Sestava in uporaba EV HV priključnih kablov

Zahteve za postavitev visokonapetostnih kabelskih snopov EV HV, vključno s položajem, pritrditev in velikost, vključujejo strukturo kabla, ampak predvsem postavitev, kar je lahko koristno za del aplikacije. Podrobno je opisana zgradba visokonapetostnega kabla, vključno z vodniki, zaščitne plasti, izolacijske plasti, itd., ki naj neposredno odgovori na vprašanje sestave. Prijavni del omenja prenos moči od baterije do motorja, pretvornik, itd., kot tudi prenos signala, kar je tudi kritično.

Visokonapetostna priključna naprava, ki omenja napetostni nivo visokonapetostnih kablov, oklopljene in neoklopljene vrste, in razlika med enojedrnim in večjedrnim, kar so vse podrobnosti sestave. Aplikacijski vidik omenja prenos moči med električnimi napravami, kot je glavni pogonski motor, klimatski sistem, itd., ki jih je treba povezati s temi vsebinami. Na kratko je opisana sestava visokonapetostnega kabelskega snopa, vključno s priključki, terminali, žice, itd., ki lahko dopolnijo informacije o komponentah.

Visokonapetostne komponente, ki omenja, da visokonapetostni kabli povezujejo baterije, polnilniki in druge komponente, poudarja izolacijo in vzdržljivo napetost, in ta del aplikacije je treba citirati. Kabelski snop med vrati za hitro polnjenje in visokonapetostno omarico uporablja visokonapetostne kable, in ta del scenarija uporabe je treba upoštevati tudi.

Sestava in uporaba EV HV priključnih kablov

Komponente priključnih kablov EV HV morajo vsebovati prevodni material (baker ali aluminij), zaščitni sloj prevodnika, izolacijski sloj, izolacijski zaščitni sloj, kovinski zaščitni sloj, in zaščitno prevleko. Vidiki uporabe vključujejo prenos moči (akumulator na motor, pretvornik, itd.), polnilni sistem (hitro polnjenje/počasno polnjenje), pomožni sistem (klimatska naprava, PTC grelec), EMC zasnova, itd.

1. Sestava visokonapetostnih priključnih kablov za električna vozila
Visokonapetostni kabli so ključni sestavni deli prenosa električne energije v električnih vozilih. Njihova strukturna zasnova mora ustrezati zahtevam visoke napetosti, visok tok in elektromagnetna združljivost. V glavnem vključujejo naslednje ravni:

Dirigent
Baker (odlična prevodnost) ali aluminija (lahek in poceni) se uporablja kot osnovni material, odgovoren za prenos toka‌.
Zaščitna plast prevodnika
Ovijte prevodnik za enakomerno porazdelitev električnega polja in preprečite delno razelektritev‌.
Izolacijski sloj
Visokonapetostni materiali (kot je zamreženi polietilen) se uporabljajo za zagotavljanje zaščite električne izolacije za preprečevanje puščanja ali kratkega stika‌.
Izolacijska zaščitna plast
Nadalje optimizira porazdelitev električnega polja in zmanjša škodo zaradi električnega stresa na kablu‌.
Kovinska zaščitna plast
Iz bakrene pletenice ali aluminijaste folije, zavira elektromagnetne motnje (Emi) in izboljša elektromagnetno združljivost (EMC)‌.
Zaščitni pokrov
Zunanja zaščitna struktura ima značilnosti odpornosti proti obrabi, odpornost na visoke temperature, odpornost proti koroziji, itd., in je primeren za zahtevne delovne pogoje‌.

Posebna oblika oblikovanja:
Zaščiten kabel: Zmanjšajte elektromagnetne motnje skozi kovinsko zaščitno plast, primeren za prizore z visokimi zahtevami EMC‌.
Nezaščiten kabel: Uporablja se v okoljih z nizko stopnjo motenj, nižji stroški.
‌Enožilni/večžilni kabel‌: Enožilni kabel je primeren za prenos velikega toka (kot je napajanje motorja), in večjedrni kabel se uporablja za večsignalni kompozitni prenos‌.

2. Uporaba visokonapetostnih priključnih kablov za električna vozila
Visokonapetostni kabli se uporabljajo za prenos električne energije in krmiljenje signala v visokonapetostnem sistemu celotnega vozila. Glavni scenariji uporabe vključujejo:

‌Prenos moči elektroenergetskega sistema‌
Povežite napajalno baterijo s pogonskim motorjem, pretvornik, DC/DC pretvornik in druge komponente za prenos 200-1500 V visokonapetostnega DC ali AC.

Izpolnjene morajo biti zahteve glede visoke gostote toka (kot je simetrična razporeditev trifaznega voda motorja).

Sistem polnjenja
Vmesnik za hitro polnjenje: Povežite vrata za hitro polnjenje z visokonapetostno razdelilno omarico (PDU) za podporo visoko zmogljivega DC polnjenja.

‌Vmesnik za počasno polnjenje‌: Priključite vgrajeni polnilnik (OBC) z baterijskim paketom za prenos AC.

‌Visokonapetostni pomožni sistem‌
Zagotovite moč za kompresorje klimatskih naprav, PTC grelci, električni krmilni/zavorni sistemi, itd.

‌Optimizacija elektromagnetne združljivosti‌
Oklopljeni kabli se uporabljajo v ključnih poteh (kot so baterije do motornih linij) za zmanjšanje vpliva elektromagnetnih motenj na drugo elektronsko opremo.

3. Tipične tehnične zahteve
Raven napetosti: AC 600V/DC 900V ali AC 1000V/DC 1500V, ujemanje glede na zahteve komponent, napajalna baterija, pogonski motor, itd.
Fiksni razmik: ≤300 mm, če je površina prečnega prereza večja od 16 mm²; ≤200 mm pri ≤16 mm², izogibajte se visenju ali pretiranemu upogibanju, pritrditev in postavitev kabelskega snopa
Varnostni razmik: Razmik med stacionarnimi deli je ≥10 mm, izogibanje območjem deformacije trka (kot so tramovi proti trku, avtomobilska vrata)‌

Tradicionalni kabelski snopi za nova energetska vozila so sestavljeni iz žic in plastičnih žic. Ker plastični kanali slabo odvajajo toploto, snopi visokonapetostnih žic zahtevajo žice večjega premera, da zmanjšajo vpliv toplote. Poleg tega, spreminjanje in razvoj nove zasnove kalupa za zaščito korita žice je drago in proizvodni cikel je dolg. Tako smo videli rešitev kabelskega snopa za zaščito cevi, katerega predstavnik je visokonapetostni kabelski snop Sumitomo.
S hitrim razvojem novih energetskih vozil v zadnjih letih. Njegove visokonapetostne električne komponente, kot so motorji, pretvorniki in visokonapetostne baterije, se tudi nenehno razvijajo in izboljšujejo. Tudi visokonapetostni kabelski snopi, ki jih povezujejo, se nenehno razvijajo in izboljšujejo. Vozilo nujno potrebuje visokonapetostne kabelske snope za zmanjšanje stroškov, teža in prostor za postavitev.

Slika 1 prikazuje časovnico za množično proizvodnjo visokonapetostnih žičnih snopov. noter 1999, naše podjetje je začelo obsežno proizvodnjo visokonapetostnih kabelskih snopov za Hondo INSIGHT. Prvi celovit razvoj delov visokonapetostnega kabelskega snopa, kot so žice, terminali in priključki, začel v 2001 za hibridno vozilo Toyota ESTIMA. Kar se tiče terminalov, Na podlagi tehničnih zahtev povezovalnega vmesnika sta bili razviti dve vrsti vijačnih oblikovanih in vtičnih konektorjev. Elektromagnetno oklopovanje se je začelo z individualno oklopljenimi kabli, nato predstavil integralno pleteno zaščito kabelskega snopa za Toyoto Prius v 2003, in predstavil prvo tehnologijo zaščite cevi za Hondo CIVICHYBRID v 2005. Najvišja zahtevana temperatura za visokonapetostne kabelske snope se je prav tako spremenila s prvotnih 120 °C na 150 °C.

Slika 2 prikazuje uporabo visokonapetostnih kabelskih snopov v modelih HEV. Na desni, prikazan je sklop kabelskega snopa, zavarovani z žičnimi koriti. V spodnjem levem kotu je kabelski snop motorja. Sponke so v celoti privijačene in oklopljene.

Da bi preprečili, da bi visokonapetostni kabelski snopi povzročali motnje nizkonapetostnim kabelskim snopom, radijski sprejemniki, itd., elektromagnetna zaščita je še posebej pomembna za visokonapetostne kabelske snope. Poleg tega, večina visokonapetostnih kabelskih snopov novih energetskih vozil je speljanih na šasiji, in učinkovitost mehanske zaščite je še posebej pomembna za visokonapetostne kabelske snope.
Leva stran slike 3 prikazuje individualno zaščiten visokonapetostni kabelski snop. Vsaka žica je prekrita z bakreno pletenim ščitom, s celotno zaščitno shemo na desni. Zunaj kabla ni ločenega pletenega oklopa, ampak splošno zaščito na zunanji strani več visokonapetostnih kablov. The 2003 Toyota Prius je uporabila celotno oklopljeno visokonapetostno zasnovo kabelskega snopa za poenostavitev strukture žičnih snopov in zmanjšanje števila potrebnih komponent, s čimer se zmanjšajo stroški celotnega visokonapetostnega sistema žičnih snopov. Slika 4 prikazuje uporabo zaščitnih tulcev in žlebov iz brizgane žice na zunanji strani obeh možnosti oblikovanja za mehansko zaščito.

Slabosti zgornje sheme zasnove visokonapetostnega kabelskega snopa so naslednje:
1. Nizka toplotna prevodnost: zaradi nizke toplotne prevodnosti, ki jo povzročajo zaščitni tulci in korita iz brizgane žice, aksialna toplotna prevodnost žic je nizka;
2. Zaradi tega nizkega prenosa toplote, velikost žic se poveča, kar ima za posledico povečanje teže in stroškov visokonapetostnega snopa;
3. Mehanska zaščitna struktura (žično korito): Če se spremeni postavitev visokonapetostnega kabelskega snopa, spremeniti je treba tudi obliko in strukturo žičnega korita, kar poveča stroške in podaljša razvojni cikel.
Da bi odpravili te pomanjkljivosti, YAXUN je razvil cevast oklopljen visokonapetostni kabelski snop, ki namesti neoklopljene visokonapetostne žične snope v cevi iz aluminijeve zlitine. Jeklena cev iz aluminijeve zlitine učinkovito združuje elektromagnetno zaščito in mehansko zaščito, kot je prikazano na sliki 5.

V primerjavi s prej omenjenimi rešitvami individualne zaščite in celotne zaščite z uporabo zaščitnih tulcev in brizganih žičnih kanalov, ima naslednje prednosti:
1. Visok prenos toplote materialov iz aluminijevih zlitin lahko zmanjša specifikacije prevodnika žičnih snopov;
2. Zmanjšajte težo celotnega visokonapetostnega sistema kabelskega snopa;
3. Razporeditev in montaža visokonapetostnih žičnih snopov sta lažja in fleksibilnejša.
Ta rešitev je bila uporabljena v Honda INSIGHT (2009), CR-Z in Fit Hybrid (2010), in FREED Hybrid (2011).
Skozi poskuse, primerjali smo zmogljivosti odvajanja toplote visokonapetostnih žičnih snopov, zaščitenih s cevmi iz aluminijeve zlitine, in tistih, zaščitenih s standardnimi plastičnimi cevmi iz polipropilena.. Poskusi so pokazali, da imajo cevi iz aluminijeve zlitine boljše zmogljivosti odvajanja toplote kot standardne polipropilenske plastične cevi..
Postavitev testa je prikazana na sliki 6. Obe komponenti sta nameščeni na vrhu ogrevalnega sistema, ki ustvarja visoke temperature približno 350 °C. Slika 7 prikazuje izmerjene meritve površinske temperature. Cevi iz aluminijeve zlitine imajo dobro toplotno prevodnost in njihov aksialni prenos toplote je veliko boljši od plastičnih ščitnikov.

Ta odlična zmogljivost odvajanja toplote lahko zmanjša specifikacije prevodnikov visokonapetostnih kablov in zmanjša raven temperaturne odpornosti kablov. Ta dva vidika lahko učinkovito zmanjšata stroške visokonapetostnih kablov.
Poleg tega, zaradi te zasnove, visokonapetostni kabel se iz oklopnega kabla spremeni v neoklopljeni kabel, odpravlja potrebo po zunanjem plašču kabla in brizganem zaščitnem kanalu, in težo lahko zmanjšate za približno 18%. Ker se visokonapetostni kabli zamenjajo z oklopljenih kablov na neoklopljene kable, zasnova visokonapetostnih konektorjev postane enostavnejša.

Ker imajo jeklene cevi iz aluminijeve zlitine dobro sposobnost oblikovanja, visokonapetostni kabelski snopi, ki uporabljajo jeklene cevi iz aluminijeve zlitine, so bolj primerni za namestitev med proizvodnjo.

Visokonapetostni kabelski snop z jekleno cevjo iz aluminijeve zlitine ima dobro togost in se ne povesi, in razdaljo med njegovimi fiksnimi točkami je mogoče nastaviti dlje. Zaradi svoje visoke fleksibilnosti, težko je zagotoviti oddaljenost od tal tradicionalnih visokonapetostnih žičnih snopov, ko so nameščeni na šasiji.

Ko se spremeni zasnova visokonapetostnih žičnih snopov, ki uporabljajo brizgane žične kanale, kalup je treba ponovno odpreti ali pa kalup spremeniti. Uporaba jeklenih cevi iz aluminijeve zlitine zahteva samo upogibanje, kar močno skrajša razvojni cikel visokonapetostnih žičnih snopov.

Druga najpomembnejša zmogljivost je zmogljivost elektromagnetne zaščite. Slika 16 Preskusna metoda za učinkovitost elektromagnetne zaščite.

Sodeč po rezultatih testa, visokonapetostni kabelski snop kabla 0,8 MHz ima boljšo zaščito. Višji od 0,8MHz, visokonapetostni žični snopi, ki uporabljajo cevi iz aluminijeve zlitine, imajo boljšo elektromagnetno zaščito.

Ker se uporabljajo jeklene cevi iz aluminijeve zlitine, ki so nameščene pod šasijo vozila, testiranje protikorozijske učinkovitosti je bistveno. Slika 18 kaže, da cevovod po preskusu udarca z gramozom in sklop kabelskega snopa po preskusu s solnim pršenjem izpolnjujeta zahteve preskusa s solnim pršenjem.

Povzetek: Visokonapetostni kabli za električna vozila dosegajo varen in učinkovit prenos električne energije prek večplastne strukture, in njihove aplikacije zajemajo moč, polnilni in pomožni sistemi. Njihova izbira mora celovito upoštevati nivoje napetosti, zahteve glede elektromagnetne združljivosti in mehanske zaščite za zagotovitev zanesljivosti in varnosti visokonapetostnega sistema vozila‌.