Sastav i primjena EV HV spojnih kabela

Zahtjevi rasporeda EV HV visokonaponskih kabelskih snopova, uključujući položaj, fiksacija i veličina, uključuju strukturu kabela, ali uglavnom raspored, što može biti od pomoći za aplikacijski dio. Detaljno je opisana struktura visokonaponskog kabela, uključujući vodiče, zaštitni slojevi, izolacijski slojevi, itd., koji bi trebao izravno odgovoriti na pitanje sastava. Dio aplikacije spominje prijenos energije s baterije na motor, pretvarač, itd., kao i prijenos signala, što je također kritično.

Visokonaponski spojni uređaj, koji spominje naponsku razinu visokonaponskih kabela, oklopljeni i neoklopljeni tipovi, te razlika između jednojezgrenih i višejezgrenih, što su sve detalji kompozicije. Aspekt primjene spominje prijenos energije između električnih uređaja, kao što je glavni pogonski motor, sustav klimatizacije, itd., koju treba spojiti s tim sadržajima. Ukratko je opisan sastav visokonaponskog kabelskog svežnja, uključujući priključke, terminali, žice, itd., koji mogu dopuniti informacije o komponentama.

Visokonaponske komponente, koji spominje da visokonaponski kabeli povezuju baterije, punjači i druge komponente, naglašava izolaciju i podnosivi napon, i ovaj dio primjene treba citirati. Kabelski svežanj između priključka za brzo punjenje i visokonaponske kutije koristi visokonaponske kabele, i ovaj dio scenarija primjene također treba uzeti u obzir.

Sastav i primjena EV HV spojnih kabela

Komponente EV HV spojnih kabela trebaju uključivati ​​materijal za vodiče (bakar ili aluminij), zaštitni sloj vodiča, izolacijski sloj, izolacijski zaštitni sloj, metalni zaštitni sloj, i zaštitni poklopac. Aspekti primjene uključuju prijenos energije (baterija na motor, pretvarač, itd.), sustav punjenja (brzo punjenje/sporo punjenje), pomoćni sustav (klimatizacija, PTC grijač), EMC dizajn, itd.

1. Sastav visokonaponskih spojnih kabela za električna vozila
Visokonaponski kabeli su ključne komponente prijenosa električne energije u električnim vozilima. Njihov strukturni dizajn mora zadovoljiti zahtjeve visokog napona, velika struja i elektromagnetska kompatibilnost. Oni uglavnom uključuju sljedeće razine:

dirigent
Bakar (izvrsna vodljivost) odnosno aluminija (lagan i niske cijene) koristi se kao osnovni materijal, odgovoran za prijenos struje‌.
Zaštitni sloj vodiča
Omotajte vodič za jednoliku distribuciju električnog polja i spriječite djelomično pražnjenje‌.
Izolacijski sloj
Visokonaponski materijali (kao što je umreženi polietilen) koriste se za pružanje zaštite električne izolacije kako bi se spriječilo curenje ili kratki spoj‌.
Izolacijski zaštitni sloj‌
Dodatno optimizira distribuciju električnog polja i smanjuje štetu od električnog naprezanja na kabelu‌.
Metalni zaštitni sloj
Od bakrene pletenice ili aluminijske folije, potiskuje elektromagnetske smetnje (EMI) i poboljšava elektromagnetsku kompatibilnost (EMC)‌.
Zaštitni poklopac
Vanjska zaštitna struktura ima karakteristike otpornosti na habanje, otpornost na visoke temperature, otpornost na koroziju, itd., i pogodan je za složene radne uvjete‌.

Posebna vrsta dizajna:
Oklopljeni kabel: Smanjite elektromagnetske smetnje kroz metalni zaštitni sloj, pogodan za scene s visokim zahtjevima za EMC‌.
Neoklopljeni kabel: Koristi se u okruženjima s niskim smetnjama, niži trošak.
‌Jednožilni/višežilni kabel‌: Jednožilni kabel prikladan je za prijenos velike struje (kao što je napajanje motora), a višežilni kabel koristi se za kompozitni prijenos više signala‌.

2. Primjena visokonaponskih spojnih kabela za električna vozila
Visokonaponski kabeli služe za prijenos struje i kontrolu signala u visokonaponskom sustavu cijelog vozila. Glavni scenariji primjene uključuju:

Prijenos snage elektroenergetskog sustava
Spojite bateriju s pogonskim motorom, pretvarač, DC/DC pretvarač i druge komponente za prijenos 200-1500V visokog napona DC ili AC.

Moraju se ispuniti zahtjevi visoke gustoće struje (kao što je simetričan raspored trofaznog voda motora).

Sustav punjenja
Sučelje za brzo punjenje: Spojite priključak za brzo punjenje s visokonaponskom razvodnom kutijom (PDU) za podršku DC punjenja velike snage.

‌Sučelje za sporo punjenje‌: Spojite ugrađeni punjač (OBC) s paketom baterija za prijenos izmjenične struje.

‌Visokonaponski pomoćni sustav‌
Omogućuje napajanje kompresora klima uređaja, PTC grijači, električni sustavi upravljanja/kočenja, itd.

‌Optimizacija elektromagnetske kompatibilnosti‌
Oklopljeni kabeli koriste se u ključnim stazama (kao što su vodovi od baterije do motora) kako bi se smanjio utjecaj elektromagnetskih smetnji na drugu elektroničku opremu.

3. Tipični tehnički zahtjevi
Razina napona: AC 600V/DC 900V ili AC 1000V/DC 1500V, usklađivanje prema zahtjevima komponenti, baterija za napajanje, pogonski motor, itd.
Fiksni razmak: ≤300 mm kada je površina poprečnog presjeka veća od 16 mm²; ≤200 mm kada je ≤16 mm², izbjegavajte vješanje ili pretjerano savijanje, pričvršćivanje i raspored kabelskog svežnja
Sigurnosni razmak: Razmak sa nepokretnim dijelovima je ≥10 mm, izbjegavanje područja deformacije sudara (kao što su protusudarne grede, vrata automobila)‌

Tradicionalni kabelski snopovi novih energetskih vozila sastoje se od žica i plastičnih žica. Budući da plastični kanali slabo odvode toplinu, visokonaponski snopovi žica zahtijevaju žice većeg promjera kako bi se smanjio utjecaj topline. Uz to, promjena i razvoj novog dizajna kalupa za zaštitu korita od žice je skupa, a proizvodni ciklus je dug. Tako smo vidjeli rješenje kabelskog svežnja za zaštitu cijevi, čiji je predstavnik Sumitomo visokonaponski kabelski svežanj.
S brzim razvojem novih energetskih vozila posljednjih godina. Njegove visokonaponske električne komponente, kao što su motori, pretvarači i visokonaponske baterije, također se stalno razvijaju i poboljšavaju. Visokonaponski kabelski svežanj koji ih povezuje također se stalno razvija i poboljšava. Vozilu su hitno potrebni visokonaponski kabelski snopovi kako bi se smanjili troškovi, težinu i prostor rasporeda.

Lik 1 prikazuje vremenski okvir za masovnu proizvodnju visokonaponskih žičanih snopova. U 1999, naša tvrtka započela je veliku proizvodnju visokonaponskih kabelskih snopova za Hondu INSIGHT. Prvi sveobuhvatni razvoj dijelova visokonaponskog kabelskog svežnja, kao što su žice, terminali i konektori, započeo u 2001 za hibridno vozilo Toyota ESTIMA. Što se tiče terminala, na temelju tehničkih zahtjeva sučelja za povezivanje razvijene su dvije vrste lijevanih i utičnih konektora. Elektromagnetska zaštita započela je s pojedinačno oklopljenim kabelima, zatim uveo integralnu zaštitu od pletene žice za Toyotu Prius u 2003, godine i predstavio prvu tehnologiju zaštite cijevi za Hondu CIVICHYBRID 2005. Zahtjev za maksimalnom temperaturom za visokonaponske kabelske snopove također se promijenio s izvornih 120°C na 150°C.

Lik 2 prikazuje primjenu visokonaponskih kabelskih snopova u HEV modelima. S desne strane, prikazan je sklop kabelskog svežnja, osiguran žičanim koritima. U donjem lijevom kutu je kabelski svežanj motora. Priključci su u cijelosti pričvršćeni vijcima i oklopljeni.

Kako bi se spriječilo da visokonaponski kabelski snopovi uzrokuju smetnje niskonaponskim kabelskim snopovima, radio aparati, itd., elektromagnetska zaštita je posebno važna za visokonaponske kabelske snopove. Uz to, većina visokonaponskih kabelskih snopova novih energetskih vozila postavljena je na šasiju, a performanse mehaničke zaštite također su posebno važne za visokonaponske kabelske snopove.
Lijeva strana slike 3 prikazuje pojedinačno oklopljeni visokonaponski kabelski svežanj. Svaka žica prekrivena je štitom od bakrene pletenice, sa cjelokupnom shemom zaštite na desnoj strani. Ne postoji poseban pleteni štit izvan kabela, ali ukupna zaštita s vanjske strane više visokonaponskih kabela. A 2003 Toyota Prius upotrijebila je cjelokupni zaštićeni visokonaponski dizajn kabelskog svežnja kako bi pojednostavila strukturu kabelskog svežnja i smanjila broj potrebnih komponenti, čime se smanjuje trošak cjelokupnog sustava visokonaponskih žica. Lik 4 prikazuje upotrebu zaštitnih navlaka i žica brizganih žica na vanjskoj strani dviju opcija dizajna za mehaničku zaštitu.

Nedostaci gornje sheme projektiranja visokonaponskog ožičenja su sljedeći:
1. Niska toplinska vodljivost: zbog niske toplinske vodljivosti uzrokovane zaštitnim čahurama i žljebovima od brizgane žice, aksijalna toplinska vodljivost kabelskog svežnja je niska;
2. Kao rezultat ovog niskog prijenosa topline, povećava se veličina žica, što rezultira povećanjem težine i cijene visokonaponskog kabelskog svežnja;
3. Mehanička zaštitna konstrukcija (žičano korito): Ako se promijeni raspored visokonaponskog kabelskog svežnja, potrebno je promijeniti i oblik i strukturu žičanog korita, što poskupljuje i produljuje razvojni ciklus.
Da bi se ovi nedostaci otklonili, YAXUN je razvio cjevasti oklopljeni visokonaponski kabelski svežanj, koji ugrađuje neoklopljene visokonaponske kabelske snopove u cijevi od aluminijske legure. Čelična cijev od legure aluminija učinkovito kombinira elektromagnetsku zaštitu i mehaničku zaštitu, kako je prikazano na slici 5.

U usporedbi s prethodno spomenutim rješenjima individualne zaštite i ukupne zaštite korištenjem zaštitnih rukava i brizganih žičanih kanala, ima sljedeće prednosti:
1. Visoki prijenos topline materijala od aluminijske legure može smanjiti specifikacije vodiča žičanog svežnja;
2. Smanjite težinu cjelokupnog sustava visokonaponskog ožičenja;
3. Raspored i ugradnja visokonaponskih kabelskih snopova lakši su i fleksibilniji.
Ovo rješenje korišteno je u Honda INSIGHT (2009), CR-Z i Fit Hybrid (2010), i OSLOBOĐENI hibrid (2011).
Kroz pokuse, uspoređivane su mogućnosti odvođenja topline visokonaponskih kabelskih snopova zaštićenih cijevima od aluminijske legure i onih zaštićenih standardnim polipropilenskim plastičnim cijevima. Eksperimenti su pokazali da cijevi od aluminijske legure imaju bolju sposobnost odvođenja topline od standardnih polipropilenskih plastičnih cijevi.
Postavljanje testa prikazano je na slici 6. Obje komponente postavljene su na vrhu sustava grijanja koji stvara visoke temperature od približno 350°C. Lik 7 prikazuje mjerenje izmjerene površinske temperature. Cijevi od aluminijske legure imaju dobru toplinsku vodljivost i njihov aksijalni prijenos topline mnogo je bolji od plastičnih zaštitnika.

Ova izvrsna izvedba rasipanja topline može smanjiti specifikacije vodiča visokonaponskih kabela i smanjiti razinu temperaturne otpornosti kabela. Ova dva aspekta mogu učinkovito smanjiti troškove visokonaponskih kabela.
Uz to, zbog ovog dizajna, visokonaponski kabel se mijenja iz oklopljenog kabela u neoklopljeni kabel, eliminirajući potrebu za vanjskim omotačem kabela i zaštitnim kanalima lijevanim ubrizgavanjem, a težina se može smanjiti za oko 18%. Kako se visokonaponski kabeli mijenjaju s oklopljenih kabela na neoklopljene kabele, dizajn visokonaponskih konektora postaje jednostavniji.

Budući da čelične cijevi od aluminijske legure imaju dobru sposobnost oblikovanja, visokonaponski kabelski snopovi koji koriste čelične cijevi od aluminijske legure pogodniji su za ugradnju tijekom proizvodnje.

Visokonaponski kabelski svežanj koji koristi čelične cijevi od legure aluminija ima dobru krutost i ne popušta, a udaljenost između njegovih fiksnih točaka može se postaviti dalje. Zbog svoje visoke fleksibilnosti, teško je osigurati udaljenost od tla tradicionalnih visokonaponskih kabelskih snopova kada se postave na šasiju.

Kada se promijeni dizajn visokonaponskih žičanih snopova koji koriste kanale za brizgane žice, kalup treba ponovno otvoriti ili modificirati kalup. Korištenje čeličnih cijevi od aluminijske legure zahtijeva samo savijanje, što uvelike skraćuje razvojni ciklus visokonaponskih snopova žica.

Druga najvažnija izvedba je izvedba elektromagnetske zaštite. Lik 16 Metoda ispitivanja za elektromagnetsku zaštitu.

Sudeći prema rezultatima ispitivanja, visokonaponski kabelski svežanj pojedinačno zaštićenog kabela od 0,8 MHz ima bolje performanse zaštite. Viši od 0,8MHz, visokonaponski kabelski snopovi koji koriste cijevi od aluminijske legure imaju bolju elektromagnetsku zaštitu.

Budući da se čelične cijevi od aluminijske legure koriste i postavljaju ispod šasije vozila, ispitivanje performansi protiv korozije je bitno. Lik 18 pokazuje da cjevovod nakon ispitivanja udarom šljunka i sklop kabelskog svežnja nakon ispitivanja slanim sprejom ispunjavaju zahtjeve ispitivanja slanim sprejom.

Sažetak: Visokonaponski kabeli za električna vozila ostvaruju siguran i učinkovit prijenos energije kroz višeslojnu strukturu, a njihove primjene pokrivaju snagu, punjenje i pomoćni sustavi. Njihov odabir treba sveobuhvatno razmotriti razine napona, zahtjevi za elektromagnetsku kompatibilnost i mehaničku zaštitu kako bi se osigurala pouzdanost i sigurnost visokonaponskog sustava vozila‌.