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高壓線(xiàn)束介紹

近年來(lái)，在國家的大力支持和推動(dòng)下，我國新能源汽車(chē)的發(fā)展取得了長(cháng)足的進(jìn)步，各種新能源汽車(chē)逐漸進(jìn)入我們的日常生活。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，新能源汽車(chē)主要是指使用非常規車(chē)用燃料作為動(dòng)力來(lái)源(或使用常規車(chē)用燃料、采用新型車(chē)載動(dòng)力裝置)，綜合動(dòng)力控制和驅動(dòng)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)、新結構的汽車(chē)。主要包括純電動(dòng)汽車(chē)、增程式電動(dòng)汽車(chē)、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)、燃料電池電動(dòng)汽車(chē)、氫發(fā)動(dòng)機汽車(chē)、其他新能源汽車(chē)。

然而，無(wú)論新能源汽車(chē)的形式如何，它們的共同特點(diǎn)是使用高達300V~600V甚至更高的電壓平臺，這就涉及到布線(xiàn)，而且它們都有相同的基本要求，即在電磁干擾保護系統下安全傳輸大電流、大電壓。高壓電纜用于連接高壓電池、逆變器、空調壓縮機、三相發(fā)電機和電動(dòng)機，實(shí)現動(dòng)力電能的傳輸。但需要注意的是，電動(dòng)車(chē)的高壓線(xiàn)束并不等同于我們日常生活中的高壓輸電電纜，而只是相對于常規車(chē)輛的低壓系統。

電動(dòng)車(chē)高壓線(xiàn)束的要求

1、電壓

該電纜與常規汽車(chē)電纜的基本區別在于結構需要按照600V的額定電壓進(jìn)行設計，如果用于商用車(chē)和公共汽車(chē)上使用，額定電壓可高達1000V。相比之下，它甚至更高。目前，內燃機驅動(dòng)汽車(chē)使用的電纜設計為額定電壓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(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(dòng)機，高壓電纜需要傳輸大電流。根據系統組件的功率需求，電流可以達到250A到450A。在傳統驅動(dòng)的車(chē)輛上很難找到如此高的電流。

3、溫度

高電流傳輸的結果導致高功耗和元件發(fā)熱。因此，高壓電纜的設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(chē)輛中，只要不在發(fā)動(dòng)機艙或其他耐高溫的區域使用電纜，通常使用額定溫度為105℃的電纜就足夠了。電動(dòng)汽車(chē)的高壓電纜通常高于這個(gè)溫度，如125℃或150℃。

如果在電動(dòng)車(chē)中走線(xiàn)不利，主機廠(chǎng)甚至會(huì )對耐高溫性提出更高的要求。如排氣管附近、電機前部、電池后部等。

4、工作生活

在汽車(chē)工業(yè)中，電纜在規定溫度等級下的設計使用壽命通常為3000 h。在公認的電纜標準(如ISO 6722、ISO 14572)中，該值通常用于長(cháng)期老化測試?？蛻?hù)在高壓應用領(lǐng)域的特殊要求可能超過(guò)3000小時(shí)，在規定溫度下累計運行時(shí)間甚至可能達到12000小時(shí)。

5、屏蔽效應

高壓電纜本身不需要屏蔽，因為它不像同軸電纜那樣傳輸數據，但它需要防止或減少系統中開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的高頻輻射通過(guò)電纜感應到外圍部件。

與燃料驅動(dòng)的車(chē)輛不同，電動(dòng)汽車(chē)的電機需要控制三相交流電。具有能量的正弦電壓相當于不同頻率的方波脈沖信號。由于高頻脈沖的陡沿，會(huì )產(chǎn)生能量很強的諧波，并傳輸到周?chē)貐^。

采用適當的屏蔽方法可以完全解決電磁干擾問(wèn)題。在某些情況下，為了滿(mǎn)足屏蔽效果的不同要求，需要采用不同屏蔽類(lèi)型的組合。

6、柔韌性

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

由于傳統電纜的固有設計，很難克服高彎曲力。為了解決這個(gè)問(wèn)題，高壓電纜的高柔性很重要。只有靈活的設計，才能輕松實(shí)現車(chē)與車(chē)之間的路徑選擇。

7、抗彎強度

如果電動(dòng)機位于車(chē)輛運動(dòng)部分附近，然后導致連接的高壓電纜持續振動(dòng)，則應將其設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(lái)的應用風(fēng)險增加，各種標準規定高壓電纜必須在視覺(jué)上區別于普通汽車(chē)電纜，指定表面必須為亮橙色。

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

電動(dòng)車(chē)電纜的標準化現狀

鑒于電動(dòng)汽車(chē)應用高壓電纜的上述挑戰和要求，有必要建立新的電纜標準，以滿(mǎn)足供應商、線(xiàn)束廠(chǎng)和主機廠(chǎng)的需求。

這項工作由國際標準化組織道路車(chē)輛技術(shù)委員會(huì )的電氣電子分技術(shù)委員會(huì )車(chē)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電纜標準的基礎上進(jìn)行修訂的，以滿(mǎn)足600伏電纜的要求。因為它的大部分要求還是很通用的，但是高壓電纜的特殊設計往往不被考慮。ISO 14572也進(jìn)行了類(lèi)似的修訂。

目前，電壓高于600伏的高壓電纜的標準化是各個(gè)工作組的課題。標準號是ISO 17195。

SAE將針對高壓電纜調整當前高壓(額定600 V)規范SAE J1654的要求，并涵蓋600V到1000V的額定電壓，新創(chuàng )建的標準SAE  J2840尚未發(fā)布，將被定義為屏蔽類(lèi)型的電纜。

LV是德國五大汽車(chē)公司通用的采購標準，目前已推出額定電壓600V的電動(dòng)汽車(chē)用高壓電纜標準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(chē)行業(yè)標準，其額定電壓將達到1000V。

電動(dòng)汽車(chē)用高壓電纜的結構設計

標準產(chǎn)品和很具體的要求很難定義。本文旨在應用先進(jìn)的高壓電纜結構原理，解決基本設計思路，克服上述挑戰。

1、導體設計

高壓電纜的柔韌性主要由導體的設計決定。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體。首先將一定數量的單絲束絞在一起，然后同心復絞，形成高壓電纜所需的柔性導體。

根數多的另一個(gè)好處是更好的抗彎性?？s短絞線(xiàn)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械強度。與標準電池電纜相比，可以合理選擇較軟的材料，以保持特殊設計的絞合導體的柔韌性。

3、成纜

當電纜是多芯電纜時(shí)，通常需要絞合線(xiàn)芯。為了補償高壓電纜線(xiàn)芯絞合引起的變形，需要一種稱(chēng)為退扭的特殊設備。在此過(guò)程中，專(zhuān)用絞線(xiàn)機的放線(xiàn)盤(pán)相對于絞線(xiàn)方向反向旋轉。有必要防止電纜的變形和張力。

根據電纜的結構，通常采用填充來(lái)保證屏蔽電纜的高同心度，最終獲得令人滿(mǎn)意的高壓電纜。通過(guò)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(xiàn)形成編織屏蔽。鍍錫銅線(xiàn)可以使其更強地抵抗氧化等環(huán)境影響。細銅線(xiàn)可以保持設計的靈活性。

為了克服上述電磁干擾問(wèn)題，屏蔽覆蓋率必須超過(guò)90%。

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

5、護套

和線(xiàn)芯的絕緣一樣，護套材料也是根據熱要求和機械性的要求來(lái)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套也特別重要。這些特性主要取決于所選擇的護套材料類(lèi)型，并且在一定程度上也受到護套結構設計的影響。

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

選擇較軟的材料得益于柔韌性，這可能會(huì )降低高壓電纜的耐磨性。

根據相關(guān)規范中規定，擠壓護套應為亮橙色，并可按規定添加特殊高壓警示標志。

總結

高壓線(xiàn)束作為電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力輸出的主要載體，是車(chē)輛性能和安全的關(guān)鍵零部件之一。高壓線(xiàn)束的研發(fā)和設計不僅要從整車(chē)的角度考慮，還要從原材料供應商、連接器、元器件等環(huán)節的角度考慮，在行業(yè)標準還不太規范的情況下，要共同努力制定一個(gè)既符合當前實(shí)際使用環(huán)境，又具有行業(yè)前瞻性的統一標準。這樣可以進(jìn)一步提高電動(dòng)汽車(chē)的安全性，同時(shí)可以降低高壓線(xiàn)束的設計和制造成本，從而為推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展做出應有的貢獻。