Compoziția și aplicarea cablurilor de conectare EV HV

Cerințele de amenajare ale cablajelor de înaltă tensiune EV HV, inclusiv pozitia, fixare și dimensiune, implică structura cablului, dar mai ales aspectul, ceea ce poate fi util pentru partea de aplicație. Structura cablului de înaltă tensiune este descrisă în detaliu, inclusiv conductorii, straturi de ecranare, straturi de izolare, etc., care ar trebui să răspundă direct la întrebarea de compunere. Partea aplicației menționează transmiterea puterii de la baterie la motor, invertor, etc., precum și transmisia semnalului, care este de asemenea critic.

Dispozitiv de conectare de înaltă tensiune, care menţionează nivelul de tensiune al cablurilor de înaltă tensiune, tipuri ecranate și neecranate, și diferența dintre single-core și multi-core, care sunt toate detalii de compoziție. Aspectul aplicației menționează transmisia de putere între dispozitivele electrice, cum ar fi motorul de antrenare principal, sistem de aer conditionat, etc., care trebuie combinat cu aceste continuturi. Compoziția cablajului de înaltă tensiune este descrisă pe scurt, inclusiv conectori, terminale, fire, etc., care pot completa informațiile componentelor.

Componente de înaltă tensiune, care menționează că cablurile de înaltă tensiune conectează bateriile, încărcătoare și alte componente, pune accentul pe izolație și rezistență la tensiune, și această parte a aplicației trebuie citată. Cablajul dintre portul de încărcare rapidă și cutia de înaltă tensiune utilizează cabluri de înaltă tensiune, și această parte a scenariului de aplicare ar trebui, de asemenea, luată în considerare.

Compoziția și aplicarea cablurilor de conectare EV HV

Componentele cablurilor de conectare EV HV trebuie să includă material conductor (cupru sau aluminiu), strat de ecranare a conductorului, strat izolator, strat de ecranare izolatoare, strat de ecranare metalic, si husa de protectie. Aspectele de aplicare implică transmisia de putere (baterie la motor, invertor, etc.), sistem de încărcare (încărcare rapidă/încărcare lentă), sistem auxiliar (aer condiționat, Încălzitor PTC), Design EMC, etc.

1. Compoziția cablurilor de legătură de înaltă tensiune pentru vehicule electrice
Cablurile de înaltă tensiune sunt componentele de bază ale transportului de energie electrică în vehiculele electrice. Designul lor structural trebuie să îndeplinească cerințele de înaltă tensiune, curent ridicat și compatibilitate electromagnetică. Acestea includ în principal următoarele niveluri:

conductor
Cupru (conductivitate excelentă) sau aluminiu (ușoare și cu costuri reduse) este folosit ca material de bază, responsabil pentru transmiterea curentului‌.
‌Strat de ecranare a conductorului‌
Înfășurați conductorul pentru o distribuție uniformă a câmpului electric și pentru a preveni descărcarea parțială‌.
Strat de izolație
Materiale de înaltă tensiune (cum ar fi polietilena reticulata) sunt utilizate pentru a asigura protecția izolației electrice pentru a preveni scurgerea sau scurtcircuitul‌.
‌Strat de protecție izolație‌
Optimizează în continuare distribuția câmpului electric și reduce deteriorarea stresului electric asupra cablului‌.
‌Strat de ecranare metalic‌
Fabricat din împletitură de cupru sau folie de aluminiu, suprimă interferența electromagnetică (EMI) și îmbunătățește compatibilitatea electromagnetică (EMC)‌.
Husă de protecție
Structura de protecție exterioară are caracteristicile rezistenței la uzură, rezistență la temperaturi ridicate, rezistenta la coroziune, etc., și este potrivit pentru condiții complexe de lucru‌.

‌Tip de design special‌:
Cablu ecranat: Reduceți interferențele electromagnetice prin stratul de ecranare metalic, potrivit pentru scene cu cerințe EMC ridicate‌.
Cablu neecranat: Folosit în medii cu interferențe scăzute, cost mai mic.
‌Cablu unic/multi-core‌: Cablul cu un singur conductor este potrivit pentru transmisia cu curent ridicat (cum ar fi alimentarea cu energie a motorului), iar cablul multinucleu este utilizat pentru transmisia compozită cu mai multe semnale‌.

2. Aplicarea cablurilor de conectare de înaltă tensiune pentru vehicule electrice
Cablurile de înaltă tensiune sunt utilizate pentru transmisia puterii și controlul semnalului în sistemul de înaltă tensiune al întregului vehicul. Principalele scenarii de aplicare includ:

Transmisia puterii sistemului de alimentare
Conectați bateria de alimentare cu motorul de antrenare, invertor, Convertor DC/DC și alte componente pentru a transmite 200-1500V DC sau AC de înaltă tensiune.

Trebuie îndeplinite cerințe de densitate mare de curent (precum aranjarea simetrică a liniei trifazate a motorului).

Sistem de încărcare
‌Interfață de încărcare rapidă‌: Conectați portul de încărcare rapidă la cutia de distribuție a energiei de înaltă tensiune (PDU) pentru a suporta încărcarea DC de mare putere.

Interfață de încărcare lentă: Conectați încărcătorul de bord (OBC) cu acumulatorul pentru a transmite AC.

‌Sistem auxiliar de înaltă tensiune‌
Furnizați energie pentru compresoarele de aer condiționat, încălzitoare PTC, sisteme electrice de direcție/frână, etc.

‌Optimizarea compatibilității electromagnetice‌
Cablurile ecranate sunt utilizate în căile cheie (cum ar fi liniile bateriei la motor) pentru a reduce impactul interferențelor electromagnetice asupra altor echipamente electronice.

3. Cerințe tehnice tipice
Nivelul de tensiune: AC 600V/DC 900V sau AC 1000V/DC 1500V, potrivire în funcție de cerințele componente, baterie de putere, motorul de antrenare, etc.
Spațiere fixă: ≤300mm când aria secțiunii transversale este mai mare decât 16 mm²; ≤200mm când ≤16 mm², evitați agățarea sau îndoirea excesivă, fixarea și dispunerea cablajului
Spațiere de siguranță: Distanța cu părțile staționare este ≥10 mm, evitarea zonelor de deformare prin coliziune (precum grinzile anti-coliziune, ușile mașinilor)‌

Cablajele tradiționale pentru vehicule cu energie nouă sunt compuse din fire și jgheaburi din plastic pentru fire. Deoarece trunchiul din plastic are o disipare slabă a căldurii, fasciculele de fire de înaltă tensiune necesită fire mai mari pentru a reduce impactul căldurii. În plus, schimbarea și dezvoltarea unui nou design de matriță de protecție a jgheabului de sârmă este costisitoare, iar ciclul de producție este lung. Așa că am văzut soluția cablajului de sârmă de ecranare a tubului, reprezentantul căruia este cablajul de fire de înaltă tensiune Sumitomo.
Odată cu dezvoltarea rapidă a vehiculelor cu energie nouă în ultimii ani. Componentele sale electrice de înaltă tensiune, precum motoarele, invertoare și baterii de înaltă tensiune, sunt de asemenea dezvoltate și îmbunătățite în mod constant. Cablurile de înaltă tensiune care le conectează se dezvoltă și se îmbunătățesc constant. Vehiculul are nevoie urgentă de cablaje de înaltă tensiune pentru a reduce costurile, greutatea și spațiul de dispunere.

Figura 1 arată calendarul pentru producția în masă a produselor de cablaj de înaltă tensiune. În 1999, compania noastră a început producția la scară largă de produse cablaje de înaltă tensiune pentru Honda INSIGHT. Prima dezvoltare cuprinzătoare a pieselor cablajelor de înaltă tensiune, precum firele, terminale și conectori, a inceput in 2001 pentru vehiculul hibrid Toyota ESTIMA. În ceea ce privește terminalele, au fost dezvoltate două tipuri de conectori turnați cu șuruburi și de tip fișă pe baza cerințelor tehnice ale interfeței de conectare. Ecranarea electromagnetică a început cu cabluri ecranate individual, apoi a introdus ecranarea cablajului de sârmă împletită integrală pentru Toyota Prius în 2003, și a introdus prima tehnologie de ecranare a tubului pentru Honda CIVICHYBRID în 2005. Cerința maximă de temperatură pentru cablajele de înaltă tensiune s-a schimbat, de asemenea, de la 120°C inițial la 150°C.

Figura 2 prezintă aplicarea produselor cablajelor de înaltă tensiune în modelele HEV. Pe dreapta, este prezentat ansamblul cablajului, asigurate cu jgheaburi de sârmă. În colțul din stânga jos se află cablajul motorului. Terminalele sunt înșurubate și ecranate în ansamblu.

Pentru a preveni ca cablurile de înaltă tensiune să cauzeze interferențe la cablajele de joasă tensiune, radiouri, etc., ecranarea electromagnetică este deosebit de importantă pentru cablajele de înaltă tensiune. În plus, majoritatea cablajelor de înaltă tensiune ale vehiculelor cu energie nouă sunt direcționate pe șasiu, iar performanța de protecție mecanică este, de asemenea, deosebit de importantă pentru cablajele de înaltă tensiune.
Partea stângă a figurii 3 arată cablajul de cabluri de înaltă tensiune ecranat individual. Fiecare fir este acoperit cu un scut împletit de cupru, cu schema generală de ecranare în dreapta. Nu există un scut împletit separat în afara cablului, dar ecranarea generală pe exteriorul mai multor cabluri de înaltă tensiune. The 2003 Toyota Prius a folosit un design general ecranat cablaj de înaltă tensiune pentru a simplifica structura cablajului și a reduce numărul de componente necesare, reducând astfel costul sistemului general de cablaj de înaltă tensiune. Figura 4 arată utilizarea manșoanelor de protecție și a jgheaburilor de sârmă turnate prin injecție în exteriorul celor două opțiuni de proiectare pentru protecție mecanică.

Dezavantajele schemei de proiectare a cablajului de înaltă tensiune de mai sus sunt următoarele:
1. Conductivitate termică scăzută: din cauza conductibilității termice scăzute cauzată de manșoanele de protecție și jgheaburile de sârmă turnate prin injecție, conductivitatea termică axială a cablajului este scăzută;
2. Ca urmare a acestui transfer scăzut de căldură, dimensiunea firelor crește, rezultând o creștere a greutății și a costului cablajului de înaltă tensiune;
3. Structura mecanica de protectie (jgheab de sârmă): Dacă se modifică aspectul cablajului de înaltă tensiune, forma și structura jgheabului de sârmă trebuie de asemenea modificate, ceea ce crește costul și prelungește ciclul de dezvoltare.
Pentru a elimina aceste neajunsuri, YAXUN a dezvoltat un cablaj tubular ecranat de înaltă tensiune, care instalează cablaje de înaltă tensiune neecranate în tuburile din aliaj de aluminiu. Țeava din oțel aliat de aluminiu combină eficient ecranarea electromagnetică și protecția mecanică, după cum se arată în figura 5.

În comparație cu soluțiile menționate anterior de ecranare individuală și ecranare generală folosind manșoane de protecție și canale de sârmă turnate prin injecție, are următoarele avantaje:
1. Transferul ridicat de căldură al materialelor din aliaj de aluminiu poate reduce specificațiile conductorului cablajului de sârmă;
2. Reduceți greutatea sistemului general de cablaj de înaltă tensiune;
3. Amenajarea și instalarea cablajelor de înaltă tensiune sunt mai ușoare și mai flexibile.
Această soluție a fost folosită în Honda INSIGHT (2009), CR-Z și Fit Hybrid (2010), și FREED Hybrid (2011).
Prin experimente, au fost comparate capacitățile de disipare a căldurii ale cablajelor de sârmă de înaltă tensiune protejate cu tuburi din aliaj de aluminiu și cele protejate cu tuburi standard din plastic din polipropilenă. Experimentele au arătat că țevile din aliaj de aluminiu au capacități mai bune de disipare a căldurii decât țevile standard din plastic din polipropilenă.
Configurarea testului este prezentată în figura 6. Ambele componente sunt plasate deasupra unui sistem de încălzire care generează temperaturi ridicate de aproximativ 350°C. Figura 7 arată măsurătorile măsurate ale temperaturii suprafeței. Tuburile din aliaj de aluminiu au o conductivitate termică bună și performanța lor axială a transferului de căldură este mult mai bună decât protectoarele din plastic.

Această performanță excelentă de disipare a căldurii poate reduce specificațiile conductorului cablurilor de înaltă tensiune și poate reduce nivelul de rezistență la temperatură al cablurilor.. Aceste două aspecte pot reduce efectiv costul cablurilor de înaltă tensiune.
În plus, datorită acestui design, cablul de înaltă tensiune se schimbă dintr-un cablu ecranat într-un cablu neecranat, eliminând necesitatea mantalei exterioare a cablului și a canalelor de protecție turnate prin injecție, iar greutatea poate fi redusă cu aproximativ 18%. Pe măsură ce cablurile de înaltă tensiune sunt schimbate de la cabluri ecranate la cabluri neecranate, proiectarea conectorilor de înaltă tensiune devine mai simplă.

Deoarece țevile din oțel din aliaj de aluminiu au o bună formabilitate, Cablurile de sârmă de înaltă tensiune care utilizează țevi de oțel din aliaj de aluminiu sunt mai favorabile instalării în timpul producției.

Cablul de sârmă de înaltă tensiune care utilizează țevi de oțel din aliaj de aluminiu are o rigiditate bună și nu se lasă, iar distanța dintre punctele sale fixe poate fi setată mai departe. Datorită flexibilității sale ridicate, este dificil să se asigure garda la sol a cablajelor tradiționale de înaltă tensiune atunci când sunt plasate pe șasiu.

Când se modifică designul cablajelor de înaltă tensiune care utilizează canale de sârmă turnate prin injecție, matrița trebuie redeschisă sau matrița trebuie modificată. Utilizarea țevilor din oțel aliat de aluminiu necesită doar îndoire, ceea ce scurtează foarte mult ciclul de dezvoltare al cablajelor de înaltă tensiune.

O altă performanță cea mai importantă este performanța de ecranare electromagnetică. Figura 16 Metoda de testare pentru performanța ecranării electromagnetice.

Judecând după rezultatele testelor, cablajul de cabluri de înaltă tensiune de 0,8 MHz cu ecranare individuală are performanțe de ecranare mai bune. Mai mare de 0,8 MHz, Cablurile de fire de înaltă tensiune care utilizează țevi din aliaj de aluminiu au performanțe mai bune de ecranare electromagnetică.

Deoarece țevile din oțel aliat de aluminiu sunt folosite și dispuse sub șasiul vehiculului, testarea performanței anticorozive este esențială. Figura 18 arată că conducta după testul de impact cu pietriș și ansamblul cablajului după testul cu pulverizare cu sare îndeplinesc cerințele testului cu pulverizare cu sare.

rezumat: Cablurile de înaltă tensiune pentru vehicule electrice realizează o transmisie sigură și eficientă a puterii printr-o structură cu mai multe straturi, iar aplicațiile lor acoperă puterea, sisteme de încărcare și auxiliare. Selectarea lor trebuie să ia în considerare în mod cuprinzător nivelurile de tensiune, compatibilitatea electromagnetică și cerințele de protecție mecanică pentru a asigura fiabilitatea și siguranța sistemului de înaltă tensiune al vehiculului‌.