Die Zusammensetzung und Anwendung von EV HV -Verbindungskabeln

Die Layoutanforderungen von EV-HV-Hochspannungskabelbäumen, inklusive Position, Fixierung und Größe, beziehen sich auf die Struktur des Kabels, sondern vor allem das Layout, was für den Anwendungsteil hilfreich sein kann. Der Aufbau des Hochspannungskabels wird ausführlich beschrieben, einschließlich Dirigenten, Abschirmschichten, Isolierschichten, usw., was die Kompositionsfrage direkt beantworten sollte. Im Anwendungsteil wird die Kraftübertragung von der Batterie zum Motor erwähnt, Wechselrichter, usw., sowie Signalübertragung, was auch kritisch ist.

Hochspannungsanschlussgerät, Darin wird der Spannungspegel von Hochspannungskabeln erwähnt, geschirmte und ungeschirmte Typen, und der Unterschied zwischen Single-Core und Multi-Core, Das sind alles Kompositionsdetails. Der Anwendungsaspekt erwähnt die Stromübertragung zwischen elektrischen Geräten, wie zum Beispiel der Hauptantriebsmotor, Klimaanlage, usw., die mit diesen Inhalten kombiniert werden müssen. Der Aufbau des Hochvolt-Kabelbaums wird kurz beschrieben, inklusive Anschlüsse, Terminals, Drähte, usw., welche die Informationen der Komponenten ergänzen können.

Hochspannungskomponenten, Darin wird erwähnt, dass Hochspannungskabel Batteriepakete verbinden, Ladegeräte und andere Komponenten, legt Wert auf Isolierung und Spannungsfestigkeit, und dieser Anwendungsteil muss zitiert werden. Der Kabelbaum zwischen Schnellladeanschluss und Hochvoltbox besteht aus Hochvoltkabeln, und dieser Teil des Anwendungsszenarios sollte ebenfalls berücksichtigt werden.

Die Zusammensetzung und Anwendung von EV HV -Verbindungskabeln

Die Komponenten von EV-HV-Verbindungskabeln sollten Leitermaterial enthalten (Kupfer oder Aluminium), Leiterabschirmschicht, Isolierschicht, Isolationsabschirmschicht, Abschirmschicht aus Metall, und Schutzhülle. Die Anwendungsaspekte betreffen die Kraftübertragung (Batterie an Motor, Wechselrichter, usw.), Ladesystem (schnelles Laden/langsames Laden), Hilfssystem (Klimaanlage, PTC-Heizung), EMV-Design, usw.

1. Zusammensetzung von Hochvolt-Anschlusskabeln für Elektrofahrzeuge
Hochspannungskabel sind die Kernkomponenten der elektrischen Energieübertragung in Elektrofahrzeugen. Ihre konstruktive Gestaltung muss den Anforderungen der Hochspannung genügen, hohe Stromstärke und elektromagnetische Verträglichkeit. Sie umfassen hauptsächlich die folgenden Ebenen:

Leiter
Kupfer (hervorragende Leitfähigkeit) oder Aluminium (leicht und kostengünstig) wird als Kernmaterial verwendet, verantwortlich für die aktuelle Übertragung‌.
‌Leiterabschirmschicht‌
Wickeln Sie den Leiter ein, um eine gleichmäßige Verteilung des elektrischen Feldes zu gewährleisten und eine Teilentladung zu verhindern.
‌Isolierschicht‌
Hochspannungsmaterialien (wie vernetztes Polyethylen) werden als elektrischer Isolationsschutz verwendet, um Leckagen oder Kurzschlüsse zu verhindern.
‌Isolierende Abschirmschicht‌
Optimiert die elektrische Feldverteilung weiter und reduziert die Beschädigung des Kabels durch elektrische Belastung.
‌Metallische Abschirmschicht‌
Aus Kupfergeflecht oder Aluminiumfolie, es unterdrückt elektromagnetische Störungen (EMI) und verbessert die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)‌.
‌Schutzhülle‌
Die äußere Schutzstruktur weist die Eigenschaften der Verschleißfestigkeit auf, Hochtemperaturwiderstand, Korrosionsbeständigkeit, usw., und eignet sich für komplexe Arbeitsbedingungen‌.

‌Sonderausführungstyp‌:
‌Abgeschirmtes Kabel‌: Reduzieren Sie elektromagnetische Störungen durch die Metallabschirmschicht, geeignet für Szenen mit hohen EMV-Anforderungen‌.
‌Ungeschirmtes Kabel‌: Wird in störungsarmen Umgebungen verwendet, geringere Kosten‌.
‌Einadriges/mehradriges Kabel‌: Einadriges Kabel ist für die Übertragung hoher Ströme geeignet (wie z.B. Motorstromversorgung), und mehradrige Kabel werden für die Mehrsignal-Verbundübertragung‌ verwendet.

2. Anwendung von Hochvolt-Verbindungskabeln für Elektrofahrzeuge
Hochvoltkabel dienen der Energieübertragung und Signalsteuerung im Hochvoltsystem des gesamten Fahrzeugs. Zu den Hauptanwendungsszenarien gehören:

‌Stromübertragung im Energiesystem‌
Verbinden Sie den Power-Akku mit dem Antriebsmotor, Wechselrichter, DC/DC-Wandler und andere Komponenten zur Übertragung von 200–1500 V Hochspannungs-Gleich- oder Wechselstrom.

Es müssen hohe Anforderungen an die Stromdichte erfüllt werden (wie z.B. symmetrische Anordnung der Drehstromleitung des Motors).

‌Ladesystem‌
‌Schnellladeschnittstelle‌: Verbinden Sie den Schnellladeanschluss mit dem Hochspannungs-Stromverteilerkasten (PDU) zur Unterstützung des Hochleistungs-Gleichstromladens.

‌Langsame Ladeschnittstelle‌: Schließen Sie das Bordladegerät an (OBC) mit dem Akku zur Übertragung von Wechselstrom.

‌Hochvolt-Hilfssystem‌
Versorgen Sie Klimakompressoren mit Strom, PTC-Heizungen, elektrische Lenk-/Bremssysteme, usw.

‌Optimierung der elektromagnetischen Verträglichkeit‌
In wichtigen Pfaden werden abgeschirmte Kabel verwendet (wie z. B. Batterie-zu-Motor-Leitungen) um die Auswirkungen elektromagnetischer Störungen auf andere elektronische Geräte zu reduzieren.

3. Typische technische Anforderungen
‌Spannungspegel‌: AC 600 V/DC 900 V oder AC 1000 V/DC 1500 V, passend zu den Komponentenanforderungen, Power-Batterie, Antriebsmotor, usw.
‌Fester Abstand‌: ≤300 mm, wenn die Querschnittsfläche größer ist als 16 mm²; ≤200mm bei ≤16 mm², Vermeiden Sie Hängen oder übermäßiges Bücken, Befestigung und Anordnung des Kabelbaums
‌Sicherheitsabstand‌: Der Spalt zu den stationären Teilen beträgt ≥10mm, Vermeidung von Kollisionsdeformationsbereichen (wie Antikollisionsstrahlen, Autotüren)‌

Herkömmliche Kabelbäume für New-Energy-Fahrzeuge bestehen aus Drähten und Kabelkanälen aus Kunststoff. Weil Kunststoffkanäle eine schlechte Wärmeableitung haben, Hochspannungskabelbündel erfordern größere Kabelquerschnitte, um die Auswirkungen von Hitze zu reduzieren. Zusätzlich, Die Änderung und Entwicklung eines neuen Formendesigns für den Drahtkanalschutz ist kostspielig und der Produktionszyklus lang. Also haben wir die Kabelbaumlösung mit Röhrenabschirmung gesehen, Der Vertreter davon ist der Hochspannungskabelbaum von Sumitomo.
Mit der rasanten Entwicklung neuer Energiefahrzeuge in den letzten Jahren. Seine elektrischen Hochspannungskomponenten, wie Motoren, Wechselrichter und Hochvoltbatterien, werden ebenfalls ständig weiterentwickelt und verbessert. Auch die sie verbindenden Hochvoltkabelbäume werden ständig weiterentwickelt und verbessert. Das Fahrzeug benötigt dringend Hochvolt-Kabelbäume, um die Kosten zu senken, Gewicht und Bauraum.

Figur 1 zeigt den Zeitplan für die Massenproduktion von Hochspannungskabelbaumprodukten. In 1999, Unser Unternehmen begann mit der Großserienproduktion von Hochspannungskabelbaumprodukten für Honda INSIGHT. Die erste umfassende Entwicklung von Hochspannungskabelbaumteilen, wie zum Beispiel Drähte, Klemmen und Steckverbinder, begann in 2001 für das Hybridfahrzeug Toyota ESTIMA. In Bezug auf Terminals, Basierend auf den technischen Anforderungen der Verbindungsschnittstelle wurden zwei Arten von Bolzen-Umspritz- und Steckverbindern entwickelt. Die elektromagnetische Abschirmung begann mit einzeln abgeschirmten Kabeln, führte dann im Jahr 2010 eine integrierte geflochtene Kabelbaumabschirmung für den Toyota Prius ein 2003, und führte 1999 die erste Rohrabschirmungstechnologie für den Honda CIVICHYBRID ein 2005. Auch die maximale Temperaturanforderung für Hochspannungskabelbäume hat sich von ursprünglich 120 °C auf 150 °C geändert.

Figur 2 zeigt die Anwendung von Hochvolt-Kabelbaumprodukten in HEV-Modellen. Rechts, Dargestellt ist die Kabelbaumbaugruppe, Sicherung durch Drahtrinnen. In der unteren linken Ecke befindet sich der Motorkabelbaum. Die Anschlüsse sind verschraubt und insgesamt abgeschirmt.

Um zu verhindern, dass Hochspannungskabelbäume Störungen bei Niederspannungskabelbäumen verursachen, Radios, usw., Bei Hochspannungskabelbäumen ist die elektromagnetische Abschirmung besonders wichtig. Zusätzlich, Die meisten Hochspannungskabelbäume von New-Energy-Fahrzeugen werden am Fahrgestell verlegt, Auch bei Hochspannungskabelbäumen ist die mechanische Schutzleistung besonders wichtig.
Die linke Seite der Abbildung 3 zeigt den einzeln geschirmten Hochspannungskabelbaum. Jeder Draht ist mit einem Kupfergeflechtschirm abgedeckt, mit dem gesamten Abschirmschema auf der rechten Seite. Außerhalb des Kabels befindet sich kein separates Schirmgeflecht, sondern Gesamtabschirmung auf der Außenseite mehrerer Hochspannungskabel. Der 2003 Toyota Prius verwendete ein insgesamt abgeschirmtes Hochspannungskabelbaumdesign, um die Kabelbaumstruktur zu vereinfachen und die Anzahl der erforderlichen Komponenten zu reduzieren, Dadurch werden die Kosten des gesamten Hochspannungskabelbaumsystems gesenkt. Figur 4 zeigt den Einsatz von Schutzhüllen und angespritzten Kabelwannen an der Außenseite der beiden Gestaltungsmöglichkeiten zum mechanischen Schutz.

Die Nachteile des oben genannten Entwurfsschemas für Hochspannungskabelbäume sind wie folgt:
1. Geringe Wärmeleitfähigkeit: aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit durch Schutzhülsen und angespritzte Kabelwannen, Die axiale Wärmeleitfähigkeit des Kabelbaums ist gering;
2. Aufgrund dieser geringen Wärmeübertragung, die Größe der Drähte nimmt zu, Dies führt zu einem Anstieg des Gewichts und der Kosten des Hochspannungskabelbaums;
3. Mechanische Schutzstruktur (Drahttrog): Wenn sich die Anordnung des Hochspannungskabelbaums ändert, Auch die Form und Struktur des Drahttroges müssen geändert werden, was die Kosten erhöht und den Entwicklungszyklus verlängert.
Um diese Mängel zu beseitigen, YAXUN hat einen rohrförmigen, abgeschirmten Hochspannungskabelbaum entwickelt, das ungeschirmte Hochspannungskabelbäume in Aluminiumlegierungsrohren installiert. Rohre aus Aluminiumlegierungsstahl kombinieren effektiv elektromagnetische Abschirmung und mechanischen Schutz, Wie in Abbildung gezeigt 5.

Im Vergleich zu den zuvor genannten Lösungen der Einzelschirmung und Gesamtschirmung mittels Schutzschläuchen und angespritzten Leitungskanälen, es hat die folgenden Vorteile:
1. Die hohe Wärmeübertragung von Aluminiumlegierungsmaterialien kann die Leiterspezifikationen des Kabelbaums verringern;
2. Reduzieren Sie das Gewicht des gesamten Hochvolt-Kabelbaumsystems;
3. Die Anordnung und Installation von Hochspannungskabelbäumen wird einfacher und flexibler.
Diese Lösung wurde in Honda INSIGHT verwendet (2009), CR-Z und Fit Hybrid (2010), und FREED Hybrid (2011).
Durch Experimente, Die Wärmeableitungsfähigkeiten von Hochspannungskabelbäumen, die durch Aluminiumlegierungsrohre geschützt sind, und solchen, die durch Standard-Polypropylen-Kunststoffrohre geschützt sind, wurden verglichen. Experimente haben gezeigt, dass Rohre aus Aluminiumlegierung eine bessere Wärmeableitungsfähigkeit haben als Standardrohre aus Polypropylen-Kunststoff.
Der Testaufbau ist in Abbildung dargestellt 6. Beide Komponenten werden auf einem Heizsystem platziert, das hohe Temperaturen von ca. 350 °C erzeugt. Figur 7 zeigt die gemessenen Oberflächentemperaturmessungen. Rohre aus Aluminiumlegierung haben eine gute Wärmeleitfähigkeit und ihre axiale Wärmeübertragungsleistung ist viel besser als die von Kunststoffschutzrohren.

Diese hervorragende Wärmeableitungsleistung kann die Leiterspezifikationen von Hochspannungskabeln reduzieren und die Temperaturbeständigkeit der Kabel verringern. Diese beiden Aspekte können die Kosten für Hochspannungskabel effektiv senken.
Zusätzlich, aufgrund dieses Designs, Das Hochspannungskabel wird von einem abgeschirmten Kabel auf ein ungeschirmtes Kabel umgestellt, Dadurch entfällt die Notwendigkeit eines Kabelaußenmantels und eines spritzgegossenen Schutzkanals, und das Gewicht kann um ca. reduziert werden 18%. Da Hochspannungskabel von geschirmten Kabeln auf ungeschirmte Kabel umgestellt werden, Der Aufbau von Hochspannungssteckverbindern wird einfacher.

Da Aluminiumlegierungsstahlrohre eine gute Formbarkeit aufweisen, Hochspannungskabelbäume mit Rohren aus Aluminiumlegierungsstahl lassen sich bei der Herstellung besser installieren.

Der Hochspannungskabelbaum aus Aluminiumlegierungsstahlrohr weist eine gute Steifigkeit auf und hängt nicht durch, und der Abstand zwischen seinen Fixpunkten kann weiter eingestellt werden. Aufgrund seiner hohen Flexibilität, Es ist schwierig, die Bodenfreiheit herkömmlicher Hochspannungskabelbäume bei der Platzierung auf dem Fahrgestell sicherzustellen.

Wenn das Design von Hochspannungskabelbäumen mit spritzgegossenen Kabelkanälen geändert wird, Die Form muss erneut geöffnet oder geändert werden. Die Verwendung von Rohren aus Aluminiumlegierungsstahl erfordert lediglich ein Biegen, Dies verkürzt den Entwicklungszyklus von Hochspannungskabelbäumen erheblich.

Eine weitere wichtige Leistung ist die elektromagnetische Abschirmleistung. Figur 16 Testmethode für die Leistung der elektromagnetischen Abschirmung.

Den Testergebnissen nach zu urteilen, Der einzeln abgeschirmte Kabel-Hochspannungskabelbaum mit 0,8 MHz weist eine bessere Abschirmleistung auf. Höher als 0,8 MHz, Hochspannungskabelbäume mit Rohren aus Aluminiumlegierung weisen eine bessere elektromagnetische Abschirmleistung auf.

Weil Aluminiumrohre aus legiertem Stahl verwendet und unter dem Fahrgestell des Fahrzeugs angeordnet werden, Eine Prüfung der Korrosionsschutzleistung ist unerlässlich. Figur 18 zeigt, dass die Rohrleitung nach dem Kiesschlagtest und die Kabelbaumbaugruppe nach dem Salzsprühtest die Anforderungen des Salzsprühtests erfüllen.

Zusammenfassung: Hochspannungskabel für Elektrofahrzeuge erreichen durch einen mehrschichtigen Aufbau eine sichere und effiziente Stromübertragung, und ihre Anwendungen umfassen Energie, Lade- und Hilfssysteme. Bei ihrer Auswahl müssen die Spannungsniveaus umfassend berücksichtigt werden, Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit und den mechanischen Schutz, um die Zuverlässigkeit und Sicherheit des Hochspannungssystems des Fahrzeugs zu gewährleisten.