Τεχνολογία καλωδίωσης

The Composition and Application of EV HV Connecting cables

The layout requirements of EV HV high-voltage wiring harnesses, including position, fixation and size, involve the structure of the cable, but mainly the layout, which may be helpful for the application part. The structure of the high-voltage cable is described in detail, including conductors, shielding layers, insulation layers, και τα λοιπά., which should directly answer the composition question. The application part mentions the power transmission from battery to motor, inverter, και τα λοιπά., as well as signal transmission, which is also critical.

High-voltage connecting device, which mentions the voltage level of high-voltage cables, shielded and unshielded types, and the difference between single-core and multi-core, which are all composition details. Η πτυχή της εφαρμογής αναφέρει τη μετάδοση ισχύος μεταξύ ηλεκτρικών συσκευών, όπως ο κύριος κινητήρας κίνησης, σύστημα κλιματισμού, και τα λοιπά., που πρέπει να συνδυαστεί με αυτά τα περιεχόμενα. Η σύνθεση της πλεξούδας καλωδίωσης υψηλής τάσης περιγράφεται εν συντομία, συμπεριλαμβανομένων των συνδετήρων, τερματικά, καλώδια, και τα λοιπά., που μπορεί να συμπληρώσουν τις πληροφορίες των στοιχείων.

Εξαρτήματα υψηλής τάσης, που αναφέρει τα καλώδια υψηλής τάσης συνδέουν τα πακέτα μπαταριών, φορτιστές και άλλα εξαρτήματα, τονίζει τη μόνωση και αντέχει την τάση, Και αυτό το μέρος της εφαρμογής πρέπει να αναφερθεί. Η πλεξούδα καλωδίωσης μεταξύ της θύρας γρήγορης φόρτισης και του πλαισίου υψηλής τάσης χρησιμοποιεί καλώδια υψηλής τάσης, και αυτό το μέρος του σεναρίου εφαρμογής πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη.

The Composition and Application of EV HV Connecting cables

Τα συστατικά των καλωδίων σύνδεσης EV HV πρέπει να περιλαμβάνουν υλικό αγωγού (χαλκός ή αλουμίνιο), στρώμα θωράκισης αγωγού, insulation layer, insulation shielding layer, metal shielding layer, and protective cover. The application aspects involve power transmission (battery to motor, inverter, και τα λοιπά.), charging system (fast charging/slow charging), auxiliary system (air conditioning, PTC heater), EMC design, και τα λοιπά.

1. Composition of high-voltage connecting cables for electric vehicles
High-voltage cables are the core components of electric energy transmission in electric vehicles. Their structural design must meet the requirements of high voltage, high current and electromagnetic compatibility. They mainly include the following levels:

‌Conductor‌
Copper (excellent conductivity) or aluminum (lightweight and low cost) is used as the core material, responsible for current transmission‌.
‌Conductor shielding layer‌
Wrap the conductor for uniform electric field distribution and prevent partial discharge‌.
‌Insulation layer‌
High-voltage materials (such as cross-linked polyethylene) are used to provide electrical insulation protection to prevent leakage or short circuit‌.
‌Insulation shielding layer‌
Further optimizes the electric field distribution and reduces the damage of electrical stress to the cable‌.
‌Metal shielding layer‌
Made of copper braid or aluminum foil, it suppresses electromagnetic interference (Ευσέβεια) and improves electromagnetic compatibility (EMC)‌.
‌Protective cover‌
The outer protective structure has the characteristics of wear resistance, high temperature resistance, corrosion resistance, και τα λοιπά., and is suitable for complex working conditions‌.

‌Special design type‌:
‌Shielded cable‌: Reduce electromagnetic interference through the metal shielding layer, suitable for scenes with high EMC requirements‌.
‌Unshielded cable‌: Used in low-interference environments, lower cost‌.
‌Single-core/multi-core cable‌: Single-core cable is suitable for high current transmission (such as motor power supply), and multi-core cable is used for multi-signal composite transmission‌.

2. Application of high-voltage connecting cables for electric vehicles
High-voltage cables are used for power transmission and signal control in the high-voltage system of the whole vehicle. The main application scenarios include:

‌Power system power transmission‌
Connect the power battery with the drive motor, inverter, DC/DC converter and other components to transmit 200-1500V high-voltage DC or AC.

High current density requirements must be met (such as symmetrical arrangement of the three-phase line of the motor).

‌Charging system‌
‌Fast charging interface‌: Connect the fast charging port with the high-voltage power distribution box (PDU) to support high-power DC charging.

‌Slow charging interface‌: Connect the on-board charger (OBC) with the battery pack to transmit AC.

‌High-voltage auxiliary system‌
Provide power for air-conditioning compressors, PTC heaters, electric steering/brake systems, και τα λοιπά.

‌Electromagnetic compatibility optimization‌
Shielded cables are used in key paths (such as battery to motor lines) to reduce the impact of electromagnetic interference on other electronic equipment.

3. Typical technical requirements
‌Voltage level‌: AC 600V/DC 900V or AC 1000V/DC 1500V, matching according to component requirements, power battery, drive motor, και τα λοιπά.
‌Fixed spacing‌: ≤300mm when the cross-sectional area is greater than 16 mm²; ≤200mm when ≤16 mm², avoid hanging or excessive bending, wiring harness fixing and layout
‌Safety spacing‌: The gap with the stationary parts is ≥10mm, avoiding collision deformation areas (such as anti-collision beams, car doors)‌

Traditional new energy vehicle wiring harnesses are composed of wires and plastic wire troughs. Because plastic trunking has poor heat dissipation, high-voltage wire bundles require larger gauge wires to reduce the impact of heat. In addition, changing and developing a new wire trough protection mold design is costly and the production cycle is long. So we saw the tube shielding wire harness solution, the representative of which is Sumitomo high-voltage wire harness.
With the rapid development of new energy vehicles in recent years. Its high-voltage electrical components, such as motors, inverters and high-voltage batteries, are also constantly developed and improved. The high-voltage wiring harnesses connecting them are also constantly developing and improving. The vehicle is in urgent need of high-voltage wiring harnesses to reduce costs, weight and layout space.

Figure 1 shows the timeline for mass production of high-voltage wire harness products. Σε 1999, our company began large-scale production of high-voltage wiring harness products for Honda INSIGHT. Η πρώτη ολοκληρωμένη ανάπτυξη εξαρτημάτων καλωδίωσης υψηλής τάσης, όπως καλώδια, τερματικά και συνδετήρες, ξεκίνησα 2001 για το υβριδικό όχημα Toyota. Όσον αφορά τους τερματικούς σταθμούς, Δύο τύποι συνδετήρων τύπου βιδωτό τύπο και σύνδεσμοι τύπου βιδών έχουν αναπτυχθεί με βάση τις τεχνικές απαιτήσεις της διεπαφής σύνδεσης. Η ηλεκτρομαγνητική θωράκιση ξεκίνησε με ατομικά θωρακισμένα καλώδια, Στη συνέχεια εισήγαγε ολοκληρωμένη πλεγμένη καλωδίωση που προστατεύει για το Toyota Prius στο 2003, και εισήγαγε την πρώτη τεχνολογία θωράκισης σωλήνα για το Honda Civichybrid στο 2005. Η μέγιστη απαίτηση θερμοκρασίας για καλωδίων υψηλής τάσης έχει επίσης αλλάξει από τους αρχικούς 120 ° C σε 150 ° C.

Figure 2 δείχνει την εφαρμογή προϊόντων καλωδίωσης υψηλής τάσης σε μοντέλα HEV. Στα δεξιά, Εμφανίζεται το συγκρότημα καλωδίωσης, εξασφαλισμένο χρησιμοποιώντας καλωδιακά κοιλάδα. Στην κάτω αριστερή γωνία υπάρχει η καλωδίωση του κινητήρα. Τα τερματικά είναι βιδωμένα και θωρακισμένα συνολικά.

Προκειμένου να αποφευχθεί η καλωδίωση καλωδίωσης υψηλής τάσης από την πρόκληση παρεμβολής σε καλωδιώσεις καλωδίωσης χαμηλής τάσης, ραδιόφωνα, και τα λοιπά., Η ηλεκτρομαγνητική θωράκιση είναι ιδιαίτερα σημαντική για καλωδίωσης υψηλής τάσης. In addition, Οι περισσότερες από τις καλωδιώσεις υψηλής τάσης των νέων ενεργειακών οχημάτων δρομολογούνται στο σασί, Και η απόδοση της μηχανικής προστασίας είναι επίσης ιδιαίτερα σημαντική για τις καλωδιώσεις καλωδίωσης υψηλής τάσης.
Η αριστερή πλευρά του σχήματος 3 δείχνει την ατομικά θωρακισμένη καλωδίωση υψηλής τάσης. Κάθε σύρμα καλύπτεται με ασπίδα με πλεκτό χαλκό, με το συνολικό σχήμα θωράκισης στα δεξιά. Δεν υπάρχει ξεχωριστή ασπίδα πλεγμένη έξω από το καλώδιο, Αλλά η συνολική θωράκιση στο εξωτερικό των καλωδίων υψηλής τάσης. Ο 2003 Η Toyota Prius χρησιμοποίησε ένα συνολικό σχεδιασμό θωρακισμένης υψηλής τάσης για να απλοποιήσει τη δομή της καλωδίωσης και να μειώσει τον αριθμό των απαραίτητων εξαρτημάτων, μειώνοντας έτσι το κόστος του συνολικού συστήματος καλωδίωσης καλωδίων υψηλής τάσης. Figure 4 Δείχνει τη χρήση προστατευτικών μανικιών και χυτευμένων καλωδίων με έγχυση στο εξωτερικό των δύο επιλογών σχεδιασμού για μηχανική προστασία.

Τα μειονεκτήματα του παραπάνω σχεδίου σχεδιασμού καλωδίωσης καλωδίωσης υψηλής τάσης έχουν ως εξής:
1. Χαμηλή θερμική αγωγιμότητα: Λόγω της χαμηλής θερμικής αγωγιμότητας που προκαλείται από προστατευτικά μανίκια και χυτά καλωδίων με έγχυση, Η αξονική θερμική αγωγιμότητα της καλωδίωσης είναι χαμηλή;
2. Ως αποτέλεσμα αυτής της χαμηλής μεταφοράς θερμότητας, Το μέγεθος των καλωδίων αυξάνεται, με αποτέλεσμα την αύξηση του βάρους και του κόστους της πλεξούδας υψηλής τάσης;
3. Δομή μηχανικής προστασίας (καλωδιακός): Εάν αλλάξει η διάταξη του καλωδίου υψηλής τάσης, Το σχήμα και η δομή του καλωδίου πρέπει επίσης να αλλάξει, που αυξάνει το κόστος και επιμηκύνει τον κύκλο ανάπτυξης.
Προκειμένου να εξαλειφθούν αυτές οι αδυναμίες, Ο Yaxun ανέπτυξε μια σωληνοειδή θωράκιση καλωδίου υψηλής τάσης, η οποία εγκαθιστά ασταμάτητα καλωδίων υψηλής τάσης σε σωλήνες κράματος αλουμινίου. Ο σωλήνας χάλυβα κράματος αλουμινίου συνδυάζει αποτελεσματικά την ηλεκτρομαγνητική θωράκιση και τη μηχανική προστασία, όπως φαίνεται στο σχήμα 5.

Σε σύγκριση με τα προαναφερθέντα διαλύματα ατομικής θωράκισης και συνολικής θωράκισης χρησιμοποιώντας προστατευτικά μανίκια και αγωγούς καλωδίων με έγχυση, Έχει τα ακόλουθα πλεονεκτήματα:
1. Η υψηλή μεταφορά θερμότητας των υλικών κράματος αλουμινίου μπορεί να μειώσει τις προδιαγραφές του αγωγού της καλωδίωσης;
2. Reduce the weight of the overall high-voltage wiring harness system;
3. The arrangement and installation of high-voltage wire harnesses are easier and more flexible.
This solution has been used in Honda INSIGHT (2009), CR-Z and Fit Hybrid (2010), and FREED Hybrid (2011).
Through experiments, the heat dissipation capabilities of high-voltage wire harnesses protected by aluminum alloy tubes and those protected by standard polypropylene plastic tubes were compared. Experiments have shown that aluminum alloy pipes have better heat dissipation capabilities than standard polypropylene plastic pipes.
The test setup is shown in Figure 6. Both components are placed on top of a heating system that generates high temperatures of approximately 350°C. Figure 7 shows the measured surface temperature measurements. Aluminum alloy tubes have good thermal conductivity and their axial heat transfer performance is much better than plastic protectors.

This excellent heat dissipation performance can reduce the conductor specifications of high-voltage cables and reduce the temperature resistance level of the cables. These two aspects can effectively reduce the cost of high-voltage cables.
In addition, due to this design, the high-voltage cable is changed from a shielded cable to an unshielded cable, eliminating the need for the cable outer sheath and injection molded protective trunking, and the weight can be reduced by about 18%. As high-voltage cables are changed from shielded cables to unshielded cables, the design of high-voltage connectors becomes simpler.

Since aluminum alloy steel pipes have good formability, high-voltage wire harnesses using aluminum alloy steel pipes are more conducive to installation during manufacturing.

The high-voltage wire harness using aluminum alloy steel pipe has good rigidity and does not sag, and the distance between its fixed points can be set farther. Due to its high flexibility, it is difficult to ensure the ground clearance of traditional high-voltage wire harnesses when placed on the chassis.

When the design of high-voltage wire harnesses using injection molded wire ducts is changed, the mold needs to be re-opened or the mold needs to be modified. The use of aluminum alloy steel pipes only requires bending, which greatly shortens the development cycle of high-voltage wire harnesses.

Another most important performance is the electromagnetic shielding performance. Figure 16 Μέθοδος δοκιμής για την απόδοση ηλεκτρομαγνητικής θωράκισης.

Κρίνοντας από τα αποτελέσματα των δοκιμών, Το 0,8MHz μεμονωμένα θωρακισμένο καλώδιο καλωδίου υψηλής τάσης καλωδίου έχει καλύτερη απόδοση θωράκισης. Υψηλότερη από 0,8MHz, Οι καλωδίων υψηλής τάσης που χρησιμοποιούν σωλήνες κράματος αλουμινίου έχουν καλύτερη απόδοση ηλεκτρομαγνητικής θωράκισης.

Επειδή οι σωλήνες χαλύβδινου αλουμινίου χρησιμοποιούνται και διατεταγμένοι κάτω από το σασί του οχήματος, Ο έλεγχος απόδοσης κατά της διάβρωσης είναι απαραίτητη. Figure 18 Δείχνει ότι ο αγωγός μετά τη δοκιμή κρούσης χαλικιού και το συγκρότημα καλωδίωσης μετά τη δοκιμή ψεκασμού αλατιού πληροί τις απαιτήσεις της δοκιμής ψεκασμού αλατιού.

περίληψη: Τα καλώδια υψηλής τάσης ηλεκτρικού οχήματος επιτυγχάνουν ασφαλή και αποτελεσματική μετάδοση ισχύος μέσω δομής πολλαπλών στρώσεων, Και οι εφαρμογές τους καλύπτουν την ισχύ, φόρτιση και βοηθητικά συστήματα. Η επιλογή τους πρέπει να εξετάζει διεξοδικά τα επίπεδα τάσης, Η ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα και οι απαιτήσεις μηχανικής προστασίας για την εξασφάλιση της αξιοπιστίας και της ασφάλειας του συστήματος υψηλής τάσης του οχήματος ‌.