電纜連接電纜的組成和應用

EV HV高壓線束佈置要求, 包括位置, 固定方式和尺寸, 涉及到電纜的結構, 但主要是佈局, 這可能對應用程序部分有幫助. 高壓電纜的結構詳解, 包括導體, 屏蔽層, 絕緣層, ETC。, 這應該直接回答作文問題. 應用部分提到了從電池到電機的動力傳輸, 逆變器, ETC。, 以及信號傳輸, 這也很關鍵.

高壓連接裝置, 其中提到了高壓電纜的電壓等級, 屏蔽和非屏蔽類型, 以及單核和多核的區別, 這是所有組成細節. 應用方面提到電氣設備之間的電力傳輸, 如主驅動電機, 空調系統, ETC。, 需要與這些內容結合起來. 簡述高壓線束的組成, 包括連接器, 終端, 電線, ETC。, 可以補充組件的信息.

高壓元件, 其中提到高壓電纜連接電池組, 充電器和其他組件, 強調絕緣和耐壓, 並且這個應用部分需要被引用. 快充口與高壓盒之間的線束採用高壓電纜, 而這部分應用場景也是要考慮的.

電纜連接電纜的組成和應用

EV HV 連接電纜的組件應包含導體材料 (銅或鋁), 導體屏蔽層, 絕緣層, 絕緣屏蔽層, 金屬屏蔽層, 和保護蓋. 應用方面涉及電力傳輸 (電池到電機, 逆變器, ETC。), 充電系統 (快充/慢充), 輔助系統 (空調, PTC加熱器), 電磁兼容設計, ETC.

1. 電動汽車高壓連接電纜的組成
高壓電纜是電動汽車電能傳輸的核心部件. 其結構設計必須滿足高電壓的要求, 高電流和電磁兼容性. 主要包括以下幾個層次:

導體
銅 (優良的導電性) 或鋁 (輕量化、低成本) 用作核心材料, 負責電流傳輸‌‌.
‌導體屏蔽層‌‌
包裹導體，使電場分佈均勻，防止局部放電‌‌.
‌絕緣層‌‌
高壓材料 (例如交聯聚乙烯) 用於提供電氣絕緣保護，防止漏電或短路‌‌.
‌絕緣屏蔽層‌‌
進一步優化電場分佈，減少電應力對電纜的損傷‌.
‌金屬屏蔽層‌‌
由銅編織層或鋁箔製成, 它抑制電磁干擾 (EMI) 並提高電磁兼容性 (EMC)‌.
‌保護罩‌
外防護結構具有耐磨的特點, 高溫抗性, 耐腐蝕性, ETC。, 適合複雜工況‌.

‌特殊設計類型‌:
‌屏蔽電纜‌‌: 通過金屬屏蔽層減少電磁干擾, 適合EMC要求較高的場景‌.
‌非屏蔽電纜‌‌: 用於低干擾環境, 成本更低.
‌單芯/多芯電纜‌‌: 單芯電纜適合大電流傳輸 (如電機電源), 多芯電纜用於多信號複合傳輸‌.

2. 電動汽車高壓連接電纜的應用
高壓電纜用於整車高壓系統中的電力傳輸和信號控制. 主要應用場景包括:

‌電力系統輸電‌
連接動力電池與驅動電機, 逆變器, DC/DC轉換器及其他傳輸200-1500V高壓直流或交流的組件.

必須滿足高電流密度要求 (如電機三相線對稱佈置).

‌充電系統‌
‌快充接口‌: 將快充口與高壓配電盒連接 (配電單元) 支持大功率直流充電.

‌慢速充電接口‌: 連接車載充電器 (OBC) 與電池組一起傳輸交流電.

‌高壓輔助系統‌
為空調壓縮機提供動力, PTC加熱器, 電動轉向/制動系統, ETC.

‌電磁兼容性優化‌
關鍵路徑採用屏蔽電纜 (例如電池到電機線) 減少電磁干擾對其他電子設備的影響.

3. 典型技術要求
‌電壓等級‌: 交流600V/直流900V或交流1000V/直流1500V, 根據元件要求進行匹配, 動力電池, 驅動電機, ETC.
‌固定間距‌: 截面積大於時≤300mm 16 mm²; ≤16mm²時≤200mm, 避免懸掛或過度彎曲, 線束固定和佈置
‌安全間距‌: 與靜止件間隙≥10mm, 避免碰撞變形區域 (比如防撞梁, 車門)‌

傳統新能源汽車線束由電線和塑料線槽組成. 因為塑料線槽散熱差, 高壓線束需要更大規格的電線以減少熱量的影響. 此外, 更換開發新的線槽保護模具設計成本高，生產週期長. 於是我們看到了管屏蔽線束解決方案, 其代表為住友高壓線束.
隨著近年來新能源汽車的快速發展. 其高壓電器元件, 例如電機, 逆變器和高壓電池, 也在不斷的發展和完善. 連接它們的高壓線束也在不斷發展和完善. 車輛急需高壓線束降低成本, 重量和佈局空間.

數字 1 顯示高壓線束產品量產時間表. 在 1999, 我司開始規模化生產本田INSIGHT高壓線束產品. 國內首家全面開發高壓線束零部件, 比如電線, 端子和連接器, 開始於 2001 適用於豐田 ESTIMA 混合動力汽車. 從終端來看, 根據連接接口的技術要求，開發了螺栓式模壓式和插拔式連接器兩種類型. 電磁屏蔽始於單獨屏蔽電纜, 然後為豐田普銳斯推出了整體編織線束屏蔽 2003, 並於2017年為本田CIVICHYBRID引入了首個管屏蔽技術 2005. 高壓線束的最高溫度要求也由原來的120℃改為150℃.

數字 2 展示高壓線束產品在HEV車型上的應用. 在右側, 顯示線束組件, 使用線槽固定. 左下角是電機線束. 端子採用螺栓固定並整體屏蔽.

為了防止高壓線束對低壓線束造成乾擾, 收音機, ETC。, 電磁屏蔽對於高壓線束尤為重要. 此外, 新能源汽車的高壓線束大部分走線在底盤上, 而機械防護性能對於高壓線束來說也尤為重要.
圖左側 3 顯示單獨屏蔽的高壓線束. 每根電線都覆蓋有銅編織屏蔽層, 右側為整體屏蔽方案. 電纜外部沒有單獨的編織屏蔽層, 但多根高壓電纜外部整體屏蔽. 這 2003 豐田普銳斯採用整體屏蔽高壓線束設計，簡化線束結構，減少必要部件數量, 從而降低整個高壓線束系統的成本. 數字 4 顯示了使用保護套和注塑線槽外側進行機械保護的兩種設計方案.

上述高壓線束設計方案的缺點如下:
1. 導熱係數低: 由於保護套和注塑線槽導致導熱率低, 線束軸嚮導熱係數低;
2. 由於這種低傳熱, 電線的尺寸增加, 導致高壓線束的重量和成本增加;
3. 機械防護結構 (線槽): 如果高壓線束的佈局發生變化, 線槽的形狀和結構也需要改變, 增加了成本並延長了開發週期.
為了消除這些缺點, 亞訊研發管狀屏蔽高壓線束, 將非屏蔽高壓線束安裝到鋁合金管中. 鋁合金鋼管有效地將電磁屏蔽和機械防護結合起來, 如圖所示 5.

與前面提到的使用保護套和注塑線槽的單獨屏蔽和整體屏蔽的解決方案相比, 它具有以下優點:
1. 鋁合金材料的高傳熱性可以減少線束的導體規格;
2. 減輕整個高壓線束系統的重量;
3. 高壓線束的佈置和安裝更加簡單、靈活.
該方案已應用於本田INSIGHT (2009), CR-Z 和飛度混合動力車 (2010), 和自由混合動力 (2011).
通過實驗, 比較了採用鋁合金管保護的高壓線束與採用標準聚丙烯塑料管保護的高壓線束的散熱能力. 實驗表明，鋁合金管比標準聚丙烯塑料管具有更好的散熱能力.
測試設置如圖所示 6. 兩個組件均放置在加熱系統頂部，可產生約 350°C 的高溫. 數字 7 顯示測量的表面溫度測量值. 鋁合金管導熱性能好，軸向傳熱性能遠優於塑料保護管.

這種優異的散熱性能可以減少高壓電纜的導體規格，降低電纜的耐溫等級. 這兩方面可以有效降低高壓電纜的成本.
此外, 由於這個設計, 高壓電纜由屏蔽電纜改為非屏蔽電纜, 無需電纜外護套和注塑保護線槽, 重量可減少約 18%. 隨著高壓電纜由屏蔽電纜變為非屏蔽電纜, 高壓連接器的設計變得更簡單.

由於鋁合金鋼管具有良好的成型性能, 採用鋁合金鋼管的高壓線束在製造時更有利於安裝.

採用鋁合金鋼管的高壓線束剛性好，不下垂, 並且其固定點之間的距離可以設置得更遠. 由於其高度的靈活性, 傳統高壓線束放置在底盤上時難以保證離地間隙.

當使用注塑線槽的高壓線束的設計發生變化時, 需要重新開模或者需要修改模具. 使用鋁合金鋼管只需彎曲即可, 大大縮短了高壓線束的開發週期.

另一個最重要的性能是電磁屏蔽性能. 數字 16 電磁屏蔽性能測試方法.

從測試結果來看, 0.8MHz獨立屏蔽電纜高壓線束具有更好的屏蔽性能. 高於0.8MHz, 採用鋁合金管的高壓線束具有更好的電磁屏蔽性能.

由於採用鋁合金鋼管，佈置在車輛底盤下方, 防腐性能測試必不可少. 數字 18 表明碎石沖擊試驗後的管道和鹽霧試驗後的線束總成滿足鹽霧試驗的要求.

概括: 電動汽車高壓電纜通過多層結構實現安全高效的電力傳輸, 其應用涵蓋電力, 充電及輔助系統. 它們的選擇需要綜合考慮電壓等級, 電磁兼容和機械防護要求，確保車輛高壓系統的可靠性和安全性‌.