La composición y aplicación de los cables de conexión EV HV

Los requisitos de diseño de los mazos de cables de alto voltaje EV HV, incluyendo la posición, fijación y tamaño, involucrar la estructura del cable, pero principalmente el diseño, que puede ser útil para la parte de la aplicación. Se describe en detalle la estructura del cable de alta tensión., incluyendo conductores, capas de blindaje, capas de aislamiento, etc., que debería responder directamente a la pregunta de composición. La parte de la solicitud menciona la transmisión de energía de la batería al motor., inversor, etc., así como la transmisión de señales, que también es crítico.

Dispositivo de conexión de alto voltaje, que menciona el nivel de voltaje de los cables de alta tensión, tipos blindados y no blindados, y la diferencia entre un solo núcleo y varios núcleos, cuales son todos los detalles de la composición. El aspecto de aplicación menciona la transmisión de energía entre dispositivos eléctricos., como el motor de accionamiento principal, sistema de aire acondicionado, etc., que debe combinarse con estos contenidos. Se describe brevemente la composición del mazo de cables de alta tensión., incluyendo conectores, terminales, cables, etc., que podrá complementar la información de los componentes.

Componentes de alto voltaje, que menciona que los cables de alto voltaje conectan los paquetes de baterías, cargadores y otros componentes, enfatiza el aislamiento y la tensión soportada, y esta parte de la solicitud debe citarse. El mazo de cables entre el puerto de carga rápida y la caja de alto voltaje utiliza cables de alto voltaje., y esta parte del escenario de aplicación también debe considerarse.

La composición y aplicación de los cables de conexión EV HV

Los componentes de los cables de conexión EV HV deben incluir material conductor. (cobre o aluminio), capa de blindaje del conductor, capa aislante, capa protectora de aislamiento, capa protectora de metal, y cubierta protectora. Los aspectos de aplicación implican la transmisión de energía. (batería al motor, inversor, etc.), sistema de carga (carga rápida/carga lenta), sistema auxiliar (aire acondicionado, calentador PTC), Diseño CEM, etc..

1. Composición de cables de conexión de alta tensión para vehículos eléctricos.
Los cables de alta tensión son los componentes centrales de la transmisión de energía eléctrica en vehículos eléctricos. Su diseño estructural debe cumplir con los requisitos de alta tensión., alta compatibilidad electromagnética y de corriente. Incluyen principalmente los siguientes niveles.:

conductor
Cobre (excelente conductividad) o aluminio (ligero y de bajo costo) se utiliza como material central, responsable de la transmisión actual‌.
‌Capa de blindaje del conductor‌
Envuelva el conductor para una distribución uniforme del campo eléctrico y evite descargas parciales..
‌Capa aislante‌
Materiales de alto voltaje (como el polietileno reticulado) se utilizan para proporcionar protección de aislamiento eléctrico para evitar fugas o cortocircuitos..
‌Capa de protección de aislamiento‌
Optimiza aún más la distribución del campo eléctrico y reduce el daño causado por la tensión eléctrica al cable..
‌Capa protectora de metal‌
Hecho de trenza de cobre o papel de aluminio., suprime las interferencias electromagnéticas (EMI) y mejora la compatibilidad electromagnética (CEM)‌.
‌Cubierta protectora‌
La estructura protectora exterior tiene las características de resistencia al desgaste., resistencia a altas temperaturas, resistencia a la corrosión, etc., y es adecuado para condiciones de trabajo complejas‌.

‌Tipo de diseño especial‌:
‌Cable blindado‌: Reducir la interferencia electromagnética a través de la capa de protección metálica., adecuado para escenas con altos requisitos EMC‌.
‌Cable no blindado‌: Utilizado en entornos de baja interferencia, menor costo‌.
‌Cable de un solo núcleo/multinúcleo‌: El cable unipolar es adecuado para transmisión de alta corriente. (como fuente de alimentación del motor), y el cable multinúcleo se utiliza para la transmisión compuesta de múltiples señales‌.

2. Aplicación de cables de conexión de alta tensión para vehículos eléctricos.
Los cables de alto voltaje se utilizan para la transmisión de energía y el control de señales en el sistema de alto voltaje de todo el vehículo.. Los principales escenarios de aplicación incluyen:

‌Transmisión de potencia del sistema de energía‌
Conecte la batería de alimentación con el motor de accionamiento., inversor, Convertidor CC/CC y otros componentes para transmitir CC o CA de alto voltaje de 200-1500 V.

Se deben cumplir requisitos de alta densidad de corriente. (como por ejemplo la disposición simétrica de la línea trifásica del motor).

‌Sistema de carga‌
‌Interfaz de carga rápida‌: Conecte el puerto de carga rápida con la caja de distribución de energía de alto voltaje (PDU) para admitir carga de CC de alta potencia.

‌Interfaz de carga lenta‌: Conecte el cargador a bordo (OBC) con la batería para transmitir CA.

‌Sistema auxiliar de alto voltaje‌
Proporcionar energía para compresores de aire acondicionado., calentadores PTC, sistemas de dirección/freno eléctricos, etc..

‌Optimización de la compatibilidad electromagnética‌
Se utilizan cables blindados en rutas clave (como líneas de batería a motor) para reducir el impacto de las interferencias electromagnéticas en otros equipos electrónicos.

3. Requisitos técnicos típicos
‌Nivel de voltaje‌: CA 600 V/CC 900 V o CA 1000 V/CC 1500 V, Coincidencia según los requisitos de los componentes., batería de poder, motor de accionamiento, etc..
‌Espaciado fijo‌: ≤300 mm cuando el área de la sección transversal es mayor que 16 mm²; ≤200 mm cuando ≤16 mm², Evite colgar o doblar excesivamente, fijación y disposición del mazo de cables
‌Espaciamiento de seguridad‌: El espacio con las piezas estacionarias es ≥10 mm., evitando áreas de deformación por colisión (como vigas anticolisión, puertas de auto)‌

Los mazos de cables tradicionales para vehículos de nueva energía se componen de cables y canales de cables de plástico.. Porque las canaletas de plástico tienen poca disipación de calor, Los haces de cables de alto voltaje requieren cables de mayor calibre para reducir el impacto del calor.. Además, Cambiar y desarrollar un nuevo diseño de molde de protección de canal de alambre es costoso y el ciclo de producción es largo.. Entonces vimos la solución del mazo de cables de blindaje de tubos., cuyo representante es el mazo de cables de alto voltaje Sumitomo.
Con el rápido desarrollo de vehículos de nueva energía en los últimos años.. Sus componentes eléctricos de alto voltaje., como motores, inversores y baterías de alto voltaje, también se desarrollan y mejoran constantemente. Los mazos de cables de alto voltaje que los conectan también se desarrollan y mejoran constantemente.. El vehículo necesita urgentemente mazos de cables de alta tensión para reducir costes, peso y espacio de distribución.

Cifra 1 muestra el cronograma para la producción en masa de productos de mazos de cables de alto voltaje. En 1999, Nuestra empresa inició la producción a gran escala de productos de mazos de cables de alto voltaje para Honda INSIGHT.. El primer desarrollo integral de piezas de mazos de cables de alta tensión., como cables, terminales y conectores, comenzó en 2001 para el vehículo híbrido Toyota ESTIMA. En cuanto a terminales, Se han desarrollado dos tipos de conectores moldeados de tipo perno y de tipo enchufe en función de los requisitos técnicos de la interfaz de conexión.. El blindaje electromagnético se inició con cables blindados individualmente., Luego introdujo el blindaje integral de mazos de cables trenzados para el Toyota Prius en 2003, e introdujo la primera tecnología de protección de tubos para el Honda CIVICHYBRID en 2005. El requisito de temperatura máxima para mazos de cables de alto voltaje también ha cambiado de los 120 °C originales a 150 °C..

Cifra 2 muestra la aplicación de productos de mazos de cables de alto voltaje en modelos HEV. A la derecha, se muestra el conjunto del mazo de cables, asegurado mediante canales de alambre. En la esquina inferior izquierda está el mazo de cables del motor.. Los terminales están atornillados y blindados en general..

Para evitar que los mazos de cables de alto voltaje causen interferencias con los mazos de cables de bajo voltaje, radios, etc., El blindaje electromagnético es particularmente importante para los mazos de cables de alto voltaje.. Además, La mayoría de los mazos de cables de alto voltaje de los vehículos de nueva energía se colocan en el chasis., Y el rendimiento de la protección mecánica también es particularmente importante para los mazos de cables de alto voltaje..
El lado izquierdo de la figura. 3 muestra el mazo de cables de alto voltaje blindado individualmente. Cada cable está cubierto con un blindaje trenzado de cobre., con el esquema de blindaje general a la derecha. No hay blindaje trenzado separado fuera del cable., pero blindaje general en el exterior de múltiples cables de alto voltaje. El 2003 Toyota Prius utilizó un diseño general de mazo de cables de alto voltaje blindado para simplificar la estructura del mazo de cables y reducir la cantidad de componentes necesarios., reduciendo así el costo del sistema general de mazo de cables de alto voltaje. Cifra 4 muestra el uso de fundas protectoras y canales de alambre moldeados por inyección en el exterior de las dos opciones de diseño para protección mecánica.

Las desventajas del esquema de diseño del mazo de cables de alto voltaje anterior son las siguientes:
1. Baja conductividad térmica: debido a la baja conductividad térmica causada por las fundas protectoras y los canales de alambre moldeados por inyección, La conductividad térmica axial del mazo de cables es baja.;
2. Como resultado de esta baja transferencia de calor, el tamaño de los cables aumenta, lo que resulta en un aumento en el peso y el costo del arnés de alto voltaje;
3. Estructura de protección mecánica (canal de alambre): Si cambia la disposición del mazo de cables de alto voltaje, También es necesario cambiar la forma y estructura del canal de alambre., lo que aumenta el coste y alarga el ciclo de desarrollo.
Para eliminar estas deficiencias, YAXUN desarrolló un mazo de cables tubular blindado de alto voltaje, que instala mazos de cables de alto voltaje sin blindaje en tubos de aleación de aluminio. La tubería de acero de aleación de aluminio combina eficazmente blindaje electromagnético y protección mecánica., como se muestra en la figura 5.

En comparación con las soluciones mencionadas anteriormente de blindaje individual y blindaje general mediante fundas protectoras y conductos de alambre moldeados por inyección., tiene las siguientes ventajas:
1. La alta transferencia de calor de los materiales de aleación de aluminio puede reducir las especificaciones del conductor del mazo de cables.;
2. Reducir el peso del sistema general de mazo de cables de alto voltaje.;
3. La disposición e instalación de mazos de cables de alta tensión es más fácil y flexible.
Esta solución se ha utilizado en Honda INSIGHT. (2009), CR-Z y Fit híbrido (2010), y Híbrido LIBERADO (2011).
A través de experimentos, Se compararon las capacidades de disipación de calor de los mazos de cables de alta tensión protegidos por tubos de aleación de aluminio y aquellos protegidos por tubos plásticos de polipropileno estándar.. Los experimentos han demostrado que las tuberías de aleación de aluminio tienen mejores capacidades de disipación de calor que las tuberías de plástico de polipropileno estándar..
La configuración de la prueba se muestra en la Figura 6. Ambos componentes están colocados encima de un sistema de calefacción que genera altas temperaturas de aproximadamente 350°C.. Cifra 7 muestra las mediciones de temperatura de la superficie medidas. Los tubos de aleación de aluminio tienen buena conductividad térmica y su rendimiento de transferencia de calor axial es mucho mejor que los protectores de plástico..

Este excelente rendimiento de disipación de calor puede reducir las especificaciones del conductor de los cables de alto voltaje y reducir el nivel de resistencia a la temperatura de los cables.. Estos dos aspectos pueden reducir efectivamente el costo de los cables de alto voltaje..
Además, debido a este diseño, el cable de alta tensión se cambia de un cable blindado a un cable no blindado, eliminando la necesidad de la funda exterior del cable y el canal protector moldeado por inyección, y el peso se puede reducir en aproximadamente 18%. A medida que los cables de alta tensión se cambian de cables blindados a cables no blindados, El diseño de conectores de alta tensión se vuelve más sencillo..

Dado que los tubos de acero de aleación de aluminio tienen buena formabilidad, Los mazos de cables de alto voltaje que utilizan tubos de acero de aleación de aluminio son más propicios para la instalación durante la fabricación..

El mazo de cables de alto voltaje que utiliza tubos de acero de aleación de aluminio tiene buena rigidez y no se hunde., y la distancia entre sus puntos fijos se puede establecer más. Debido a su alta flexibilidad, Es difícil garantizar la distancia al suelo de los mazos de cables tradicionales de alto voltaje cuando se colocan en el chasis..

Cuando se cambia el diseño de mazos de cables de alta tensión que utilizan conductos de cables moldeados por inyección, Es necesario reabrir el molde o modificarlo.. El uso de tubos de acero de aleación de aluminio solo requiere doblarse., lo que acorta en gran medida el ciclo de desarrollo de mazos de cables de alto voltaje.

Otro desempeño más importante es el desempeño del blindaje electromagnético.. Cifra 16 Método de prueba para el rendimiento del blindaje electromagnético..

A juzgar por los resultados de la prueba., El mazo de cables de alto voltaje con cable blindado individualmente de 0,8 MHz tiene un mejor rendimiento de blindaje. Superior a 0,8 MHz, Los arneses de cables de alto voltaje que utilizan tubos de aleación de aluminio tienen un mejor rendimiento de blindaje electromagnético..

Porque se utilizan tubos de acero de aleación de aluminio y se colocan debajo del chasis del vehículo., Las pruebas de rendimiento anticorrosión son esenciales.. Cifra 18 muestra que la tubería después de la prueba de impacto de grava y el conjunto del arnés de cableado después de la prueba de niebla salina cumplen con los requisitos de la prueba de niebla salina.

resumen: Los cables de alta tensión para vehículos eléctricos logran una transmisión de energía segura y eficiente a través de una estructura multicapa, y sus aplicaciones abarcan la energía, sistemas de carga y auxiliares. Su selección debe considerar de manera integral los niveles de voltaje., Requisitos de compatibilidad electromagnética y protección mecánica para garantizar la confiabilidad y seguridad del sistema de alto voltaje del vehículo..