Sammansättning och tillämpning av EV HV anslutningskablar

Layoutkraven för EV HV högspänningskablar, inklusive position, fixering och storlek, involvera kabelns struktur, men främst layouten, vilket kan vara till hjälp för applikationsdelen. Högspänningskabelns struktur beskrivs i detalj, inklusive konduktörer, skärmande lager, isoleringsskikt, etc., som direkt bör svara på sammansättningsfrågan. Applikationsdelen nämner kraftöverföringen från batteri till motor, inverter, etc., samt signalöverföring, vilket också är kritiskt.

Högspänningsanslutningsanordning, som nämner spänningsnivån för högspänningskablar, skärmade och oskärmade typer, och skillnaden mellan enkelkärnig och multikärnig, som alla är kompositionsdetaljer. Applikationsaspekten nämner kraftöverföringen mellan elektriska apparater, såsom huvuddrivmotorn, luftkonditioneringssystem, etc., which needs to be combined with these contents. The composition of the high-voltage wiring harness is briefly described, inklusive kontakter, terminaler, ledningar, etc., which may supplement the information of the components.

High-voltage components, which mentions that high-voltage cables connect battery packs, chargers and other components, emphasizes insulation and withstand voltage, and this application part needs to be cited. The wiring harness between the fast charging port and the high-voltage box uses high-voltage cables, and this part of the application scenario should also be considered.

Sammansättning och tillämpning av EV HV anslutningskablar

The components of EV HV Connecting cables should include conductor material (koppar eller aluminium), conductor shielding layer, insulation layer, insulation shielding layer, metal shielding layer, and protective cover. The application aspects involve power transmission (battery to motor, inverter, etc.), charging system (snabbladdning/långsam laddning), hjälpsystem (luftkonditionering, PTC värmare), EMC design, etc.

1. Sammansättning av högspänningskablar för elfordon
Högspänningskablar är kärnkomponenterna för överföring av elektrisk energi i elfordon. Deras strukturella design måste uppfylla kraven på högspänning, hög ström och elektromagnetisk kompatibilitet. De omfattar huvudsakligen följande nivåer:

dirigent
Koppar (utmärkt ledningsförmåga) eller aluminium (lätt och låg kostnad) används som kärnmaterial, ansvarig för aktuell överföring.
‌Ledarskyddsskikt‌
Linda in ledaren för jämn fördelning av det elektriska fältet och förhindra partiell urladdning‌.
"Isoleringsskikt".
Högspänningsmaterial (såsom tvärbunden polyeten) används för att tillhandahålla elektriskt isoleringsskydd för att förhindra läckage eller kortslutning‌.
"Isolerande skärmskikt".
Optimerar det elektriska fältfördelningen ytterligare och minskar skadan av elektrisk stress på kabeln‌.
‌Skärmskikt av metall‌
Tillverkad av kopparfläta eller aluminiumfolie, det undertrycker elektromagnetiska störningar (Emi) och förbättrar den elektromagnetiska kompatibiliteten (EMC)‌.
‌Skyddshölje
Den yttre skyddsstrukturen har egenskaperna för slitstyrka, hög temperaturbeständighet, korrosionsbeständighet, etc., och är lämplig för komplexa arbetsförhållanden‌.

‌Special designtyp‌:
‌Skärmad kabel‌: Minska elektromagnetiska störningar genom metallskärmningsskiktet, lämplig för scener med höga EMC-krav‌.
‌Oskärmad kabel‌: Används i miljöer med låg interferens, lägre kostnad.
‌En-/flerkärnig kabel: Enledad kabel är lämplig för högströmsöverföring (såsom motorströmförsörjning), och multi-core kabel används för multi-signal komposit överföring‌.

2. Applicering av högspänningskablar för elfordon
Högspänningskablar används för kraftöverföring och signalkontroll i hela fordonets högspänningssystem. De huvudsakliga tillämpningsscenarierna inkluderar:

Kraftöverföring av kraftsystem
Anslut strömbatteriet till drivmotorn, inverter, DC/DC-omvandlare och andra komponenter för att överföra 200-1500V högspänning DC eller AC.

Kraven på hög strömtäthet måste uppfyllas (såsom symmetriskt arrangemang av motorns trefaslinje).

Laddningssystem
‌Snabbladdningsgränssnitt: Anslut snabbladdningsporten med högspänningsfördelningsboxen (PDU) för att stödja högeffekts DC-laddning.

‌Långsam laddningsgränssnitt: Anslut den inbyggda laddaren (OBC) med batteripaketet för att överföra AC.

‌Högspänningshjälpsystem
Ger ström till luftkonditioneringskompressorer, PTC-värmare, elektriska styr-/bromssystem, etc.

Optimering av elektromagnetisk kompatibilitet
Skärmade kablar används i nyckelvägar (såsom batteri till motorledningar) för att minska effekten av elektromagnetiska störningar på annan elektronisk utrustning.

3. Typiska tekniska krav
‌Spänningsnivå‌: AC 600V/DC 900V eller AC 1000V/DC 1500V, matchning enligt komponentkrav, strömbatteri, drivmotor, etc.
‌Fast avstånd‌: ≤300mm när tvärsnittsarean är större än 16 mm²; ≤200 mm när ≤16 mm², undvik hängande eller överdriven böjning, fixering och layout av kablage
‌Säkerhetsavstånd‌: Avståndet till de stationära delarna är ≥10 mm, undvika kollisionsdeformationsområden (som anti-kollisionsbalkar, bildörrar)‌

Traditionella ledningsnät för nya energifordon är sammansatta av ledningar och plasttråg. Eftersom plasttrunking har dålig värmeavledning, högspänningstrådsbuntar kräver större kablar för att minska värmepåverkan. Dessutom, att ändra och utveckla en ny formkonstruktion för trådtrågskydd är kostsamt och produktionscykeln är lång. Så vi såg lösningen för rörskärmning av kablage, vars representant är Sumitomo högspänningsledningsnät.
Med den snabba utvecklingen av nya energifordon de senaste åren. Dess elektriska högspänningskomponenter, såsom motorer, växelriktare och högspänningsbatterier, är också ständigt utvecklade och förbättrade. De högspänningsledningar som förbinder dem utvecklas och förbättras också ständigt. Fordonet är i akut behov av högspänningsledningar för att minska kostnaderna, vikt och layoututrymme.

Figur 1 visar tidslinjen för massproduktion av högspänningsledningar. I 1999, vårt företag började storskalig produktion av högspänningsledningar för Honda INSIGHT. Den första omfattande utvecklingen av delar av högspänningsledningar, såsom ledningar, terminaler och kontakter, började i 2001 för Toyota ESTIMA hybridfordon. När det gäller terminaler, två typer av gjutna och plugg-typ kontakter har utvecklats baserat på de tekniska kraven för anslutningsgränssnittet. Elektromagnetisk skärmning började med individuellt skärmade kablar, introducerade sedan integrerad flätad ledningsnätsskärmning för Toyota Prius in 2003, och introducerade den första rörskyddstekniken för Honda CIVICHYBRID i 2005. Det maximala temperaturkravet för högspänningsledningar har också ändrats från de ursprungliga 120°C till 150°C.

Figur 2 visar tillämpningen av högspänningsledningsnätsprodukter i HEV-modeller. Till höger, kabelstammen visas, säkras med hjälp av ståltråg. I det nedre vänstra hörnet finns motorkabelstammen. Terminalerna är bultade och skärmade överlag.

För att förhindra att högspänningsledningar orsakar störningar på lågspänningsledningar, radioapparater, etc., elektromagnetisk skärmning är särskilt viktig för högspänningsledningar. Dessutom, most of the high-voltage wiring harnesses of new energy vehicles are routed on the chassis, and mechanical protection performance is also particularly important for high-voltage wiring harnesses.
The left side of Figure 3 shows the individually shielded high-voltage wire harness. Each wire is covered with a copper braided shield, with the overall shielding scheme on the right. There is no separate braided shield outside the cable, but overall shielding on the outside of multiple high-voltage cables. De 2003 Toyota Prius used an overall shielded high-voltage wire harness design to simplify the wire harness structure and reduce the number of necessary components, thereby reducing the cost of the overall high-voltage wire harness system. Figur 4 visar användningen av skyddshylsor och formsprutade trådtråg på utsidan av de två designalternativen för mekaniskt skydd.

Nackdelarna med ovanstående designschema för högspänningskablar är som följer:
1. Låg värmeledningsförmåga: på grund av låg värmeledningsförmåga orsakad av skyddshylsor och formsprutade trådtråg, den axiella värmeledningsförmågan hos kabelstammen är låg;
2. Som ett resultat av denna låga värmeöverföring, storleken på trådarna ökar, vilket resulterar i en ökning av vikten och kostnaden för högspänningskabeln;
3. Mekanisk skyddskonstruktion (trådtråg): Om utformningen av högspänningskabelstammen ändras, formen och strukturen på trådtråget behöver också ändras, vilket ökar kostnaderna och förlänger utvecklingscykeln.
In order to eliminate these shortcomings, YAXUN developed a tubular shielded high-voltage wire harness, which installs unshielded high-voltage wire harnesses into aluminum alloy tubes. Aluminum alloy steel pipe effectively combines electromagnetic shielding and mechanical protection, som visas i figuren 5.

Compared with the previously mentioned solutions of individual shielding and overall shielding using protective sleeves and injection molded wire ducts, it has the following advantages:
1. The high heat transfer of aluminum alloy materials can reduce the conductor specifications of the wire harness;
2. Reduce the weight of the overall high-voltage wiring harness system;
3. The arrangement and installation of high-voltage wire harnesses are easier and more flexible.
This solution has been used in Honda INSIGHT (2009), CR-Z and Fit Hybrid (2010), and FREED Hybrid (2011).
Genom experiment, värmeavledningsförmågan hos högspänningsledningar skyddade av aluminiumlegeringsrör och de som skyddas av vanliga polypropenplaströr jämfördes. Experiment har visat att rör av aluminiumlegering har bättre värmeavledningsförmåga än vanliga polypropenplaströr.
Testinställningen visas i figur 6. Båda komponenterna placeras ovanpå ett värmesystem som genererar höga temperaturer på cirka 350°C. Figur 7 visar de uppmätta yttemperaturmätningarna. Aluminiumlegeringsrör har god värmeledningsförmåga och deras axiella värmeöverföringsprestanda är mycket bättre än plastskydd.

Denna utmärkta värmeavledningsprestanda kan minska ledarspecifikationerna för högspänningskablar och minska kablarnas temperaturmotståndsnivå. Dessa två aspekter kan effektivt minska kostnaderna för högspänningskablar.
Dessutom, på grund av denna design, högspänningskabeln ändras från en skärmad kabel till en oskärmad kabel, eliminerar behovet av kabelns yttre mantel och formsprutade skyddskanal, och vikten kan minskas med ca 18%. Som högspänningskablar byts från skärmade kablar till oskärmade kablar, designen av högspänningskontakter blir enklare.

Eftersom aluminiumlegerade stålrör har god formbarhet, högspänningsledningar som använder aluminiumlegerade stålrör är mer gynnsamma för installation under tillverkning.

The high-voltage wire harness using aluminum alloy steel pipe has good rigidity and does not sag, and the distance between its fixed points can be set farther. Due to its high flexibility, it is difficult to ensure the ground clearance of traditional high-voltage wire harnesses when placed on the chassis.

When the design of high-voltage wire harnesses using injection molded wire ducts is changed, the mold needs to be re-opened or the mold needs to be modified. The use of aluminum alloy steel pipes only requires bending, which greatly shortens the development cycle of high-voltage wire harnesses.

Another most important performance is the electromagnetic shielding performance. Figur 16 Test method for electromagnetic shielding performance.

Judging from the test results, den individuellt skärmade 0,8MHz högspänningskabelstammen har bättre skärmningsprestanda. Högre än 0,8MHz, högspänningsledningar som använder aluminiumlegeringsrör har bättre elektromagnetisk skärmningsprestanda.

Eftersom aluminiumlegerade stålrör används och arrangeras under fordonets chassi, Det är viktigt att testa korrosionsskydd. Figur 18 visar att rörledningen efter grusslagprovet och ledningsnätet efter saltspraytestet uppfyller kraven för saltspraytestet.

sammanfattning: Elfordons högspänningskablar uppnår säker och effektiv kraftöverföring genom en flerskiktsstruktur, och deras applikationer täcker kraft, laddnings- och hjälpsystem. Deras val måste överväga spänningsnivåer, elektromagnetisk kompatibilitet och mekaniska skyddskrav för att säkerställa tillförlitligheten och säkerheten hos fordonets högspänningssystem‌.