Sammensetningen og bruken av EV HV-tilkoblingskabler

Layoutkravene til EV HV høyspenningsledninger, inkludert stilling, fiksering og størrelse, involvere strukturen til kabelen, men hovedsakelig oppsettet, som kan være nyttig for applikasjonsdelen. Strukturen til høyspentkabelen er beskrevet i detalj, inkludert konduktører, skjermingslag, isolasjonslag, etc., som skal svare direkte på komposisjonsspørsmålet. Applikasjonsdelen nevner kraftoverføringen fra batteri til motor, inverter, etc., samt signaloverføring, som også er kritisk.

Høyspent tilkoblingsenhet, som nevner spenningsnivået til høyspentkabler, skjermede og uskjermede typer, og forskjellen mellom single-core og multi-core, som alle er komposisjonsdetaljer. Applikasjonsaspektet nevner kraftoverføringen mellom elektriske enheter, slik som hoveddrivmotoren, klimaanlegg, etc., som må kombineres med dette innholdet. Sammensetningen av høyspentledningsnettet er kort beskrevet, inkludert kontakter, terminaler, ledninger, etc., som kan supplere informasjonen om komponentene.

Høyspente komponenter, som nevner at høyspentkabler kobler sammen batteripakker, ladere og andre komponenter, legger vekt på isolasjon og tåle spenning, og denne søknadsdelen må siteres. Ledningsnettet mellom hurtigladeporten og høyspentboksen bruker høyspentkabler, og denne delen av søknadsscenarioet bør også vurderes.

Sammensetningen og bruken av EV HV-tilkoblingskabler

Komponentene til EV HV-koblingskabler bør inkludere ledermateriale (kobber eller aluminium), leder skjermingslag, isolasjonslag, isolasjon skjerming lag, metall skjerming lag, og beskyttelsesdeksel. The application aspects involve power transmission (battery to motor, inverter, etc.), charging system (fast charging/slow charging), auxiliary system (air conditioning, PTC heater), EMC design, osv.

1. Composition of high-voltage connecting cables for electric vehicles
High-voltage cables are the core components of electric energy transmission in electric vehicles. Their structural design must meet the requirements of high voltage, high current and electromagnetic compatibility. They mainly include the following levels:

‌Conductor‌
Copper (excellent conductivity) or aluminum (lightweight and low cost) is used as the core material, responsible for current transmission‌.
‌Conductor shielding layer‌
Wrap the conductor for uniform electric field distribution and prevent partial discharge‌.
‌Insulation layer‌
High-voltage materials (slik som tverrbundet polyetylen) brukes til å gi elektrisk isolasjonsbeskyttelse for å forhindre lekkasje eller kortslutning.
‌Isolasjonsskjermingslag‌
Optimaliserer den elektriske feltfordelingen ytterligere og reduserer skaden av elektrisk stress på kabelen‌.
‌Skjermingslag av metall
Laget av kobberflett eller aluminiumsfolie, den undertrykker elektromagnetisk interferens (Emi) og forbedrer elektromagnetisk kompatibilitet (EMC)‌.
‌Beskyttende deksel
Den ytre beskyttelsesstrukturen har egenskapene til slitestyrke, høy temperaturmotstand, Korrosjonsmotstand, etc., og er egnet for komplekse arbeidsforhold‌.

‌Spesiell designtype:
Skjermet kabel: Reduser elektromagnetisk interferens gjennom metallskjermingslaget, egnet for scener med høye EMC-krav‌.
‌Uskjermet kabel‌: Brukes i miljøer med lav interferens, lavere kostnad.
‌Enkjernet/flerkjernet kabel‌: Enkeltlederkabel er egnet for høystrømsoverføring (for eksempel motorstrømforsyning), og multi-core kabel brukes for multi-signal kompositt overføring‌.

2. Anvendelse av høyspenningskabler for elektriske kjøretøy
Høyspentkabler brukes til kraftoverføring og signalkontroll i høyspentsystemet til hele kjøretøyet. De viktigste applikasjonsscenariene inkluderer:

Kraftoverføring av kraftsystem
Koble strømbatteriet til drivmotoren, inverter, DC/DC-omformer og andre komponenter for å overføre 200-1500V høyspent DC eller AC.

Krav til høy strømtetthet må oppfylles (slik som symmetrisk arrangement av trefaselinjen til motoren).

Ladesystem
‌Rask ladegrensesnitt: Koble hurtigladeporten til høyspentstrømfordelingsboksen (PDU) for å støtte DC-lading med høy effekt.

‌Greensnitt for treg lading: Koble til den innebygde laderen (OBC) med batteripakken for å overføre AC.

‌Høyspent hjelpesystem
Gi strøm til klimaanleggskompressorer, PTC-varmere, elektriske styre-/bremsesystemer, osv.

‌Optimalisering av elektromagnetisk kompatibilitet
Skjermede kabler brukes i nøkkelveier (som batteri til motorledninger) for å redusere virkningen av elektromagnetisk interferens på annet elektronisk utstyr.

3. Typiske tekniske krav
Spenningsnivå: AC 600V/DC 900V eller AC 1000V/DC 1500V, matching i henhold til komponentkrav, strømbatteri, drivmotor, osv.
‌Fast avstand‌: ≤300mm når tverrsnittsarealet er større enn 16 mm²; ≤200 mm når ≤16 mm², unngå hengende eller overdreven bøying, feste og layout av ledningsnett
‌Sikkerhetsavstand‌: Avstanden til de stasjonære delene er ≥10 mm, unngå kollisjonsdeformasjonsområder (som antikollisjonsbjelker, bildører)‌

Tradisjonelle ledningsnett for nye energikjøretøyer er sammensatt av ledninger og ledningstrau av plast. Fordi plastkanal har dårlig varmeavledning, høyspenttrådbunter krever større ledninger for å redusere varmepåvirkningen. I tillegg, Det er kostbart å endre og utvikle en ny beskyttelsesformdesign for trådtrau, og produksjonssyklusen er lang. Så vi så løsningen for rørskjermende ledningsnett, representanten for dette er Sumitomo høyspentledningsnett.
Med den raske utviklingen av nye energikjøretøyer de siste årene. Dens høyspente elektriske komponenter, slik som motorer, omformere og høyspentbatterier, blir også stadig utviklet og forbedret. Høyspentledningsnettene som forbinder dem er også i stadig utvikling og forbedring. Kjøretøyet har et presserende behov for høyspenningsledninger for å redusere kostnadene, vekt og layout plass.

Figur 1 viser tidslinjen for masseproduksjon av høyspent ledningsnettprodukter. I 1999, vårt firma startet storskala produksjon av høyspent ledningsnettprodukter for Honda INSIGHT. Den første omfattende utviklingen av høyspente ledningsnettdeler, som ledninger, terminaler og kontakter, begynte i 2001 for Toyota ESTIMA hybridbil. Når det gjelder terminaler, to typer støpte og plugg-type kontakter er utviklet basert på de tekniske kravene til tilkoblingsgrensesnittet. Elektromagnetisk skjerming startet med individuelt skjermede kabler, deretter introduserte integrert flettet ledningsnettskjerming for Toyota Prius i 2003, og introduserte den første rørskjermingsteknologien for Honda CIVICHYBRID i 2005. Kravet til maksimal temperatur for høyspentledningsnett er også endret fra de opprinnelige 120°C til 150°C.

Figur 2 viser bruken av høyspent ledningsnettprodukter i HEV-modeller. Til høyre, ledningsnettet er vist, sikret ved hjelp av wire kummer. I nedre venstre hjørne er motorens ledningsnett. Terminalene er boltet og skjermet totalt sett.

For å forhindre at høyspentledningsnett forårsaker interferens med lavspentledningsnett, radioer, etc., elektromagnetisk skjerming er spesielt viktig for høyspentledningsnett. I tillegg, de fleste høyspentledningsnettene til nye energikjøretøyer er rutet på chassiset, og mekanisk beskyttelsesytelse er også spesielt viktig for høyspenningsledninger.
Venstre side av figuren 3 viser det individuelt skjermede høyspentledningsnettet. Hver ledning er dekket med et kobberflettet skjold, med den overordnede skjermingsordningen til høyre. Det er ingen separat flettet skjerm utenfor kabelen, men total skjerming på utsiden av flere høyspentkabler. De 2003 Toyota Prius brukte en overordnet skjermet høyspenningsledningskonstruksjon for å forenkle ledningsnettstrukturen og redusere antall nødvendige komponenter, og reduserer dermed kostnadene for det totale høyspentledningsnettsystemet. Figur 4 viser bruk av beskyttelseshylser og sprøytestøpte trådkunner på utsiden av de to designalternativene for mekanisk beskyttelse.

Ulempene med designskjemaet for høyspentledningsnettet ovenfor er som følger:
1. Lav varmeledningsevne: på grunn av lav varmeledningsevne forårsaket av beskyttelseshylser og sprøytestøpte ledningstrau, den aksiale varmeledningsevnen til ledningsnettet er lav;
2. Som et resultat av denne lave varmeoverføringen, størrelsen på ledningene øker, som resulterer i en økning i vekten og kostnadene for høyspentledningsnettet;
3. Mekanisk beskyttelsesstruktur (trådtrau): Hvis utformingen av høyspentledningsnettet endres, formen og strukturen til wirerennet må også endres, som øker kostnadene og forlenger utviklingssyklusen.
For å eliminere disse manglene, YAXUN utviklet et rørformet skjermet høyspentledningsnett, som installerer uskjermede høyspentledninger i aluminiumslegeringsrør. Aluminiumslegert stålrør kombinerer effektivt elektromagnetisk skjerming og mekanisk beskyttelse, Som vist i figur 5.

Sammenlignet med de tidligere nevnte løsningene av individuell skjerming og total skjerming ved bruk av beskyttelseshylser og sprøytestøpte trådkanaler, den har følgende fordeler:
1. Den høye varmeoverføringen av aluminiumslegeringsmaterialer kan redusere lederspesifikasjonene til ledningsnettet;
2. Reduser vekten av det totale høyspentledningsnettet;
3. Arrangementet og installasjonen av høyspentledningsnett er enklere og mer fleksibelt.
Denne løsningen har blitt brukt i Honda INSIGHT (2009), CR-Z og Fit Hybrid (2010), og FREED Hybrid (2011).
Gjennom eksperimenter, varmeavledningsevnen til høyspenningsledninger beskyttet av aluminiumslegeringsrør og de beskyttet av standard polypropylenplastrør ble sammenlignet. Eksperimenter har vist at aluminiumslegeringsrør har bedre varmeavledningsevne enn standard polypropylen plastrør.
Testoppsettet er vist i figur 6. Begge komponentene er plassert på toppen av et varmesystem som genererer høye temperaturer på ca. 350°C. Figur 7 viser målte overflatetemperaturmålinger. Aluminiumslegeringsrør har god varmeledningsevne og deres aksiale varmeoverføringsytelse er mye bedre enn plastbeskyttere.

Denne utmerkede varmeavledningsytelsen kan redusere lederspesifikasjonene til høyspentkabler og redusere temperaturmotstandsnivået til kablene. Disse to aspektene kan effektivt redusere kostnadene for høyspentkabler.
I tillegg, på grunn av dette designet, høyspentkabelen endres fra en skjermet kabel til en uskjermet kabel, eliminerer behovet for kabelens ytre kappe og sprøytestøpte beskyttende kanal, og vekten kan reduseres med ca 18%. Som høyspentkabler endres fra skjermede kabler til uskjermede kabler, utformingen av høyspenningskontakter blir enklere.

Siden aluminiumslegerte stålrør har god formbarhet, høyspenningsledninger som bruker aluminiumslegerte stålrør er mer gunstige for installasjon under produksjon.

Høyspentledningsnettet som bruker aluminiumslegert stålrør har god stivhet og synker ikke, og avstanden mellom dens faste punkter kan stilles lengre. På grunn av sin høye fleksibilitet, det er vanskelig å sikre bakkeklaringen til tradisjonelle høyspentledninger når de plasseres på chassiset.

Når utformingen av høyspentledningsnett ved bruk av sprøytestøpte ledningskanaler endres, formen må åpnes på nytt eller formen må endres. Bruk av aluminiumslegerte stålrør krever kun bøyning, som i stor grad forkorter utviklingssyklusen til høyspentledningsnett.

En annen viktigste ytelse er den elektromagnetiske skjermingsytelsen. Figur 16 Testmetode for elektromagnetisk skjermingsytelse.

Ut fra testresultatene å dømme, den 0,8 MHz individuelt skjermede kabelen høyspent ledningsnettet har bedre skjermingsytelse. Høyere enn 0,8MHz, høyspenningsledninger som bruker aluminiumslegeringsrør har bedre elektromagnetisk skjermingsytelse.

Fordi aluminiumslegerte stålrør er brukt og arrangert under chassiset til kjøretøyet, anti-korrosjon ytelsestesting er avgjørende. Figur 18 viser at rørledningen etter grusstøttesten og ledningsnettet etter saltspraytesten oppfyller kravene til saltspraytesten.

sammendrag: Høyspentkabler for elektriske kjøretøy oppnår sikker og effektiv kraftoverføring gjennom en flerlagsstruktur, og deres applikasjoner dekker strøm, lade- og hjelpesystemer. Deres valg må vurdere spenningsnivåer grundig, krav til elektromagnetisk kompatibilitet og mekanisk beskyttelse for å sikre påliteligheten og sikkerheten til kjøretøyets høyspenningssystem‌.