A composição e aplicação dos cabos de conexão EV HV

Os requisitos de layout dos chicotes elétricos de alta tensão EV HV, incluindo posição, fixação e tamanho, envolvem a estrutura do cabo, mas principalmente o layout, o que pode ser útil para a parte de aplicação. A estrutura do cabo de alta tensão é descrita em detalhes, incluindo condutores, camadas de blindagem, camadas de isolamento, etc., que deve responder diretamente à questão da composição. A parte da aplicação menciona a transmissão de energia da bateria para o motor, inversor, etc., bem como transmissão de sinal, o que também é crítico.

Dispositivo de conexão de alta tensão, que menciona o nível de tensão dos cabos de alta tensão, tipos blindados e não blindados, e a diferença entre single-core e multi-core, que são todos detalhes da composição. O aspecto da aplicação menciona a transmissão de energia entre dispositivos elétricos, como o motor de acionamento principal, sistema de ar condicionado, etc., que precisa ser combinado com esses conteúdos. A composição do chicote elétrico de alta tensão é brevemente descrita, incluindo conectores, terminais, fios, etc., que podem complementar as informações dos componentes.

Componentes de alta tensão, que menciona que cabos de alta tensão conectam baterias, carregadores e outros componentes, enfatiza o isolamento e suporta tensão, e esta parte do aplicativo precisa ser citada. O chicote elétrico entre a porta de carregamento rápido e a caixa de alta tensão usa cabos de alta tensão, e esta parte do cenário de aplicação também deve ser considerada.

A composição e aplicação dos cabos de conexão EV HV

Os componentes dos cabos de conexão EV HV devem incluir material condutor (cobre ou alumínio), camada de blindagem do condutor, camada de isolamento, camada de blindagem de isolamento, camada de blindagem metálica, e capa protetora. Os aspectos de aplicação envolvem transmissão de energia (bateria para motor, inversor, etc.), sistema de carregamento (carregamento rápido/carregamento lento), sistema auxiliar (ar condicionado, Aquecedor PTC), Projeto EMC, etc..

1. Composição de cabos de conexão de alta tensão para veículos elétricos
Cabos de alta tensão são os principais componentes da transmissão de energia elétrica em veículos elétricos. Seu projeto estrutural deve atender aos requisitos de alta tensão, alta corrente e compatibilidade eletromagnética. Eles incluem principalmente os seguintes níveis:

condutor
Cobre (excelente condutividade) ou alumínio (leve e de baixo custo) é usado como material principal, responsável pela transmissão atual‌.
‌Camada de blindagem do condutor‌
Enrole o condutor para distribuição uniforme do campo elétrico e evite descarga parcial‌.
‌Camada de isolamento‌
Materiais de alta tensão (como polietileno reticulado) são usados ​​para fornecer proteção de isolamento elétrico para evitar vazamento ou curto-circuito‌.
‌Camada de proteção de isolamento‌
Otimiza ainda mais a distribuição do campo elétrico e reduz os danos do estresse elétrico ao cabo‌.
‌Camada de blindagem metálica‌
Feito de trança de cobre ou folha de alumínio, suprime a interferência eletromagnética (Emi) e melhora a compatibilidade eletromagnética (EMC)‌.
‌Capa protetora‌
A estrutura protetora externa possui características de resistência ao desgaste, resistência à alta temperatura, Resistência à corrosão, etc., e é adequado para condições de trabalho complexas‌.

‌Tipo de design especial‌:
‌Cabo blindado‌: Reduza a interferência eletromagnética através da camada de blindagem metálica, adequado para cenas com altos requisitos de EMC‌.
‌Cabo não blindado‌: Usado em ambientes de baixa interferência, custo mais baixo‌.
‌Cabo de núcleo único/multinúcleo‌: O cabo de núcleo único é adequado para transmissão de alta corrente (como fonte de alimentação do motor), e o cabo multinúcleo é usado para transmissão composta multissinal‌.

2. Aplicação de cabos de conexão de alta tensão para veículos elétricos
Cabos de alta tensão são usados ​​para transmissão de energia e controle de sinal no sistema de alta tensão de todo o veículo. Os principais cenários de aplicação incluem:

‌Transmissão de energia do sistema de energia‌
Conecte a bateria de alimentação ao motor de acionamento, inversor, Conversor DC/DC e outros componentes para transmitir 200-1500V DC ou AC de alta tensão.

Requisitos de alta densidade de corrente devem ser atendidos (como arranjo simétrico da linha trifásica do motor).

‌Sistema de carregamento‌
‌Interface de carregamento rápido‌: Conecte a porta de carregamento rápido à caixa de distribuição de energia de alta tensão (PDU) para suportar carregamento DC de alta potência.

‌Interface de carregamento lento‌: Conecte o carregador integrado (OBC) com a bateria para transmitir AC.

‌Sistema auxiliar de alta tensão‌
Fornece energia para compressores de ar condicionado, Aquecedores PTC, sistemas de direção/freio elétricos, etc..

‌Otimização de compatibilidade eletromagnética‌
Cabos blindados são usados ​​em caminhos principais (como bateria para linhas de motor) para reduzir o impacto da interferência eletromagnética em outros equipamentos eletrônicos.

3. Requisitos técnicos típicos
‌Nível de tensão‌: CA 600 V/CC 900 V ou CA 1000 V/CC 1500 V, correspondência de acordo com os requisitos dos componentes, bateria de energia, motor de acionamento, etc..
‌Espaçamento fixo‌: ≤300mm quando a área da seção transversal for maior que 16 mm²; ≤200mm quando ≤16 mm², evite pendurar ou dobrar excessivamente, fixação e layout do chicote elétrico
‌Espaçamento de segurança‌: A folga com as peças estacionárias é ≥10mm, evitando áreas de deformação por colisão (como feixes anticolisão, portas de carro)‌

Os chicotes elétricos tradicionais de veículos de nova energia são compostos de fios e calhas de plástico. Porque a calha plástica tem baixa dissipação de calor, feixes de fios de alta tensão exigem fios de bitola maior para reduzir o impacto do calor. Além disso, mudar e desenvolver um novo projeto de molde de proteção de canal de arame é caro e o ciclo de produção é longo. Então vimos a solução de chicote de fios de blindagem de tubo, cujo representante é o chicote de fios de alta tensão da Sumitomo.
Com o rápido desenvolvimento de novos veículos energéticos nos últimos anos. Seus componentes elétricos de alta tensão, como motores, inversores e baterias de alta tensão, também são constantemente desenvolvidos e melhorados. Os chicotes elétricos de alta tensão que os conectam também estão em constante desenvolvimento e melhoria. O veículo precisa urgentemente de chicotes elétricos de alta tensão para reduzir custos, peso e espaço de layout.

Figura 1 mostra o cronograma para a produção em massa de produtos de chicote de fios de alta tensão. Em 1999, nossa empresa iniciou a produção em larga escala de produtos de chicotes elétricos de alta tensão para Honda INSIGHT. O primeiro desenvolvimento abrangente de peças de chicotes elétricos de alta tensão, como fios, terminais e conectores, começou em 2001 para o veículo híbrido Toyota ESTIMA. Em termos de terminais, dois tipos de conectores moldados tipo parafuso e tipo plugue foram desenvolvidos com base nos requisitos técnicos da interface de conexão. A blindagem eletromagnética começou com cabos blindados individualmente, em seguida, introduziu a blindagem integral do chicote de fios trançados para o Toyota Prius em 2003, e introduziu a primeira tecnologia de blindagem de tubos para o Honda CIVICHYBRID em 2005. O requisito máximo de temperatura para chicotes de fios de alta tensão também mudou dos 120°C originais para 150°C.

Figura 2 mostra a aplicação de produtos de chicote elétrico de alta tensão em modelos HEV. À direita, o conjunto do chicote elétrico é mostrado, protegido usando calhas de arame. No canto inferior esquerdo está o chicote elétrico do motor. Os terminais são parafusados ​​e blindados em geral.

Para evitar que chicotes elétricos de alta tensão causem interferência em chicotes elétricos de baixa tensão, rádios, etc., a blindagem eletromagnética é particularmente importante para chicotes elétricos de alta tensão. Além disso, a maioria dos chicotes elétricos de alta tensão dos veículos de nova energia são roteados no chassi, e o desempenho da proteção mecânica também é particularmente importante para chicotes elétricos de alta tensão.
O lado esquerdo da Figura 3 mostra o chicote de fios de alta tensão blindado individualmente. Cada fio é coberto com uma blindagem trançada de cobre, com o esquema geral de blindagem à direita. Não há blindagem trançada separada fora do cabo, mas blindagem geral na parte externa de vários cabos de alta tensão. O 2003 O Toyota Prius usou um projeto geral de chicote de fios de alta tensão blindado para simplificar a estrutura do chicote de fios e reduzir o número de componentes necessários, reduzindo assim o custo do sistema geral de chicote de fios de alta tensão. Figura 4 mostra o uso de mangas protetoras e calhas de arame moldadas por injeção na parte externa das duas opções de design para proteção mecânica.

As desvantagens do esquema de projeto do chicote elétrico de alta tensão acima são as seguintes:
1. Baixa condutividade térmica: devido à baixa condutividade térmica causada por mangas protetoras e calhas de arame moldadas por injeção, a condutividade térmica axial do chicote de fios é baixa;
2. Como resultado desta baixa transferência de calor, o tamanho dos fios aumenta, resultando em um aumento no peso e custo do chicote de alta tensão;
3. Estrutura de proteção mecânica (calha de arame): Se o layout do chicote de fios de alta tensão mudar, a forma e a estrutura da calha de arame também precisam ser alteradas, o que aumenta o custo e prolonga o ciclo de desenvolvimento.
Para eliminar essas deficiências, YAXUN desenvolveu um chicote de fios de alta tensão blindado tubular, que instala chicotes de fios de alta tensão não blindados em tubos de liga de alumínio. O tubo de aço de liga de alumínio combina efetivamente blindagem eletromagnética e proteção mecânica, Como mostrado na figura 5.

Em comparação com as soluções mencionadas anteriormente de blindagem individual e blindagem geral usando mangas de proteção e dutos de arame moldados por injeção, tem as seguintes vantagens:
1. A alta transferência de calor de materiais de liga de alumínio pode reduzir as especificações do condutor do chicote de fios;
2. Reduza o peso do sistema geral de chicotes elétricos de alta tensão;
3. A disposição e instalação de chicotes de fios de alta tensão são mais fáceis e flexíveis.
Esta solução foi usada no Honda INSIGHT (2009), CR-Z e Fit Hybrid (2010), e Híbrido FREED (2011).
Através de experimentos, as capacidades de dissipação de calor de chicotes de fios de alta tensão protegidos por tubos de liga de alumínio e aqueles protegidos por tubos plásticos de polipropileno padrão foram comparadas. Experimentos mostraram que os tubos de liga de alumínio têm melhores capacidades de dissipação de calor do que os tubos de plástico de polipropileno padrão..
A configuração do teste é mostrada na Figura 6. Ambos os componentes são colocados em cima de um sistema de aquecimento que gera altas temperaturas de aproximadamente 350°C. Figura 7 mostra as medições de temperatura da superfície medidas. Os tubos de liga de alumínio têm boa condutividade térmica e seu desempenho de transferência de calor axial é muito melhor que os protetores de plástico.

Este excelente desempenho de dissipação de calor pode reduzir as especificações dos condutores de cabos de alta tensão e reduzir o nível de resistência à temperatura dos cabos. Esses dois aspectos podem efetivamente reduzir o custo dos cabos de alta tensão.
Além disso, devido a este projeto, o cabo de alta tensão é alterado de um cabo blindado para um cabo não blindado, eliminando a necessidade de bainha externa do cabo e calha protetora moldada por injeção, e o peso pode ser reduzido em cerca de 18%. À medida que os cabos de alta tensão são alterados de cabos blindados para cabos não blindados, o design dos conectores de alta tensão torna-se mais simples.

Como os tubos de aço de liga de alumínio têm boa conformabilidade, chicotes de fios de alta tensão usando tubos de aço de liga de alumínio são mais propícios à instalação durante a fabricação.

O chicote de fios de alta tensão usando tubo de aço de liga de alumínio tem boa rigidez e não cede, e a distância entre seus pontos fixos pode ser definida ainda mais. Devido à sua alta flexibilidade, é difícil garantir a distância ao solo dos chicotes de fios de alta tensão tradicionais quando colocados no chassi.

Quando o projeto de chicotes de fios de alta tensão usando dutos de fios moldados por injeção é alterado, o molde precisa ser reaberto ou o molde precisa ser modificado. O uso de tubos de aço de liga de alumínio requer apenas dobra, o que encurta muito o ciclo de desenvolvimento de chicotes de fios de alta tensão.

Outro desempenho mais importante é o desempenho da blindagem eletromagnética. Figura 16 Método de teste para desempenho de blindagem eletromagnética.

A julgar pelos resultados do teste, o chicote de fios de alta tensão do cabo blindado individualmente de 0,8 MHz tem melhor desempenho de blindagem. Superior a 0,8 MHz, chicotes de fios de alta tensão usando tubos de liga de alumínio têm melhor desempenho de blindagem eletromagnética.

Porque tubos de aço de liga de alumínio são usados ​​e dispostos sob o chassi do veículo, testes de desempenho anticorrosivo são essenciais. Figura 18 mostra que a tubulação após o teste de impacto de cascalho e o conjunto do chicote elétrico após o teste de névoa salina atendem aos requisitos do teste de névoa salina.

resumo: Cabos de alta tensão para veículos elétricos proporcionam transmissão de energia segura e eficiente por meio de uma estrutura multicamadas, e suas aplicações cobrem energia, sistemas de carregamento e auxiliares. Sua seleção precisa considerar de forma abrangente os níveis de tensão, requisitos de compatibilidade eletromagnética e proteção mecânica para garantir a confiabilidade e segurança do sistema de alta tensão do veículo‌.