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電線電纜知識(shí)

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電動(dòng)汽車(chē)用高壓電纜的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)

2018年11月09日 09:00:36 瀏覽量：文章泉源：汽車(chē)線束從業(yè)同盟

導(dǎo)讀：電動(dòng)汽車(chē)主要包括三類(lèi)，，，即純電動(dòng)汽車(chē)，，，混淆動(dòng)力汽車(chē)和燃料電池汽車(chē)。。。
一．概述

國(guó)際原油價(jià)的一直上漲，，，全社會(huì)對(duì)情形惡化全球變暖的越發(fā)關(guān)注，，，加之各國(guó)政府稅收的傾斜和政策的扶持，，，促使在全天下規(guī)模內(nèi)替換能源尤其是電動(dòng)汽車(chē)的市場(chǎng)份額一直增添。。。

電動(dòng)汽車(chē)主要包括三類(lèi)，，，即純電動(dòng)汽車(chē)，，，混淆動(dòng)力汽車(chē)和燃料電池汽車(chē)。。。純電動(dòng)汽車(chē)和燃料電池汽車(chē)是完全由一個(gè)電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的，，，而混淆動(dòng)力汽車(chē)連系內(nèi)燃機(jī)與電念頭，，，在加速和低速條件下內(nèi)燃機(jī)的效率不高時(shí)由電念頭支持。。。他們配合的特點(diǎn)是使用高達(dá)600V的或更高的驅(qū)動(dòng)電壓，，，涉及到布線，，，他們都有著相同的基本要求，，，既是在EMI（電磁滋擾）；；；は低誠(chéng)碌那寰泊涓叩牡緦骱偷繆。。。作為高壓電纜是用于毗連高電壓電池、逆變器、空調(diào)壓縮機(jī)、三相發(fā)電機(jī)和電念頭，，，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電能的傳輸。。。

電動(dòng)汽車(chē)的基來(lái)源理似乎很簡(jiǎn)樸。。。但深入剖析，，，系統(tǒng)的制造商正在面臨著一系列的挑戰(zhàn)需要戰(zhàn)勝。。。對(duì)電動(dòng)汽車(chē)高壓電纜，，，其柔韌性，，，屏障，，，清靜，，，尺寸等項(xiàng)目提出了新的手藝要求，，，由于這些會(huì)影響大電流和高電壓的組件的布線。。。而面臨每一個(gè)可能的動(dòng)力系統(tǒng)差別的手藝要點(diǎn)，，，對(duì)所需的組件也提出了差別的特殊要求。。。

需要說(shuō)明的是電動(dòng)汽車(chē)的高壓系統(tǒng)并不是典范的高壓系統(tǒng)，，，相關(guān)術(shù)語(yǔ)如“高電壓”和“高電流”必需僅限制在汽車(chē)領(lǐng)域規(guī)模內(nèi)，，，和通例汽車(chē)的低壓系統(tǒng)相對(duì)而言。。。在其他領(lǐng)域參照系統(tǒng)則接納完全差別的標(biāo)準(zhǔn)，，，如電力領(lǐng)域高電壓界提及步就是幾千伏水平。。。

二．對(duì)電動(dòng)汽車(chē)高壓電纜的要求

立異的電動(dòng)汽車(chē)設(shè)計(jì)對(duì)高壓電纜和系統(tǒng)組件提出了新的挑戰(zhàn)，，，這些要求不可完全接納現(xiàn)有的解決方案。。。詳細(xì)要求剖析如下。。。

1．電壓

和通例汽車(chē)電纜的基本差別是結(jié)構(gòu)需要按額定電壓600 V設(shè)計(jì)，，，而若是在商用車(chē)和公共汽車(chē)上使用，，，額定電壓可高達(dá)1000 V。。。相比之下，，，甚至更高。。。現(xiàn)在由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)使用的電纜被設(shè)計(jì)為額定電壓60 V。。。

系統(tǒng)在爆發(fā)的功率（P ＝ U×I）穩(wěn)固的情形下，，，由于使用較低的電流，，，高電壓可以鐫汰在傳輸系統(tǒng)的功率消耗（PLOSS＝ I2×R）。。。

2．電流

由于電纜毗連電池，，，逆變器和電念頭，，，高壓電纜需要傳輸高電流。。。憑證系統(tǒng)組件的功率要求，，，電流可抵達(dá)250A到450A。。。這么高的電流在通例驅(qū)動(dòng)的車(chē)輛上是很難找到的。。。

3．溫度

高電撒播輸?shù)男Ч麑?dǎo)致高功耗和組件的加熱。。。因此高壓電纜設(shè)計(jì)為遭受較高的溫度。。?，F(xiàn)在可以看出對(duì)溫度要求有進(jìn)一步增添的趨勢(shì)。。。

相比之下，，，現(xiàn)在的車(chē)輛通常使用電纜的額定溫度到105℃就足夠了，，，只要是電纜不是用在發(fā)念頭艙或其它耐較高的溫度的區(qū)域。。。電動(dòng)汽車(chē)高壓電纜通常要高于這個(gè)溫度，，，如125℃或150℃。。。

電動(dòng)汽車(chē)內(nèi)若是通過(guò)的路由倒運(yùn)，，，主機(jī)廠甚至?xí)岢龈叩哪透邷匾?。。。如排氣管周?chē)?，，，電機(jī)前面，，，電池反面等。。。

4．事情壽命

汽車(chē)行業(yè)通常在指定的溫度品級(jí)電纜設(shè)計(jì)使用壽命為3000 h。。。在公認(rèn)的電纜標(biāo)準(zhǔn)（如ISO 6722、ISO 14572），，，此值通常用于恒久老化試驗(yàn)。。。在高壓應(yīng)用領(lǐng)域的客戶(hù)的特殊要求可能凌駕3000 h，，，在劃定的溫度累計(jì)運(yùn)行時(shí)間甚至抵達(dá)至12000 h。。。

5．屏障效果

高壓電纜的自己并不需要屏障，，，由于不像同軸電纜那樣傳輸數(shù)據(jù)，，，可是需要防止或鐫汰系統(tǒng)中的開(kāi)關(guān)電源爆發(fā)的高頻輻射通過(guò)電纜誘導(dǎo)到周邊部件。。。

和燃料驅(qū)動(dòng)的車(chē)輛差別，，，控制電動(dòng)汽車(chē)的電機(jī)的三相交流電成為必需。。。攜帶能量的正弦電壓相當(dāng)于差別頻率的方波脈沖信號(hào)。。。由于高頻率的脈沖具有險(xiǎn)要的沿，，，以是會(huì)爆發(fā)能量很強(qiáng)的諧波發(fā)射到周邊區(qū)域。。。

通過(guò)使用適當(dāng)?shù)钠琳弦I(lǐng)完全可以解決EMI問(wèn)題。。。在某些情形下為知足屏障效果的差別要求需要接納差別屏障類(lèi)型的組合。。。

6．柔韌性

混淆動(dòng)力汽車(chē)的開(kāi)發(fā)在許多情形下面臨的挑戰(zhàn)是，，，現(xiàn)有的系列平臺(tái)原來(lái)只設(shè)計(jì)裝載汽油發(fā)念頭和它的組件的空間納入了更多的電氣組件。。?？v然不思量布線，，，空間的限制可以預(yù)計(jì)。。。別的，，，電纜和毗連器通過(guò)路由也需要空間。。。通常的效果是導(dǎo)致主要的彎曲半徑。。。

由于通例電纜固有的設(shè)計(jì)，，，高彎曲力難以戰(zhàn)勝。。。為相識(shí)決這個(gè)問(wèn)題，，，高壓電纜高柔韌性是至關(guān)主要的。。。只有較量柔韌的設(shè)計(jì)，，，通過(guò)車(chē)輛的路由才可以容易實(shí)現(xiàn)。。。

7．耐彎曲

若是電念頭位于靠近車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)部位，，，然后導(dǎo)致毗連的高壓電纜一連振動(dòng)，，，它要求被設(shè)計(jì)成能遭受高的循環(huán)彎曲，，，以確保優(yōu)異的彎曲耐力。。。

8．標(biāo)識(shí)

由于高電壓帶來(lái)應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)增添，，，種種標(biāo)準(zhǔn)均界說(shuō)高壓電纜必需在視覺(jué)上與通俗汽車(chē)電纜區(qū)分，，，指定外貌必需是鮮艷的橙色。。。

同時(shí)也可以印刷警示內(nèi)容和特殊標(biāo)記，，，如“小心！高壓600V”、高電壓的閃電標(biāo)識(shí)等。。。

三．電動(dòng)汽車(chē)電纜的標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀

針對(duì)上述的電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用的高壓電纜的挑戰(zhàn)和要求，，，有須要建設(shè)新的電纜標(biāo)準(zhǔn)，，，以知足供應(yīng)商、線束廠以及主機(jī)廠的需要。。。

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織蹊徑車(chē)輛手藝委員會(huì)電氣電子分手藝委員會(huì)車(chē)用電纜事情組（ISO／TC 22／SC 3／WG4）在開(kāi)展這項(xiàng)事情。。。

在ISO 6722上可以看到，，，基于常見(jiàn)的60 V電纜標(biāo)準(zhǔn)舉行了修訂，，，以切合600V電纜的需求。。。由于它的大多要求照舊很通用的，，，但往往不思量高壓電纜所需的特殊設(shè)計(jì)。。。ISO 14572 也作了類(lèi)似的修訂。。。

現(xiàn)在電壓高于600V高壓電纜的標(biāo)準(zhǔn)化是各事情組的一個(gè)課題。。。標(biāo)準(zhǔn)號(hào)是ISO 17195。。。

SAE將調(diào)解現(xiàn)在的高壓（額定600 V）規(guī)范SAE J1654 對(duì)高壓電纜的要求，，，并涵蓋從600 到1000 V的額定電壓，，，新建設(shè)尚未宣布的標(biāo)準(zhǔn)SAE J2840將界說(shuō)為屏障類(lèi)型的電纜。。。

LV是德國(guó)的五大汽車(chē)公司的配合采購(gòu)規(guī)范，，，現(xiàn)在推出了額定電壓600 V的電動(dòng)汽車(chē)高壓電纜標(biāo)準(zhǔn)LV 216。。。其涵蓋單芯和多芯的屏障電纜。。。

我國(guó)的高壓屏障電纜的國(guó)家汽車(chē)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)正在制訂中，，，其額定電壓將抵達(dá)1000 V。。。

四．電動(dòng)汽車(chē)高壓電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品和很是詳細(xì)的要求是很難界定的。。。本文的宗旨是解決基本的設(shè)計(jì)思緒，，，通過(guò)應(yīng)用先進(jìn)的高壓電纜結(jié)構(gòu)原理戰(zhàn)勝上文所述的挑戰(zhàn)。。。

1．導(dǎo)體設(shè)計(jì)

高壓電纜的柔韌性，，，大多是由導(dǎo)體的設(shè)計(jì)所決議。。。這就是為什么高壓電纜使用具有大宗很是小的直徑的單絲的特殊導(dǎo)體。。。一定命目的單絲先舉行束絞，，，然后再同心的復(fù)絞，，，形成高壓電纜需要的軟導(dǎo)體。。。

多的根數(shù)另外一個(gè)利益是更好的耐彎曲。。。絞線節(jié)距縮短，，，還可以提高高壓電纜的彎曲壽命。。。

2．絕緣質(zhì)料

絕緣質(zhì)料的選擇主要是思量耐熱要求和機(jī)械強(qiáng)度。。。相比標(biāo)準(zhǔn)的電池電纜，，，可以合理選擇較量軟的質(zhì)料，，，使特殊設(shè)計(jì)的絞合導(dǎo)體堅(jiān)持柔韌性。。。

3．成纜

電纜當(dāng)多芯時(shí)通常需要將線芯絞合起來(lái)。。。為了填補(bǔ)絞合高壓電纜線芯造成的變形，，，需要接納所謂退扭的專(zhuān)用裝備。。。這個(gè)歷程中，，，專(zhuān)用的絞線機(jī)配備的放線盤(pán)相對(duì)絞合偏向反向旋轉(zhuǎn)。。。這為防止電纜的變形張力很有須要。。。

憑證電纜的結(jié)構(gòu)，，，通常使用填充，，，以包管屏障電纜較高的同心度，，，最終取得一個(gè)令人知足的高壓電纜。。。在絞合纜芯使用包帶可以堅(jiān)持電纜的柔韌性。。。

4．屏障

由于EMC（電磁兼容性）的要求，，，使用多根銅絲組成編織屏障。。。鍍錫銅絲可以使其反抗情形影響如氧化等變得越發(fā)強(qiáng)盛。。。用細(xì)的銅絲可以堅(jiān)持設(shè)計(jì)的柔韌性。。。

屏障需要有一個(gè)90％以上的籠罩率戰(zhàn)勝前面先容的EMI問(wèn)題。。。

屏障效果的差別需要，，，編織屏障可以連系其他種種屏障，，，如鋁塑切合薄膜。。。屏障外可以繞包一層無(wú)紡布，，，以確保在裝配歷程中輕松的剝下護(hù)套。。。

5．護(hù)套

和線芯的絕緣一樣，，，護(hù)套質(zhì)料憑證熱和機(jī)械性的要求選擇。。。由于直接接觸，，，像耐液體和耐磨等的情形屬性對(duì)護(hù)套也尤其主要。。。這些特征主要取決于所選護(hù)套質(zhì)料類(lèi)型，，，而在一定水平也受護(hù)套結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響。。。

若是特殊要求，，，如戰(zhàn)勝裝置車(chē)輛情形的磨損，，，要求增添耐磨性，，，這在選擇質(zhì)料時(shí)就需要思量。。。通常使用測(cè)試裝備模擬現(xiàn)真相形用于驗(yàn)證這些特征。。。

選擇較量軟的質(zhì)料，，，受益的是柔韌性，，，而這可能會(huì)導(dǎo)致高壓電纜較低的耐磨。。。

憑證相關(guān)規(guī)范中劃定，，，擠出外衣應(yīng)是一個(gè)鮮艷的的橙色，，，憑證劃定也可以添加特殊的警示高壓的標(biāo)記。。。

五．電動(dòng)汽車(chē)高壓電纜的特征和優(yōu)化

完善重大的設(shè)計(jì)和使用高品質(zhì)的質(zhì)料，，，效果將導(dǎo)致騰貴的電纜本錢(qián)。。。履歷批注，，，針對(duì)詳細(xì)的高壓電纜，，，往往可以通過(guò)截面，，，溫度要求，，，柔韌性以及屏障效果的優(yōu)化而量文體衣。。。重量和本錢(qián)節(jié)約可以彰顯，，，太過(guò)尺寸和太過(guò)的組件可以阻止。。。

1．截面積和溫度品級(jí)的優(yōu)化

電纜的選擇大多是憑證情形溫度和傳送電流的指標(biāo)。。。在這方面，，，最主要的特征是“電纜截面”和“電纜所用質(zhì)料的耐熱品級(jí)”。。。

導(dǎo)體的電壓降轉(zhuǎn)化為熱能加熱的高壓電纜的導(dǎo)體。。。這種熱可部分轉(zhuǎn)移到情形，，，使導(dǎo)線運(yùn)行溫度降低。。。較低的溫度梯度可以轉(zhuǎn)移較少的熱量。。。一連負(fù)載電流的電纜可以導(dǎo)致遭受最高的額定溫度。。。該溫度可以造成所用質(zhì)料的老化。。。

電纜設(shè)計(jì)者面臨的挑戰(zhàn)，，，設(shè)計(jì)最合順應(yīng)用的電纜：太過(guò)的導(dǎo)體規(guī)格可能會(huì)導(dǎo)致本錢(qián)和重量增添，，，較大的外徑。。。最壞的情形，，，僅思量可能的最高的負(fù)載電流和情形溫度，，，將導(dǎo)致接納大截面電纜，，，耐高溫質(zhì)料，，，若有機(jī)氟或硅質(zhì)料。。。

確定電流和負(fù)載情形溫度的關(guān)系從手藝和經(jīng)濟(jì)角度看是很有意義的。。。應(yīng)思量真正的驅(qū)動(dòng)器周期性的動(dòng)態(tài)電流峰值，，，允許合理的界說(shuō)最壞情形下負(fù)載電流和峰值電流。。。

一個(gè)好的設(shè)計(jì)的先決條件是對(duì)基本條件的相識(shí)，，，如必需首先確定情形溫度和電纜負(fù)載。。。一般大截面高壓電纜在溫度轉(zhuǎn)變方面具有較大慣性，，，以是車(chē)輛加速或減速的電流峰值不會(huì)導(dǎo)致一個(gè)大的導(dǎo)體溫度的影響。。。允許有時(shí)短期溫度峰值縱然凌駕在以上界說(shuō)的電纜溫度品級(jí)，，，高壓電纜處理這些峰值的能力通常是由熱過(guò)載性能界說(shuō)。。。從而電纜不需要設(shè)計(jì)為較高的事情溫度品級(jí)，，，沒(méi)有須要接納凌駕指定事情溫度的電纜。。？？？梢宰酆纖劑砍Ｗじ涸氐緦饕約暗ヂ齔寤螄盜新齔辶蒔植問(wèn)，，，如情形溫度。。。

理論基礎(chǔ)和現(xiàn)實(shí)中獲得的履歷相連系，，，可以起源確定、選擇和獲得優(yōu)化的知足應(yīng)用的高壓電纜。。。

2．柔韌性的優(yōu)化

對(duì)車(chē)輛的電纜布線的可用空間值得仔細(xì)思量。。。僅在車(chē)輛某個(gè)詳細(xì)區(qū)域主要的彎曲半徑需要會(huì)導(dǎo)致整體電纜的柔韌性要求提高。。。若是可能在整體設(shè)計(jì)舉行小的變換，，，阻止緊彎曲的問(wèn)題是很是有意義的。。。

電纜沒(méi)有須要必需具有最高的柔韌性。。。確切的界說(shuō)彎曲力，，，并連系結(jié)構(gòu)和響應(yīng)的測(cè)試裝備，，，使電纜的設(shè)計(jì)者建設(shè)最合順應(yīng)用的設(shè)計(jì)。。。特殊是對(duì)較大截面的電纜，，，用較量柔韌或通例的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)替換高柔韌的設(shè)計(jì)會(huì)顯著降低本錢(qián)。。。

3．屏障效果的優(yōu)化

在一定頻率規(guī)模內(nèi)界說(shuō)的屏障效果對(duì)電纜的開(kāi)發(fā)是很是須要的。。。沒(méi)有關(guān)于頻率信息的屏障效果不是很有用，，，這可能導(dǎo)致解決方案接納太過(guò)的尺寸和使用騰貴的組合屏障，，，從手藝角度來(lái)看這已經(jīng)不須要。。。

通常情形下，，，電動(dòng)汽車(chē)電纜開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)階段可以用理論盤(pán)算給出一個(gè)預(yù)期的效果值供思量。。。然后用實(shí)物通過(guò)試驗(yàn)手段舉行高壓電纜的屏障效果驗(yàn)證。。。

結(jié)語(yǔ)

電動(dòng)汽車(chē)的高壓線束和古板的布線系統(tǒng)比仍有很長(zhǎng)的路要走。。。詳細(xì)規(guī)范要求通常沒(méi)有明確界定，，，這會(huì)造成手藝上重大化，，，從而導(dǎo)致騰貴的解決方案。。。

開(kāi)發(fā)階段涉及的所有各方必需接納系統(tǒng)為導(dǎo)向的要領(lǐng)對(duì)高壓電纜手藝和本錢(qián)合理優(yōu)化。。。這些當(dāng)事方可能包括電纜，，，毗連器和組件供應(yīng)商商，，，線束廠以及主機(jī)廠。。。整個(gè)系統(tǒng)的知識(shí)積累和一個(gè)面向目的要求的高壓電纜的規(guī)范是優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。。。電纜制造的研發(fā)部分使用理論盤(pán)算以及合適的丈量裝備驗(yàn)證有能力開(kāi)發(fā)更適合應(yīng)用的電纜。。。

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