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电动车高压线束设计要求及标准
时间:2021-11-04 阅读: 85

高压线束介绍

近年来,在国家的大力支持和推动下,我国新能源汽车的发展取得了长足的进步,各种新能源汽车逐渐进入我们的日常生活。简单来说,新能源汽车主要是指使用非常规车用燃料作为动力来源(或使用常规车用燃料、采用新型车载动力装置),综合动力控制和驱动方面的先进技术,形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。主要包括纯电动汽车、增程式电动汽车、混合动力电动汽车、燃料电池电动汽车、氢发动机汽车、其他新能源汽车。

然而,无论新能源汽车的形式如何,它们的共同特点是使用高达300V~600V甚至更高的电压平台,这就涉及到布线,而且它们都有相同的基本要求,即在电磁干扰保护系统下安全传输大电流、大电压。高压电缆用于连接高压电池、逆变器、空调压缩机、三相发电机和电动机,实现动力电能的传输。但需要注意的是,电动车的高压线束并不等同于我们日常生活中的高压输电电缆,而只是相对于常规车辆的低压系统。


电动车高压线束的要求

1、电压

该电缆与常规汽车电缆的基本区别在于结构需要按照600V的额定电压进行设计,如果用于商用车和公共汽车上使用,额定电压可高达1000V。相比之下,它甚至更高。目前,内燃机驱动汽车使用的电缆设计为额定电压60V。

在发电量不变(P = U×I)的情况下,高电压由于使用较低的电流,可以降低传输系统(PLOSS = I2×R)的功率损耗。

2、电流

由于电缆连接电池、逆变器和电动机,高压电缆需要传输大电流。根据系统组件的功率需求,电流可以达到250A到450A。在传统驱动的车辆上很难找到如此高的电流。

3、温度

高电流传输的结果导致高功耗和元件发热。因此,高压电缆的设计能够承受更高的温度。目前可以看出,温度要求有进一步提高的趋势。

相比之下,在目前的车辆中,只要不在发动机舱或其他耐高温的区域使用电缆,通常使用额定温度为105℃的电缆就足够了。电动汽车的高压电缆通常高于这个温度,如125℃或150℃。

如果在电动车中走线不利,主机厂甚至会对耐高温性提出更高的要求。如排气管附近、电机前部、电池后部等。

4、工作生活

在汽车工业中,电缆在规定温度等级下的设计使用寿命通常为3000 h。在公认的电缆标准(如ISO 6722、ISO 14572)中,该值通常用于长期老化测试。客户在高压应用领域的特殊要求可能超过3000小时,在规定温度下累计运行时间甚至可能达到12000小时。

5、屏蔽效应

高压电缆本身不需要屏蔽,因为它不像同轴电缆那样传输数据,但它需要防止或减少系统中开关电源产生的高频辐射通过电缆感应到外围部件。

与燃料驱动的车辆不同,电动汽车的电机需要控制三相交流电。具有能量的正弦电压相当于不同频率的方波脉冲信号。由于高频脉冲的陡沿,会产生能量很强的谐波,并传输到周围地区。

采用适当的屏蔽方法可以完全解决电磁干扰问题。在某些情况下,为了满足屏蔽效果的不同要求,需要采用不同屏蔽类型的组合。

6、柔韧性

在很多情况下,混合动力汽车的发展面临着这样的挑战,即现有的系列平台原本只设计了装载汽油发动机及其部件的空间,而并入了更多的电气部件。即使不考虑布线,也可以预料到空间的限制。此外,布线电缆和连接器需要空间。通常的结果是导致紧张的弯曲半径。

由于传统电缆的固有设计,很难克服高弯曲力。为了解决这个问题,高压电缆的高柔性很重要。只有灵活的设计,才能轻松实现车与车之间的路径选择。

7、抗弯强度

如果电动机位于车辆运动部分附近,然后导致连接的高压电缆持续振动,则应将其设计为能够承受高循环弯曲,以确保良好的弯曲耐久性。

8、识别

由于高压带来的应用风险增加,各种标准规定高压电缆必须在视觉上区别于普通汽车电缆,指定表面必须为亮橙色。

同时,还可以打印警告内容和特殊标记,如“小心!高压600V"、高电压闪电标志等。


电动车电缆的标准化现状

鉴于电动汽车应用高压电缆的上述挑战和要求,有必要建立新的电缆标准,以满足供应商、线束厂和主机厂的需求。

这项工作由国际标准化组织道路车辆技术委员会的电气电子分技术委员会车用电缆工作组(ISO/TC  22/SC  3/WG4)进行。

从ISO 6722可以看出,它是在普通的600V电缆标准的基础上进行修订的,以满足600伏电缆的要求。因为它的大部分要求还是很通用的,但是高压电缆的特殊设计往往不被考虑。ISO 14572也进行了类似的修订。

目前,电压高于600伏的高压电缆的标准化是各个工作组的课题。标准号是ISO 17195。

SAE将针对高压电缆调整当前高压(额定600 V)规范SAE J1654的要求,并涵盖600V到1000V的额定电压,新创建的标准SAE  J2840尚未发布,将被定义为屏蔽类型的电缆。

LV是德国五大汽车公司通用的采购标准,目前已推出额定电压600V的电动汽车用高压电缆标准LV 216。它涵盖了单芯和多芯屏蔽电缆。

我国正在制定高压屏蔽电缆国家汽车行业标准,其额定电压将达到1000V。


电动汽车用高压电缆的结构设计

标准产品和很具体的要求很难定义。本文旨在应用先进的高压电缆结构原理,解决基本设计思路,克服上述挑战。

1、导体设计

高压电缆的柔韧性主要由导体的设计决定。这就是为什么高压电缆使用具有大量直径很小的单丝的特殊导体。首先将一定数量的单丝束绞在一起,然后同心复绞,形成高压电缆所需的柔性导体。

根数多的另一个好处是更好的抗弯性。缩短绞线间距还可以提高高压电缆的弯曲寿命。

2、绝缘材料

绝缘材料的选择主要考虑耐热性要求和机械强度。与标准电池电缆相比,可以合理选择较软的材料,以保持特殊设计的绞合导体的柔韧性。

3、成缆

当电缆是多芯电缆时,通常需要绞合线芯。为了补偿高压电缆线芯绞合引起的变形,需要一种称为退扭的特殊设备。在此过程中,专用绞线机的放线盘相对于绞线方向反向旋转。有必要防止电缆的变形和张力。

根据电缆的结构,通常采用填充来保证屏蔽电缆的高同心度,最终获得令人满意的高压电缆。通过在绞合电缆芯中使用包装带,可以保持电缆的柔韧性。

4、屏蔽

由于EMC(电磁兼容性)的要求,使用多根铜线形成编织屏蔽。镀锡铜线可以使其更强地抵抗氧化等环境影响。细铜线可以保持设计的灵活性。

为了克服上述电磁干扰问题,屏蔽覆盖率必须超过90%。

对于不同的屏蔽效果,编织屏蔽可以与其他屏蔽相结合,如铝塑符合薄膜。一层无纺布可以包裹在屏蔽周围,以确保护套在组装过程中可以容易地剥离。

5、护套

和线芯的绝缘一样,护套材料也是根据热要求和机械性的要求来选择的。由于直接接触,环境性能如耐液体性和耐磨性对护套也特别重要。这些特性主要取决于所选择的护套材料类型,并且在一定程度上也受到护套结构设计的影响。

如果特殊要求,例如克服安装车辆环境的磨损,需要增加耐磨性,则在选择材料时应考虑这一点。测试设备通常用于模拟真实情况来验证这些特性。

选择较软的材料得益于柔韧性,这可能会降低高压电缆的耐磨性。

根据相关规范中规定,挤压护套应为亮橙色,并可按规定添加特殊高压警示标志。


总结

高压线束作为电动汽车动力输出的主要载体,是车辆性能和安全的关键零部件之一。高压线束的研发和设计不仅要从整车的角度考虑,还要从原材料供应商、连接器、元器件等环节的角度考虑,在行业标准还不太规范的情况下,要共同努力制定一个既符合当前实际使用环境,又具有行业前瞻性的统一标准。这样可以进一步提高电动汽车的安全性,同时可以降低高压线束的设计和制造成本,从而为推动电动汽车的发展做出应有的贡献。

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