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高壓線束介紹

近年來，在國家的大力支持和推動下，我國新能源汽車的發(fā)展取得了長足的進(jìn)步，各種新能源汽車逐漸進(jìn)入我們的日常生活。簡單來說，新能源汽車主要是指使用非常規(guī)車用燃料作為動力來源(或使用常規(guī)車用燃料、采用新型車載動力裝置)，綜合動力控制和驅(qū)動方面的先進(jìn)技術(shù)，形成的技術(shù)原理先進(jìn)、具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的汽車。主要包括純電動汽車、增程式電動汽車、混合動力電動汽車、燃料電池電動汽車、氫發(fā)動機(jī)汽車、其他新能源汽車。

然而，無論新能源汽車的形式如何，它們的共同特點(diǎn)是使用高達(dá)300V~600V甚至更高的電壓平臺，這就涉及到布線，而且它們都有相同的基本要求，即在電磁干擾保護(hù)系統(tǒng)下安全傳輸大電流、大電壓。高壓電纜用于連接高壓電池、逆變器、空調(diào)壓縮機(jī)、三相發(fā)電機(jī)和電動機(jī)，實(shí)現(xiàn)動力電能的傳輸。但需要注意的是，電動車的高壓線束并不等同于我們?nèi)粘Ｉ钪械母邏狠旊婋娎|，而只是相對于常規(guī)車輛的低壓系統(tǒng)。

電動車高壓線束的要求

1、電壓

該電纜與常規(guī)汽車電纜的基本區(qū)別在于結(jié)構(gòu)需要按照600V的額定電壓進(jìn)行設(shè)計，如果用于商用車和公共汽車上使用，額定電壓可高達(dá)1000V。相比之下，它甚至更高。目前，內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動汽車使用的電纜設(shè)計為額定電壓60V。

在發(fā)電量不變(P = U×I)的情況下，高電壓由于使用較低的電流，可以降低傳輸系統(tǒng)(PLOSS = I2×R)的功率損耗。

2、電流

由于電纜連接電池、逆變器和電動機(jī)，高壓電纜需要傳輸大電流。根據(jù)系統(tǒng)組件的功率需求，電流可以達(dá)到250A到450A。在傳統(tǒng)驅(qū)動的車輛上很難找到如此高的電流。

3、溫度

高電流傳輸?shù)慕Y(jié)果導(dǎo)致高功耗和元件發(fā)熱。因此，高壓電纜的設(shè)計能夠承受更高的溫度。目前可以看出，溫度要求有進(jìn)一步提高的趨勢。

相比之下，在目前的車輛中，只要不在發(fā)動機(jī)艙或其他耐高溫的區(qū)域使用電纜，通常使用額定溫度為105℃的電纜就足夠了。電動汽車的高壓電纜通常高于這個溫度，如125℃或150℃。

如果在電動車中走線不利，主機(jī)廠甚至?xí)δ透邷匦蕴岢龈叩囊?。如排氣管附近、電機(jī)前部、電池后部等。

4、工作生活

在汽車工業(yè)中，電纜在規(guī)定溫度等級下的設(shè)計使用壽命通常為3000 h。在公認(rèn)的電纜標(biāo)準(zhǔn)(如ISO 6722、ISO 14572)中，該值通常用于長期老化測試。客戶在高壓應(yīng)用領(lǐng)域的特殊要求可能超過3000小時，在規(guī)定溫度下累計運(yùn)行時間甚至可能達(dá)到12000小時。

5、屏蔽效應(yīng)

高壓電纜本身不需要屏蔽，因?yàn)樗幌裢S電纜那樣傳輸數(shù)據(jù)，但它需要防止或減少系統(tǒng)中開關(guān)電源產(chǎn)生的高頻輻射通過電纜感應(yīng)到外圍部件。

與燃料驅(qū)動的車輛不同，電動汽車的電機(jī)需要控制三相交流電。具有能量的正弦電壓相當(dāng)于不同頻率的方波脈沖信號。由于高頻脈沖的陡沿，會產(chǎn)生能量很強(qiáng)的諧波，并傳輸?shù)街車貐^(qū)。

采用適當(dāng)?shù)钠帘畏椒梢酝耆鉀Q電磁干擾問題。在某些情況下，為了滿足屏蔽效果的不同要求，需要采用不同屏蔽類型的組合。

6、柔韌性

在很多情況下，混合動力汽車的發(fā)展面臨著這樣的挑戰(zhàn)，即現(xiàn)有的系列平臺原本只設(shè)計了裝載汽油發(fā)動機(jī)及其部件的空間，而并入了更多的電氣部件。即使不考慮布線，也可以預(yù)料到空間的限制。此外，布線電纜和連接器需要空間。通常的結(jié)果是導(dǎo)致緊張的彎曲半徑。

由于傳統(tǒng)電纜的固有設(shè)計，很難克服高彎曲力。為了解決這個問題，高壓電纜的高柔性很重要。只有靈活的設(shè)計，才能輕松實(shí)現(xiàn)車與車之間的路徑選擇。

7、抗彎強(qiáng)度

如果電動機(jī)位于車輛運(yùn)動部分附近，然后導(dǎo)致連接的高壓電纜持續(xù)振動，則應(yīng)將其設(shè)計為能夠承受高循環(huán)彎曲，以確保良好的彎曲耐久性。

8、識別

由于高壓帶來的應(yīng)用風(fēng)險增加，各種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定高壓電纜必須在視覺上區(qū)別于普通汽車電纜，指定表面必須為亮橙色。

同時，還可以打印警告內(nèi)容和特殊標(biāo)記，如“小心！高壓600V"、高電壓閃電標(biāo)志等。

電動車電纜的標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀

鑒于電動汽車應(yīng)用高壓電纜的上述挑戰(zhàn)和要求，有必要建立新的電纜標(biāo)準(zhǔn)，以滿足供應(yīng)商、線束廠和主機(jī)廠的需求。

這項工作由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織道路車輛技術(shù)委員會的電氣電子分技術(shù)委員會車用電纜工作組(ISO/TC  22/SC  3/WG4)進(jìn)行。

從ISO 6722可以看出，它是在普通的600V電纜標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行修訂的，以滿足600伏電纜的要求。因?yàn)樗拇蟛糠忠筮€是很通用的，但是高壓電纜的特殊設(shè)計往往不被考慮。ISO 14572也進(jìn)行了類似的修訂。

目前，電壓高于600伏的高壓電纜的標(biāo)準(zhǔn)化是各個工作組的課題。標(biāo)準(zhǔn)號是ISO 17195。

SAE將針對高壓電纜調(diào)整當(dāng)前高壓(額定600 V)規(guī)范SAE J1654的要求，并涵蓋600V到1000V的額定電壓，新創(chuàng)建的標(biāo)準(zhǔn)SAE  J2840尚未發(fā)布，將被定義為屏蔽類型的電纜。

LV是德國五大汽車公司通用的采購標(biāo)準(zhǔn)，目前已推出額定電壓600V的電動汽車用高壓電纜標(biāo)準(zhǔn)LV 216。它涵蓋了單芯和多芯屏蔽電纜。

我國正在制定高壓屏蔽電纜國家汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其額定電壓將達(dá)到1000V。

電動汽車用高壓電纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計

標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品和很具體的要求很難定義。本文旨在應(yīng)用先進(jìn)的高壓電纜結(jié)構(gòu)原理，解決基本設(shè)計思路，克服上述挑戰(zhàn)。

1、導(dǎo)體設(shè)計

高壓電纜的柔韌性主要由導(dǎo)體的設(shè)計決定。這就是為什么高壓電纜使用具有大量直徑很小的單絲的特殊導(dǎo)體。首先將一定數(shù)量的單絲束絞在一起，然后同心復(fù)絞，形成高壓電纜所需的柔性導(dǎo)體。

根數(shù)多的另一個好處是更好的抗彎性。縮短絞線間距還可以提高高壓電纜的彎曲壽命。

2、絕緣材料

絕緣材料的選擇主要考慮耐熱性要求和機(jī)械強(qiáng)度。與標(biāo)準(zhǔn)電池電纜相比，可以合理選擇較軟的材料，以保持特殊設(shè)計的絞合導(dǎo)體的柔韌性。

3、成纜

當(dāng)電纜是多芯電纜時，通常需要絞合線芯。為了補(bǔ)償高壓電纜線芯絞合引起的變形，需要一種稱為退扭的特殊設(shè)備。在此過程中，專用絞線機(jī)的放線盤相對于絞線方向反向旋轉(zhuǎn)。有必要防止電纜的變形和張力。

根據(jù)電纜的結(jié)構(gòu)，通常采用填充來保證屏蔽電纜的高同心度，最終獲得令人滿意的高壓電纜。通過在絞合電纜芯中使用包裝帶，可以保持電纜的柔韌性。

4、屏蔽

由于EMC(電磁兼容性)的要求，使用多根銅線形成編織屏蔽。鍍錫銅線可以使其更強(qiáng)地抵抗氧化等環(huán)境影響。細(xì)銅線可以保持設(shè)計的靈活性。

為了克服上述電磁干擾問題，屏蔽覆蓋率必須超過90%。

對于不同的屏蔽效果，編織屏蔽可以與其他屏蔽相結(jié)合，如鋁塑符合薄膜。一層無紡布可以包裹在屏蔽周圍，以確保護(hù)套在組裝過程中可以容易地剝離。

5、護(hù)套

和線芯的絕緣一樣，護(hù)套材料也是根據(jù)熱要求和機(jī)械性的要求來選擇的。由于直接接觸，環(huán)境性能如耐液體性和耐磨性對護(hù)套也特別重要。這些特性主要取決于所選擇的護(hù)套材料類型，并且在一定程度上也受到護(hù)套結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響。

如果特殊要求，例如克服安裝車輛環(huán)境的磨損，需要增加耐磨性，則在選擇材料時應(yīng)考慮這一點(diǎn)。測試設(shè)備通常用于模擬真實(shí)情況來驗(yàn)證這些特性。

選擇較軟的材料得益于柔韌性，這可能會降低高壓電纜的耐磨性。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范中規(guī)定，擠壓護(hù)套應(yīng)為亮橙色，并可按規(guī)定添加特殊高壓警示標(biāo)志。

總結(jié)

高壓線束作為電動汽車動力輸出的主要載體，是車輛性能和安全的關(guān)鍵零部件之一。高壓線束的研發(fā)和設(shè)計不僅要從整車的角度考慮，還要從原材料供應(yīng)商、連接器、元器件等環(huán)節(jié)的角度考慮，在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)還不太規(guī)范的情況下，要共同努力制定一個既符合當(dāng)前實(shí)際使用環(huán)境，又具有行業(yè)前瞻性的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。這樣可以進(jìn)一步提高電動汽車的安全性，同時可以降低高壓線束的設(shè)計和制造成本，從而為推動電動汽車的發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。