La composizione e l'applicazione dei cavi di collegamento EV HV

I requisiti di layout dei cablaggi ad alta tensione EV HV, compresa la posizione, fissazione e dimensione, coinvolgono la struttura del cavo, ma soprattutto l'impaginazione, che può essere utile per la parte applicativa. La struttura del cavo ad alta tensione è descritta in dettaglio, compresi i conduttori, strati schermanti, strati isolanti, ecc., che dovrebbe rispondere direttamente alla domanda sulla composizione. La parte applicativa menziona la trasmissione di potenza dalla batteria al motore, inverter, ecc., così come la trasmissione del segnale, anche questo è fondamentale.

Dispositivo di collegamento ad alta tensione, che menziona il livello di tensione dei cavi ad alta tensione, tipi schermati e non schermati, e la differenza tra single-core e multi-core, che sono tutti i dettagli della composizione. L'aspetto applicativo menziona la trasmissione di potenza tra dispositivi elettrici, come il motore di azionamento principale, impianto di climatizzazione, ecc., che deve essere combinato con questi contenuti. Viene brevemente descritta la composizione del cablaggio ad alta tensione, compresi i connettori, Terminali, fili, ecc., che possono integrare le informazioni dei componenti.

Componenti ad alta tensione, che menziona che i cavi ad alta tensione collegano i pacchi batteria, caricabatterie e altri componenti, enfatizza l'isolamento e la resistenza alla tensione, e questa parte applicativa deve essere citata. Il cablaggio tra la porta di ricarica rapida e la scatola ad alta tensione utilizza cavi ad alta tensione, e anche questa parte dello scenario applicativo dovrebbe essere considerata.

La composizione e l'applicazione dei cavi di collegamento EV HV

I componenti dei cavi EV HV Connecting devono includere materiale conduttore (rame o alluminio), strato schermante del conduttore, strato isolante, strato schermante isolante, strato schermante metallico, e copertura protettiva. Gli aspetti applicativi riguardano la trasmissione di potenza (batteria al motore, inverter, ecc.), sistema di ricarica (ricarica rapida/ricarica lenta), sistema ausiliario (aria condizionata, Riscaldatore PTC), Progettazione EMC, ecc.

1. Composizione di cavi di collegamento ad alta tensione per veicoli elettrici
I cavi ad alta tensione sono i componenti principali della trasmissione dell’energia elettrica nei veicoli elettrici. Il loro design strutturale deve soddisfare i requisiti di alta tensione, alta corrente e compatibilità elettromagnetica. Includono principalmente i seguenti livelli:

conduttore
Rame (ottima conduttività) o alluminio (leggero e a basso costo) viene utilizzato come materiale di base, responsabile della trasmissione corrente‌.
‌Strato di schermatura del conduttore‌
Avvolgere il conduttore per una distribuzione uniforme del campo elettrico e prevenire scariche parziali‌.
‌Strato isolante‌
Materiali ad alta tensione (come il polietilene reticolato) sono utilizzati per fornire protezione dell'isolamento elettrico per evitare perdite o cortocircuiti‌.
‌Strato schermante isolante‌
Ottimizza ulteriormente la distribuzione del campo elettrico e riduce il danno da stress elettrico al cavo‌.
‌Strato schermante metallico‌
Realizzato in treccia di rame o foglio di alluminio, sopprime le interferenze elettromagnetiche (Emi) e migliora la compatibilità elettromagnetica (EMC)‌.
‌Copertura protettiva‌
La struttura protettiva esterna ha le caratteristiche di resistenza all'usura, resistenza alle alte temperature, resistenza alla corrosione, ecc., ed è adatto a condizioni di lavoro complesse‌.

‌Tipo di design speciale‌:
‌Cavo schermato‌: Ridurre le interferenze elettromagnetiche attraverso lo strato di schermatura metallica, adatto per scene con elevati requisiti EMC‌.
‌Cavo non schermato‌: Utilizzato in ambienti a bassa interferenza, costo‌ inferiore.
‌Cavo unipolare/multipolare‌: Il cavo unipolare è adatto per la trasmissione di corrente elevata (come l'alimentazione del motore), e il cavo multicore viene utilizzato per la trasmissione composita multi-segnale‌.

2. Applicazione di cavi di collegamento ad alta tensione per veicoli elettrici
I cavi ad alta tensione vengono utilizzati per la trasmissione di potenza e il controllo del segnale nel sistema ad alta tensione dell'intero veicolo. I principali scenari applicativi includono:

‌Trasmissione di potenza del sistema di alimentazione‌
Collegare la batteria di alimentazione al motore di azionamento, inverter, Convertitore DC/DC e altri componenti per trasmettere DC o AC ad alta tensione da 200-1500 V.

È necessario soddisfare requisiti di densità di corrente elevata (come la disposizione simmetrica della linea trifase del motore).

‌Sistema di ricarica‌
‌Interfaccia di ricarica rapida‌: Collegare la porta di ricarica rapida con la scatola di distribuzione dell'alimentazione ad alta tensione (PDU) per supportare la ricarica CC ad alta potenza.

‌Interfaccia di ricarica lenta‌: Collega il caricabatterie di bordo (OBC) con la batteria per trasmettere CA.

‌Sistema ausiliario ad alta tensione‌
Fornire energia ai compressori dell'aria condizionata, Riscaldatori PTC, sistemi di sterzo/freno elettrici, ecc.

‌Ottimizzazione della compatibilità elettromagnetica‌
Nei percorsi chiave vengono utilizzati cavi schermati (come la batteria alle linee del motore) per ridurre l'impatto delle interferenze elettromagnetiche su altre apparecchiature elettroniche.

3. Requisiti tecnici tipici
‌Livello di tensione‌: CA 600 V/CC 900 V o CA 1.000 V/CC 1.500 V, abbinamento in base ai requisiti dei componenti, batteria di alimentazione, motore di azionamento, ecc.
‌Spaziatura fissa‌: ≤300mm quando l'area della sezione trasversale è maggiore di 16 mm²; ≤200mm quando ≤16 mm², evitare di appenderli o piegarsi eccessivamente, fissaggio e disposizione del cablaggio
‌Distanziamento di sicurezza‌: Lo spazio con le parti fisse è ≥10 mm, evitando aree di deformazione da collisione (come le travi anticollisione, porte dell'auto)‌

I tradizionali cablaggi dei veicoli a nuova energia sono composti da fili e canaline in plastica. Perché i canali in plastica hanno una scarsa dissipazione del calore, i fasci di cavi ad alta tensione richiedono cavi di diametro maggiore per ridurre l'impatto del calore. Inoltre, la modifica e lo sviluppo di un nuovo design dello stampo di protezione del canale del filo è costoso e il ciclo di produzione è lungo. Quindi abbiamo visto la soluzione del cablaggio di schermatura del tubo, il cui rappresentante è il cablaggio ad alta tensione Sumitomo.
Con il rapido sviluppo di nuovi veicoli energetici negli ultimi anni. I suoi componenti elettrici ad alta tensione, come i motori, inverter e batterie ad alta tensione, sono inoltre costantemente sviluppati e migliorati. Anche i cablaggi ad alta tensione che li collegano sono in costante sviluppo e miglioramento. Il veicolo ha urgente bisogno di cablaggi ad alta tensione per ridurre i costi, peso e spazio di disposizione.

Figura 1 mostra la sequenza temporale per la produzione di massa di prodotti di cablaggio ad alta tensione. In 1999, la nostra azienda ha avviato la produzione su larga scala di cablaggi ad alta tensione per Honda INSIGHT. Il primo sviluppo completo di parti di cablaggio ad alta tensione, come i fili, terminali e connettori, cominciò a 2001 per il veicolo ibrido Toyota ESTIMA. In termini di terminali, sono stati sviluppati due tipi di connettori stampati a bullone e a spina in base ai requisiti tecnici dell'interfaccia di connessione. La schermatura elettromagnetica è iniziata con cavi schermati individualmente, poi è stata introdotta la schermatura integrale del cablaggio intrecciato per la Toyota Prius 2003, e ha introdotto la prima tecnologia di schermatura dei tubi per la Honda CIVICHYBRID nel 2005. Anche il requisito di temperatura massima per i cablaggi ad alta tensione è cambiato dai 120°C originali a 150°C.

Figura 2 mostra l'applicazione dei prodotti di cablaggio ad alta tensione nei modelli HEV. A destra, è mostrato il gruppo del cablaggio, assicurato mediante canaline metalliche. Nell'angolo in basso a sinistra c'è il cablaggio del motore. I terminali sono imbullonati e complessivamente schermati.

Per evitare che i cablaggi ad alta tensione causino interferenze con i cablaggi a bassa tensione, radio, ecc., la schermatura elettromagnetica è particolarmente importante per i cablaggi ad alta tensione. Inoltre, la maggior parte dei cablaggi ad alta tensione dei veicoli a nuova energia sono instradati sul telaio, e le prestazioni di protezione meccanica sono particolarmente importanti anche per i cablaggi ad alta tensione.
Il lato sinistro della figura 3 mostra il cablaggio ad alta tensione schermato individualmente. Ogni filo è ricoperto da uno schermo intrecciato in rame, con lo schema di schermatura generale a destra. Non è presente una schermatura intrecciata separata all'esterno del cavo, ma schermatura complessiva all'esterno di più cavi ad alta tensione. IL 2003 Toyota Prius ha utilizzato un design complessivo del cablaggio ad alta tensione schermato per semplificare la struttura del cablaggio e ridurre il numero di componenti necessari, riducendo così il costo dell'intero sistema di cablaggio ad alta tensione. Figura 4 mostra l'uso di manicotti protettivi e canaline stampate ad iniezione all'esterno delle due opzioni di progettazione per la protezione meccanica.

Gli svantaggi dello schema di progettazione del cablaggio ad alta tensione di cui sopra sono i seguenti:
1. Bassa conduttività termica: a causa della bassa conduttività termica causata dai manicotti protettivi e dalle canaline stampate ad iniezione, la conduttività termica assiale del cablaggio è bassa;
2. Come risultato di questo basso trasferimento di calore, la dimensione dei fili aumenta, con conseguente aumento del peso e del costo del cablaggio ad alta tensione;
3. Struttura di protezione meccanica (canaletta di filo): Se la disposizione del cablaggio ad alta tensione cambia, anche la forma e la struttura della canalina devono essere modificate, che aumenta i costi e allunga il ciclo di sviluppo.
Per eliminare queste carenze, YAXUN ha sviluppato un cablaggio tubolare schermato ad alta tensione, che installa cablaggi ad alta tensione non schermati in tubi in lega di alluminio. Il tubo in acciaio in lega di alluminio combina efficacemente schermatura elettromagnetica e protezione meccanica, come mostrato nella Figura 5.

Rispetto alle soluzioni precedentemente citate di schermatura individuale e di schermatura totale mediante guaine protettive e canaline stampate ad iniezione, presenta i seguenti vantaggi:
1. L'elevato trasferimento di calore dei materiali in lega di alluminio può ridurre le specifiche del conduttore del cablaggio;
2. Ridurre il peso dell'intero sistema di cablaggio ad alta tensione;
3. La disposizione e l'installazione dei cablaggi ad alta tensione sono più semplici e flessibili.
Questa soluzione è stata utilizzata in Honda INSIGHT (2009), CR-Z e Fit Hybrid (2010), e Ibrido LIBERO (2011).
Attraverso esperimenti, sono state confrontate le capacità di dissipazione del calore dei cablaggi ad alta tensione protetti da tubi in lega di alluminio e quelli protetti da tubi in plastica di polipropilene standard. Gli esperimenti hanno dimostrato che i tubi in lega di alluminio hanno migliori capacità di dissipazione del calore rispetto ai tubi in plastica di polipropilene standard.
La configurazione del test è mostrata in Figura 6. Entrambi i componenti sono posti sopra un sistema di riscaldamento che genera temperature elevate di circa 350°C. Figura 7 mostra le misurazioni della temperatura superficiale misurata. I tubi in lega di alluminio hanno una buona conduttività termica e le loro prestazioni di trasferimento di calore assiale sono molto migliori rispetto ai protettori in plastica.

Queste eccellenti prestazioni di dissipazione del calore possono ridurre le specifiche dei conduttori dei cavi ad alta tensione e ridurre il livello di resistenza alla temperatura dei cavi. Questi due aspetti possono ridurre efficacemente il costo dei cavi ad alta tensione.
Inoltre, a causa di questo disegno, il cavo ad alta tensione viene modificato da cavo schermato a cavo non schermato, eliminando la necessità della guaina esterna del cavo e del canale protettivo stampato ad iniezione, e il peso può essere ridotto di circa 18%. Poiché i cavi ad alta tensione vengono modificati da cavi schermati a cavi non schermati, la progettazione dei connettori ad alta tensione diventa più semplice.

Poiché i tubi in acciaio legato all'alluminio hanno una buona formabilità, I cablaggi ad alta tensione che utilizzano tubi di acciaio in lega di alluminio sono più favorevoli all'installazione durante la produzione.

Il cablaggio ad alta tensione che utilizza tubi di acciaio in lega di alluminio ha una buona rigidità e non si piega, e la distanza tra i suoi punti fissi può essere impostata più lontano. Grazie alla sua elevata flessibilità, è difficile garantire l'altezza da terra dei tradizionali cablaggi ad alta tensione quando posizionati sul telaio.

Quando viene modificata la progettazione di cablaggi ad alta tensione che utilizzano canaline stampate a iniezione, lo stampo deve essere riaperto o lo stampo deve essere modificato. L'uso di tubi in acciaio legato all'alluminio richiede solo la piegatura, che riduce notevolmente il ciclo di sviluppo dei cablaggi ad alta tensione.

Un'altra prestazione più importante è la prestazione di schermatura elettromagnetica. Figura 16 Metodo di prova per le prestazioni di schermatura elettromagnetica.

A giudicare dai risultati dei test, il cablaggio ad alta tensione del cavo schermato individualmente da 0,8 MHz offre prestazioni di schermatura migliori. Superiore a 0,8 MHz, I cablaggi ad alta tensione che utilizzano tubi in lega di alluminio hanno prestazioni di schermatura elettromagnetica migliori.

Perché vengono utilizzati tubi in acciaio legato all'alluminio e disposti sotto il telaio del veicolo, i test sulle prestazioni anticorrosione sono essenziali. Figura 18 dimostra che la tubazione dopo la prova di impatto con ghiaia e il gruppo di cablaggio dopo la prova in nebbia salina soddisfano i requisiti della prova in nebbia salina.

riepilogo: I cavi ad alta tensione per veicoli elettrici garantiscono una trasmissione di potenza sicura ed efficiente attraverso una struttura multistrato, e le loro applicazioni riguardano il potere, sistemi di ricarica e ausiliari. La loro selezione deve considerare in modo esaustivo i livelli di tensione, compatibilità elettromagnetica e requisiti di protezione meccanica per garantire l'affidabilità e la sicurezza del sistema ad alta tensione del veicolo‌.