hjørne er motorens ledningsnet. Terminalerne er boltet og afskærmet samlet.

For at forhindre højspændingsledninger i at forårsage interferens med lavspændingsledninger, radioer, etc., elektromagnetisk afskærmning er særlig vigtig for højspændingsledninger. Desuden, de fleste højspændingsledninger til nye energikøretøjer er trukket på chassiset, og mekanisk beskyttelsesydelse er også særlig vigtig for højspændingsledninger.
Den venstre side af figuren 3 viser det individuelt afskærmede højspændingsledningsnet. Hver ledning er dækket af et kobberflettet skjold, med den overordnede afskærmningsordning til højre. Der er ingen separat flettet skærm uden for kablet, men samlet afskærmning på ydersiden af ​​flere højspændingskabler. De 2003 Toyota Prius brugte et overordnet afskærmet højspændingsledningsnetdesign for at forenkle ledningsnettets struktur og reducere antallet af nødvendige komponenter, derved reducerer omkostningerne ved det samlede højspændingsledningssystem. Figur 4 viser brugen af ​​beskyttelsesmanchetter og sprøjtestøbte trådtrug på ydersiden af ​​de to designmuligheder for mekanisk beskyttelse.

Ulemperne ved ovenstående designskema for højspændingsledninger er som følger:
1. Lav varmeledningsevne: på grund af lav varmeledningsevne forårsaget af beskyttelsesmanchetter og sprøjtestøbte wire trug, den aksiale varmeledningsevne af ledningsnettet er lav;
2. Som et resultat af denne lave varmeoverførsel, størrelsen af ​​ledningerne øges, hvilket resulterer i en stigning i vægten og omkostningerne ved højspændingsselen;
3. Mekanisk beskyttelsesstruktur (wire trug): Hvis layoutet af højspændingsledningsnettet ændres, trådtrugets form og struktur skal også ændres, hvilket øger omkostningerne og forlænger udviklingscyklussen.
For at fjerne disse mangler, YAXUN udviklede et rørformet skærmet højspændingsledningsnet, som installerer uskærmede højspændingsledninger i aluminiumslegeringsrør. Aluminiumslegeret stålrør kombinerer effektivt elektromagnetisk afskærmning og mekanisk beskyttelse, som vist på figur 5.

Sammenlignet med de tidligere nævnte løsninger af individuel afskærmning og samlet afskærmning ved hjælp af beskyttelseshylstre og sprøjtestøbte trådkanaler, det har følgende fordele:
1. Den høje varmeoverførsel af aluminiumslegeringsmaterialer kan reducere lederspecifikationerne for ledningsnettet;
2. Reducer vægten af ​​det samlede højspændingsledningsnetsystem;
3. Arrangementet og installationen af ​​højspændingsledninger er nemmere og mere fleksible.
Denne løsning er blevet brugt i Honda INSIGHT (2009), CR-Z og Fit Hybrid (2010), og FREED Hybrid (2011).
Gennem eksperimenter, varmeafledningsevnen af ​​højspændingsledninger beskyttet af aluminiumslegeringsrør og dem, der er beskyttet af standard polypropylenplastrør, blev sammenlignet. Eksperimenter har vist, at aluminiumslegeringsrør har bedre varmeafledningsevne end standard polypropylen plastrør.
Testopsætningen er vist i figur 6. Begge komponenter er placeret oven på et varmesystem, der genererer høje temperaturer på cirka 350°C. Figur 7 viser de målte overfladetemperaturmålinger. Aluminiumslegeringsrør har god varmeledningsevne, og deres aksiale varmeoverførselsydelse er meget bedre end plastbeskyttere.

Denne fremragende varmeafledningsevne kan reducere lederspecifikationerne for højspændingskabler og reducere temperaturmodstandsniveauet for kablerne. Disse to aspekter kan effektivt reducere omkostningerne ved højspændingskabler.
Desuden, på grund af dette design, højspændingskablet ændres fra et skærmet kabel til et uskærmet kabel, eliminerer behovet for den ydre kabelkappe og sprøjtestøbte beskyttende kanal, og vægten kan reduceres med ca 18%. Som højspændingskabler ændres fra skærmede kabler til uskærmede kabler, designet af højspændingsstik bliver enklere.

Da aluminiumslegerede stålrør har god formbarhed, højspændingsledninger, der bruger aluminiumslegerede stålrør, er mere befordrende for installation under fremstilling.

Højspændingsledningsnettet, der bruger aluminiumslegeret stålrør, har god stivhed og synker ikke, og afstanden mellem dets faste punkter kan indstilles længere. På grund af sin høje fleksibilitet, det er vanskeligt at sikre jordfriheden for traditionelle højspændingsledninger, når de placeres på chassiset.

Når designet af højspændingsledninger ved hjælp af sprøjtestøbte ledningskanaler ændres, formen skal åbnes igen, eller formen skal modificeres. Brugen af ​​aluminiumslegerede stålrør kræver kun bøjning, hvilket i høj grad forkorter udviklingscyklussen for højspændingsledninger.

En anden vigtigst ydeevne er den elektromagnetiske afskærmningsydelse. Figur 16 Testmetode til elektromagnetisk afskærmningsydelse.

At dømme ud fra testresultaterne, det 0,8 MHz individuelt afskærmede kabel højspændingsledningsnet har bedre afskærmningsydelse. Højere end 0,8MHz, højspændingsledninger, der anvender rør af aluminiumslegering, har bedre elektromagnetisk afskærmningsydelse.

Fordi aluminiumslegerede stålrør bruges og arrangeres under køretøjets chassis, anti-korrosions ydeevne test er afgørende. Figur 18 viser, at rørledningen efter grusstødtesten og ledningsnetsamlingen efter saltspraytesten opfylder kravene til saltspraytesten.

oversigt: Højspændingskabler til elektriske køretøjer opnår sikker og effektiv kraftoverførsel gennem en flerlagsstruktur, og deres applikationer dækker strøm, lade- og hjælpesystemer. Deres valg skal overveje spændingsniveauer grundigt, krav til elektromagnetisk kompatibilitet og mekanisk beskyttelse for at sikre pålideligheden og sikkerheden af ​​køretøjets højspændingssystem‌.