ترکیب و کاربرد کابل های اتصال EV HV

الزامات چیدمان دسته سیم های ولتاژ بالا EV HV, از جمله موقعیت, تثبیت و اندازه, شامل ساختار کابل می شود, اما عمدتاً طرح, که ممکن است برای بخش برنامه مفید باشد. ساختار کابل ولتاژ بالا به تفصیل توضیح داده شده است, از جمله هادی ها, لایه های محافظ, لایه های عایق, و غیره, که باید مستقیماً به سؤال ترکیب پاسخ دهد. قسمت کاربرد انتقال نیرو از باتری به موتور را ذکر می کند, اینورتر, و غیره, و همچنین انتقال سیگنال, که آن نیز حیاتی است.

دستگاه اتصال ولتاژ بالا, که به سطح ولتاژ کابل های فشار قوی اشاره می کند, انواع محافظ و بدون محافظ, و تفاوت بین تک هسته ای و چند هسته ای, که همه جزئیات ترکیب هستند. جنبه کاربردی انتقال نیرو بین دستگاه های الکتریکی را ذکر می کند, مانند موتور محرک اصلی, سیستم تهویه مطبوع, و غیره, که باید با این مطالب ترکیب شود. ترکیب دسته سیم ولتاژ بالا به اختصار توضیح داده شده است, از جمله اتصال دهنده ها, پایانه ها, سیم, و غیره, که ممکن است اطلاعات اجزا را تکمیل کند.

اجزای ولتاژ بالا, که اشاره می کند که کابل های ولتاژ بالا بسته های باتری را به هم متصل می کنند, شارژرها و سایر قطعات, بر عایق بودن و مقاومت در برابر ولتاژ تأکید دارد, و این بخش برنامه باید ذکر شود. دسته سیم بین پورت شارژ سریع و جعبه ولتاژ بالا از کابل های ولتاژ بالا استفاده می کند, و این قسمت از سناریوی برنامه نیز باید در نظر گرفته شود.

ترکیب و کاربرد کابل های اتصال EV HV

اجزای کابل های اتصال EV HV باید شامل مواد رسانا باشد (مس یا آلومینیوم), لایه محافظ هادی, لایه عایق, لایه محافظ عایق, لایه محافظ فلزی, و پوشش محافظ. جنبه های کاربردی شامل انتقال نیرو است (باتری به موتور, اینورتر, و غیره), سیستم شارژ (شارژ سریع / شارژ آهسته), سیستم کمکی (تهویه مطبوع, بخاری PTC), طراحی EMC, OTC.

1. ترکیب کابل های اتصال ولتاژ بالا برای وسایل نقلیه الکتریکی
کابل های فشار قوی اجزای اصلی انتقال انرژی الکتریکی در خودروهای الکتریکی هستند. طراحی ساختاری آنها باید الزامات ولتاژ بالا را برآورده کند, جریان بالا و سازگاری الکترومغناطیسی. آنها عمدتاً شامل سطوح زیر هستند:

هادی
مس (هدایت عالی) یا آلومینیوم (سبک و کم هزینه) به عنوان ماده اصلی استفاده می شود, مسئول انتقال جریان است.
لایه محافظ هادی
هادی را برای توزیع یکنواخت میدان الکتریکی بپیچید و از تخلیه جزئی جلوگیری کنید.
لایه عایق
مواد با ولتاژ بالا (مانند پلی اتیلن متقاطع) برای محافظت از عایق الکتریکی برای جلوگیری از نشت یا اتصال کوتاه استفاده می شود.
لایه محافظ عایق
همچنین توزیع میدان الکتریکی را بهینه می‌کند و آسیب تنش الکتریکی به کابل را کاهش می‌دهد.
لایه محافظ فلزی
ساخته شده از نوار مسی یا فویل آلومینیومی, تداخل الکترومغناطیسی را سرکوب می کند (EMI) و سازگاری الکترومغناطیسی را بهبود می بخشد (EMC)‌.
پوشش محافظ
ساختار محافظ بیرونی دارای ویژگی های مقاومت در برابر سایش است, مقاومت در برابر دمای بالا, مقاومت در برابر خوردگی, و غیره, و برای شرایط کاری پیچیده مناسب است.

نوع طراحی خاص:
کابل محافظ: تداخل الکترومغناطیسی را از طریق لایه محافظ فلزی کاهش دهید, مناسب برای صحنه هایی با نیاز EMC بالا.
کابل بدون محافظ: در محیط های کم تداخل استفاده می شود, هزینه کمتر.
کابل تک هسته ای/چند هسته ای: کابل تک هسته ای برای انتقال جریان بالا مناسب است (مانند منبع تغذیه موتور), و کابل چند هسته ای برای انتقال کامپوزیت چند سیگنالی استفاده می شود.

2. استفاده از کابل های اتصال فشار قوی برای وسایل نقلیه الکتریکی
کابل های ولتاژ بالا برای انتقال نیرو و کنترل سیگنال در سیستم ولتاژ بالا کل وسیله نقلیه استفاده می شود.. سناریوهای اصلی برنامه شامل:

سیستم انتقال قدرت
باتری برق را با موتور محرک وصل کنید, اینورتر, مبدل DC/DC و سایر قطعات برای انتقال ولتاژ 200-1500 ولت DC یا AC.

الزامات چگالی جریان بالا باید برآورده شود (مانند آرایش متقارن خط سه فاز موتور).

سیستم شارژ
رابط شارژ سریع: پورت شارژ سریع را با جعبه توزیع برق با ولتاژ بالا وصل کنید (PDU) برای پشتیبانی از شارژ DC با قدرت بالا.

رابط شارژ آهسته: شارژر روی برد را وصل کنید (OBC) با بسته باتری برای انتقال AC.

‌سیستم کمکی فشار قوی
تامین برق برای کمپرسورهای تهویه مطبوع, بخاری های PTC, سیستم های فرمان/ترمز الکتریکی, OTC.

بهینه سازی سازگاری الکترومغناطیسی
کابل های محافظ در مسیرهای کلیدی استفاده می شود (مانند خطوط باتری به موتور) برای کاهش تأثیر تداخل الکترومغناطیسی بر سایر تجهیزات الکترونیکی.

3. الزامات فنی معمولی
سطح ولتاژ: AC 600V/DC 900V یا AC 1000V/DC 1500V, مطابق با الزامات جزء, باتری قدرت, موتور محرک, OTC.
فاصله ثابت: ≤300 میلی متر وقتی سطح مقطع بزرگتر از 16 میلی متر مربع; ≤200 میلی متر وقتی ≤16 میلی متر مربع است, از آویزان شدن یا خم شدن بیش از حد خودداری کنید, تثبیت و چیدمان دسته سیم
فاصله ایمنی: شکاف با قطعات ثابت ≥10 میلی متر است, اجتناب از مناطق تغییر شکل برخورد (مانند تیرهای ضد برخورد, درب های ماشین)‌

سیم کشی های سنتی وسایل نقلیه با انرژی جدید از سیم ها و محفظه های سیم پلاستیکی تشکیل شده است. زیرا ترانک پلاستیکی اتلاف حرارت ضعیفی دارد, بسته‌های سیم ولتاژ بالا به سیم‌های گیج بزرگ‌تری برای کاهش تأثیر گرما نیاز دارند. علاوه بر این, تغییر و توسعه طراحی قالب حفاظتی جدید از طریق سیم پرهزینه و چرخه تولید طولانی است. بنابراین ما محلول مهار سیم محافظ لوله را دیدیم, که نماینده آن مهار سیم ولتاژ بالا Sumitomo است.
با توسعه سریع وسایل نقلیه انرژی جدید در سال های اخیر. قطعات الکتریکی ولتاژ بالا آن, مانند موتورها, اینورترها و باتری های فشار قوی, همچنین به طور مداوم توسعه یافته و بهبود می یابند. دسته سیم های ولتاژ بالا که آنها را به هم وصل می کنند نیز دائما در حال توسعه و بهبود هستند. این وسیله نقلیه برای کاهش هزینه ها نیاز فوری به سیم کشی فشار قوی دارد, وزن و فضای چیدمان.

شکل 1 جدول زمانی تولید انبوه محصولات مهار سیم فشار قوی را نشان می دهد. در 1999, شرکت ما تولید در مقیاس بزرگ محصولات مهار سیم ولتاژ بالا را برای Honda INSIGHT آغاز کرد. اولین توسعه جامع قطعات دسته سیم ولتاژ بالا, مانند سیم, پایانه ها و کانکتورها, آغاز شد در 2001 برای خودروی هیبریدی تویوتا ESTIMA. از نظر پایانه ها, بر اساس الزامات فنی رابط اتصال، دو نوع اتصالات قالبی و پلاگین از نوع پیچ و مهره ایجاد شده است.. محافظ الکترومغناطیسی با کابل های محافظ جداگانه شروع شد, سپس محافظ مهار سیم بافته یکپارچه برای تویوتا پریوس را معرفی کرد 2003, و اولین فناوری محافظ لوله را برای هوندا CIVICHYBRID معرفی کرد 2005. حداکثر دمای مورد نیاز برای مهار سیم های فشار قوی نیز از 120 درجه سانتیگراد اولیه به 150 درجه سانتیگراد تغییر کرده است..

شکل 2 کاربرد محصولات مهار سیم ولتاژ بالا در مدل های HEV را نشان می دهد. در سمت راست, مجموعه دسته سیم نشان داده شده است, با استفاده از شیارهای سیمی ایمن شده است. در گوشه پایین سمت چپ دسته سیم موتور قرار دارد. پایانه ها به طور کلی پیچ و مهره شده اند.

به منظور جلوگیری از ایجاد تداخل دسته سیم‌های فشار قوی به دسته‌های سیم‌کشی فشار ضعیف, رادیوها, و غیره, محافظ الکترومغناطیسی به ویژه برای سیم کشی های ولتاژ بالا مهم است. علاوه بر این, بیشتر سیم کشی های ولتاژ بالا وسایل نقلیه با انرژی جدید روی شاسی قرار دارند, و عملکرد حفاظت مکانیکی نیز به ویژه برای سیم کشی های ولتاژ بالا مهم است.
سمت چپ شکل 3 دسته سیم ولتاژ بالا محافظ جداگانه را نشان می دهد. هر سیم با یک سپر بافته مسی پوشیده شده است, با طرح کلی محافظ در سمت راست. هیچ محافظ بافته جداگانه ای در خارج از کابل وجود ندارد, اما محافظ کلی در خارج از چندین کابل ولتاژ بالا. را 2003 تویوتا پریوس برای ساده‌سازی ساختار مهار سیم و کاهش تعداد اجزای ضروری، از یک طراحی کلی مهار سیم با ولتاژ بالا استفاده کرد., در نتیجه هزینه سیستم مهار سیم ولتاژ بالا را کاهش می دهد. شکل 4 استفاده از آستین های محافظ و شیارهای سیمی قالب گیری تزریقی در قسمت بیرونی دو گزینه طراحی برای حفاظت مکانیکی را نشان می دهد..

معایب طرح طراحی دسته سیم فشار قوی بالا به شرح زیر است:
1. هدایت حرارتی کم: به دلیل هدایت حرارتی کم ناشی از آستین های محافظ و فرورفتگی سیم های قالب گیری تزریقی, هدایت حرارتی محوری دسته سیم کم است;
2. در نتیجه این انتقال حرارت کم, اندازه سیم ها افزایش می یابد, منجر به افزایش وزن و هزینه مهار ولتاژ بالا می شود;
3. ساختار حفاظت مکانیکی (طاق سیم): اگر چیدمان دسته سیم فشار قوی تغییر کند, شکل و ساختار قفسه سیم نیز باید تغییر کند, که باعث افزایش هزینه و طولانی شدن چرخه توسعه می شود.
تا این کاستی ها برطرف شود, YAXUN یک مهار سیم ولتاژ بالا با محافظ لوله‌ای توسعه داد, که مهار سیم های ولتاژ بالا بدون محافظ را در لوله های آلیاژ آلومینیوم نصب می کند. لوله فولادی آلیاژی آلومینیوم به طور موثر محافظ الکترومغناطیسی و حفاظت مکانیکی را ترکیب می کند, همانطور که در شکل نشان داده شده است 5.

در مقایسه با راه حل های ذکر شده قبلی در مورد محافظ فردی و محافظ کلی با استفاده از آستین های محافظ و کانال های سیم قالب گیری تزریقی, دارای مزایای زیر است:
1. انتقال حرارت بالای مواد آلیاژ آلومینیوم می تواند مشخصات هادی مهار سیم را کاهش دهد;
2. وزن سیستم مهار سیم کشی ولتاژ بالا را کاهش دهید;
3. چیدمان و نصب دسته سیم های فشار قوی آسان تر و انعطاف پذیرتر است.
این محلول در هوندا INSIGHT استفاده شده است (2009), CR-Z و فیت هیبرید (2010), و FREED Hybrid (2011).
از طریق آزمایشات, قابلیت های اتلاف گرما مهار سیم های ولتاژ بالا محافظت شده توسط لوله های آلیاژ آلومینیوم و آن هایی که توسط لوله های پلاستیکی پلی پروپیلن استاندارد محافظت می شوند مقایسه شد.. آزمایش‌ها نشان داده‌اند که لوله‌های آلیاژی آلومینیومی نسبت به لوله‌های پلاستیکی پلی‌پروپیلن استاندارد قابلیت اتلاف حرارت بهتری دارند..
تنظیمات تست در شکل نشان داده شده است 6. هر دو مولفه در بالای یک سیستم گرمایشی قرار می‌گیرند که دمای بالای تقریباً 350 درجه سانتیگراد تولید می‌کند. شکل 7 اندازه گیری دمای سطح اندازه گیری شده را نشان می دهد. لوله های آلیاژی آلومینیومی هدایت حرارتی خوبی دارند و عملکرد انتقال حرارت محوری آنها بسیار بهتر از محافظ های پلاستیکی است..

این عملکرد عالی اتلاف حرارت می تواند مشخصات هادی کابل های ولتاژ بالا را کاهش دهد و سطح مقاومت دما کابل ها را کاهش دهد.. این دو جنبه می تواند به طور موثر هزینه کابل های فشار قوی را کاهش دهد.
علاوه بر این, به دلیل این طراحی, کابل ولتاژ بالا از کابل محافظ به کابل بدون محافظ تغییر می کند, از بین بردن نیاز به غلاف بیرونی کابل و تنه محافظ قالب‌گیری تزریقی, و وزن را می توان حدوداً کاهش داد 18%. همانطور که کابل های فشار قوی از کابل های محافظ به کابل های بدون محافظ تغییر می کنند, طراحی کانکتورهای ولتاژ بالا ساده تر می شود.

از آنجایی که لوله های فولادی آلیاژ آلومینیوم شکل پذیری خوبی دارند, مهار سیم های ولتاژ بالا با استفاده از لوله های فولادی آلیاژ آلومینیوم برای نصب در حین ساخت مساعدتر هستند..

دسته سیم ولتاژ بالا با استفاده از لوله فولادی آلیاژی آلومینیومی استحکام خوبی دارد و افت نمی کند., و فاصله بین نقاط ثابت آن را می توان دورتر تنظیم کرد. به دلیل انعطاف پذیری بالایی که دارد, هنگام قرار دادن سیم‌های فشار قوی روی شاسی، اطمینان از فاصله زمین از زمین دشوار است..

هنگامی که طراحی دسته سیم های فشار قوی با استفاده از کانال های سیم قالب گیری تزریقی تغییر می کند., قالب باید دوباره باز شود یا قالب باید اصلاح شود. استفاده از لوله های فولادی آلیاژی آلومینیوم فقط نیاز به خم شدن دارد, که چرخه توسعه سیم های ولتاژ بالا را بسیار کوتاه می کند.

عملکرد مهم دیگر عملکرد محافظ الکترومغناطیسی است. شکل 16 روش تست عملکرد محافظ الکترومغناطیسی.

با قضاوت از نتایج آزمون, دسته سیم ولتاژ بالا با کابل محافظ 0.8 مگاهرتز عملکرد محافظ بهتری دارد. بالاتر از 0.8 مگاهرتز, مهار سیم های ولتاژ بالا با استفاده از لوله های آلیاژ آلومینیوم عملکرد محافظ الکترومغناطیسی بهتری دارند..

زیرا لوله های فولادی آلیاژ آلومینیوم استفاده و در زیر شاسی خودرو چیده می شوند, تست عملکرد ضد خوردگی ضروری است. شکل 18 نشان می دهد که خط لوله پس از آزمایش ضربه شن و مجموعه سیم کشی پس از آزمایش اسپری نمک الزامات آزمایش اسپری نمک را برآورده می کند..

خلاصه: کابل های ولتاژ بالا وسایل نقلیه الکتریکی از طریق یک ساختار چند لایه به انتقال نیرو ایمن و کارآمد می رسند, و کاربردهای آنها قدرت را پوشش می دهد, سیستم های شارژ و کمکی. انتخاب آنها باید به طور جامع سطوح ولتاژ را در نظر بگیرد, الزامات سازگاری الکترومغناطیسی و حفاظت مکانیکی برای اطمینان از قابلیت اطمینان و ایمنی سیستم ولتاژ بالا خودرو.