EV HV ühenduskaablite koostis ja rakendus

EV HV kõrgepinge juhtmestiku paigutusnõuded, sealhulgas positsioon, fikseerimine ja suurus, kaasata kaabli struktuuri, vaid peamiselt paigutus, mis võib olla kasulik rakenduse osa jaoks. Kõrgepingekaabli ehitust kirjeldatakse üksikasjalikult, sealhulgas dirigendid, varjestuskihid, isolatsioonikihid, jne, mis peaks otseselt vastama kompositsiooniküsimusele. Rakenduse osas mainitakse jõuülekannet akult mootorile, inverter, jne, samuti signaali edastamine, mis on samuti kriitiline.

Kõrgepinge ühendusseade, kus mainitakse kõrgepingekaablite pingetaset, varjestatud ja varjestamata tüübid, ja erinevus ühetuumalise ja mitmetuumalise vahel, mis on kõik kompositsiooni detailid. Rakenduse aspekt mainib elektriseadmete vahelist jõuülekannet, nagu peaajam mootor, kliimaseade, jne, mis tuleb selle sisuga kombineerida. Lühidalt kirjeldatakse kõrgepinge juhtmestiku koostist, sealhulgas pistikud, terminalid, juhtmed, jne, mis võivad komponentide teavet täiendada.

Kõrgepingekomponendid, milles mainitakse, et akusid ühendavad kõrgepingekaablid, laadijad ja muud komponendid, rõhutab isolatsiooni ja pingetaluvust, ja seda rakenduse osa tuleb tsiteerida. Kiirlaadimispordi ja kõrgepingekarbi vaheline juhtmestik kasutab kõrgepingekaableid, ja seda osa rakendusestsenaariumist tuleks samuti arvesse võtta.

EV HV ühenduskaablite koostis ja rakendus

EV HV ühenduskaablite komponendid peaksid sisaldama juhtmaterjali (vask või alumiinium), juhi varjestuskiht, isolatsioonikiht, isolatsiooni varjestuskiht, metallist varjestuskiht, ja kaitsekate. Rakenduse aspektid hõlmavad jõuülekannet (aku mootorile, inverter, jne), laadimissüsteem (kiire laadimine / aeglane laadimine), abisüsteem (kliimaseadmed, PTC kütteseade), EMC disain, jne.

1. Elektrisõidukite kõrgepinge ühenduskaablite koostis
Kõrgepingekaablid on elektrisõidukite elektrienergia ülekande põhikomponendid. Nende konstruktsioon peab vastama kõrgepinge nõuetele, suur vool ja elektromagnetiline ühilduvus. Need hõlmavad peamiselt järgmisi tasemeid:

Dirigent
Vask (suurepärane juhtivus) või alumiiniumist (kerge ja odav) kasutatakse põhimaterjalina, vastutab voolu edastamise eest.
Juhtide varjestuskiht
Mähkige juht ühtlaseks elektrivälja jaotumiseks ja vältige osalist tühjenemist‌.
Isolatsioonikiht
Kõrgepinge materjalid (nagu ristseotud polüetüleen) kasutatakse elektriisolatsiooni kaitseks, et vältida lekkeid või lühiseid‌.
Isolatsiooni varjestuskiht
Lisaks optimeerib elektrivälja jaotust ja vähendab elektrilise pinge kahjustusi kaablile‌.
Metallist kaitsekiht
Valmistatud vaskpunutisest või alumiiniumfooliumist, see summutab elektromagnetilisi häireid (EMI) ja parandab elektromagnetilist ühilduvust (EMC)‌.
Kaitsekate
Välimisel kaitsekonstruktsioonil on kulumiskindluse omadused, kõrge temperatuurikindlus, korrosioonikindlus, jne, ja sobib keerulistes töötingimustes‌.

Spetsiaalne disainitüüp:
Varjestatud kaabel: Vähendage elektromagnetilisi häireid läbi metallist varjestuskihi, sobib kõrgete EMC-nõuetega stseenide jaoks.
Varjestamata kaabel: Kasutatakse vähese häirega keskkondades, madalamad kulud.
‌Ühe-/mitmetuumaline kaabel‌: Ühesooneline kaabel sobib suure voolu ülekandeks (nagu mootori toiteallikas), ja mitmetuumalist kaablit kasutatakse mitme signaali komposiitedastuseks‌.

2. Elektrisõidukite kõrgepinge ühenduskaablite rakendamine
Kogu sõiduki kõrgepingesüsteemis kasutatakse jõuülekandeks ja signaali juhtimiseks kõrgepingekaableid. Peamised rakendusstsenaariumid hõlmavad järgmist:

Toitesüsteemi jõuülekanne
Ühendage toiteaku ajamimootoriga, inverter, DC/DC muundur ja muud komponendid 200-1500V kõrgepinge alalis- või vahelduvvoolu edastamiseks.

Kõrge voolutiheduse nõuded peavad olema täidetud (näiteks mootori kolmefaasilise liini sümmeetriline paigutus).

Laadimissüsteem
Kiire laadimise liides: Ühendage kiirlaadimisport kõrgepinge toitekarbiga (PDU) suure võimsusega alalisvoolu laadimise toetamiseks.

Aeglase laadimise liides: Ühendage integreeritud laadija (OBC) koos akuga vahelduvvoolu edastamiseks.

‌Kõrgepinge abisüsteem‌
Varustage kliimaseadme kompressoreid, PTC küttekehad, elektrilised rooli-/pidurisüsteemid, jne.

‌Elektromagnetilise ühilduvuse optimeerimine‌
Võtmeteedel kasutatakse varjestatud kaableid (nagu aku ja mootoriliinid) et vähendada elektromagnetiliste häirete mõju teistele elektroonikaseadmetele.

3. Tüüpilised tehnilised nõuded
Pinge tase: AC 600V/DC 900V või AC 1000V/DC 1500V, sobitamine vastavalt komponentide nõuetele, toite aku, ajami mootor, jne.
Fikseeritud vahekaugus: ≤300 mm, kui ristlõikepindala on suurem kui 16 mm²; ≤200 mm, kui ≤16 mm², vältige rippumist või liigset painutamist, juhtmestiku kinnitus ja paigutus
Ohutusvahed: Vahe statsionaarsete osadega on ≥10 mm, kokkupõrke deformatsioonialade vältimine (nagu kokkupõrkevastased talad, auto uksed)‌

Traditsioonilised uute energiasõidukite juhtmestikud koosnevad juhtmetest ja plastikust traatrennidest. Kuna plastkanalitel on halb soojuse hajumine, kõrgepinge juhtmekimpude jaoks on kuumuse mõju vähendamiseks vaja suuremaid juhtmeid. Lisaks, uue traatküna kaitsevormi konstruktsiooni muutmine ja väljatöötamine on kulukas ja tootmistsükkel pikk. Nii nägime toru varjestusjuhtme juhtmestiku lahendust, mille esindajaks on Sumitomo kõrgepinge juhtmestik.
Uute energiasõidukite kiire arenguga viimastel aastatel. Selle kõrgepinge elektrilised komponendid, 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.

Arv 1 shows the timeline for mass production of high-voltage wire harness products. Sisse 1999, our company began large-scale production of high-voltage wiring harness products for Honda INSIGHT. The first comprehensive development of high-voltage wiring harness parts, such as wires, terminals and connectors, began in 2001 for the Toyota ESTIMA hybrid vehicle. In terms of terminals, two types of bolt-type molded and plug-type connectors have been developed based on the technical requirements of the connection interface. Electromagnetic shielding started with individually shielded cables, then introduced integral braided wire harness shielding for the Toyota Prius in 2003, and introduced the first tube shielding technology for the Honda CIVICHYBRID in 2005. The maximum temperature requirement for high-voltage wire harnesses has also changed from the original 120°C to 150°C.

Arv 2 shows the application of high-voltage wiring harness products in HEV models. On the right, the wiring harness assembly is shown, secured using wire troughs. In the lower left corner is the motor wiring harness. The terminals are bolted and shielded overall.

In order to prevent high-voltage wiring harnesses from causing interference to low-voltage wiring harnesses, radios, jne, electromagnetic shielding is particularly important for high-voltage wiring harnesses. Lisaks, most of the high-voltage wiring harnesses of new energy vehicles are routed on the chassis, and mechanical protection performance is also particularly important for high-voltage wiring harnesses.
The left side of Figure 3 shows the individually shielded high-voltage wire harness. Each wire is covered with a copper braided shield, with the overall shielding scheme on the right. There is no separate braided shield outside the cable, but overall shielding on the outside of multiple high-voltage cables. The 2003 Toyota Prius used an overall shielded high-voltage wire harness design to simplify the wire harness structure and reduce the number of necessary components, thereby reducing the cost of the overall high-voltage wire harness system. Arv 4 shows the use of protective sleeves and injection molded wire troughs on the outside of the two design options for mechanical protection.

The disadvantages of the above high-voltage wiring harness design scheme are as follows:
1. Low thermal conductivity: due to low thermal conductivity caused by protective sleeves and injection molded wire troughs, the axial thermal conductivity of the wire harness is low;
2. As a result of this low heat transfer, the size of the wires increases, resulting in an increase in the weight and cost of the high-voltage harness;
3. Mechanical protection structure (wire trough): If the layout of the high-voltage wire harness changes, the shape and structure of the wire trough also need to be changed, which increases the cost and lengthens the development cycle.
In order to eliminate these shortcomings, YAXUN developed a tubular shielded high-voltage wire harness, which installs unshielded high-voltage wire harnesses into aluminum alloy tubes. Aluminum alloy steel pipe effectively combines electromagnetic shielding and mechanical protection, nagu on näidatud joonisel 5.

Compared with the previously mentioned solutions of individual shielding and overall shielding using protective sleeves and injection molded wire ducts, it has the following advantages:
1. The high heat transfer of aluminum alloy materials can reduce the conductor specifications of the wire harness;
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. Arv 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.
Lisaks, 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. Arv 16 Test method for electromagnetic shielding performance.

Judging from the test results, the 0.8MHz individually shielded cable high-voltage wire harness has better shielding performance. Higher than 0.8MHz, high-voltage wire harnesses using aluminum alloy pipes have better electromagnetic shielding performance.

Because aluminum alloy steel pipes are used and arranged under the chassis of the vehicle, anti-corrosion performance testing is essential. Arv 18 shows that the pipeline after the gravel impact test and the wiring harness assembly after the salt spray test meet the requirements of the salt spray test.

Kokkuvõte: Electric vehicle high-voltage cables achieve safe and efficient power transmission through a multi-layer structure, and their applications cover power, charging and auxiliary systems. Their selection needs to comprehensively consider voltage levels, electromagnetic compatibility and mechanical protection requirements to ensure the reliability and safety of the vehicle’s high-voltage system‌.