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电动汽车用高压电缆的设计和开发

2018年11月09日 09:00:36 浏览量：文章起源：汽车线束从业联盟

导读：电动汽车重要蕴含三类，即纯电动汽车，混合动力汽车和燃料电池汽车。
一．概述

国际原油价的不休上涨，全社会对环境恶化全球变暖的越发关注，加之列国当局税收的倾斜和政策的搀扶，促使在全世界领域内代替能源尤其是电动汽车的市场份额不休增长。

电动汽车重要蕴含三类，即纯电动汽车，混合动力汽车和燃料电池汽车。纯电动汽车和燃料电池汽车是齐全由一个电动马达驱动的，而混合动力汽车结合内燃机与电动机，在加快和低速前提下内燃机的效能不高时由电动机支持。他们共同的特点是使用高达600V的或更高的驱动电压，涉及到布线，他们都有着一样的根基要求，既是在EMI（电磁滋扰）�；は低诚碌陌踩涓叩牡缌骱偷缪�。作为高压电缆是用于衔接高电压电池、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。

电动汽车的根基道理似乎很单一。但深刻分析，系统的造作商在面对着一系列的挑战必要克服。对电动汽车高压电缆，其柔韧性，屏蔽，安全，尺寸等项目提出了新的技术要求，由于这些会影响大电流和高电压的组件的布线。而面对每一个可能的动力系统分歧的技术重点，对所需的组件也提出了分歧的特殊要求。

必要注明的是电动汽车的高压系统并不是典型的高压系统，有关术语如“高电压”和“高电流”必须仅限造在汽车领域领域内，和通例汽车的低压系统相对而言。在其他领域参照系统则选取齐全分歧的尺度，如电力领域高电压界说起步就是几千伏水平。

二．对电动汽车高压电缆的要求

创新的电动汽车设计对高压电缆和系统组件提出了新的挑战，这些要求不能齐全选取现有的解决规划。具体要求分析如下。

1．电压

和通例汽车电缆的根基差距是结构必要按额定电压600 V设计，而若是在商用车和公共汽车上使用，额定电压可高达1000 V。相比之下，甚至更高。目前由内燃机驱动的汽车使用的电缆被设计为额定电压60 V。

系统在产生的功率（P ＝ U×I）不变的情况下，由于使用较低的电流，高电压能够削减在传输系统的功率损耗（PLOSS＝ I2×R）。

2．电流

由于电缆衔接电池，逆变器和电动机，高压电缆必要传输高电流。凭据系统组件的功率要求，电流可达到250A到450A。这么高的电流在通例驱动的车辆上是很难找到的。

3．温度

高电流传输的了局导致高功耗和组件的加热。因而高压电缆设计为接受较高的温度。目前能够看出对温度要求有进一步增长的趋向。

相比之下，目前的车辆通常使用电缆的额定温度到105℃就足够了，只有是电缆不是用在发起机舱或其它耐较高的温度的区域。电动汽车高压电缆通常要高于这个温度，如125℃或150℃。

电动汽车内若是通过的路由不利，主机厂甚至会提出更高的耐高温要求。如排气管左近，电机前面，电池背面等。

4．工作寿命

汽车行业通常在指定的温度等级电缆设计使用寿命为3000 h。在公认的电缆尺度（如ISO 6722、ISO 14572），此值通常用于持久老化试验。在高压利用领域的客户的特殊要求可能超过3000 h，在划定的温度累计运行功夫甚至达到至12000 h。

5．屏蔽成效

高压电缆的自身并不必要屏蔽，由于不像同轴电缆那样传输数据，但是必要预防或削减系统中的开关电源产生的高频辐射通过电缆诱导到周边部件。

和燃料驱动的车辆分歧，节造电动汽车的电机的三订互换电成为必须。携带能量的正弦电压相当于分歧频率的方波脉冲信号。由于高频率的脉冲拥有峻峭的沿，所以会产生能量很强的谐波发射到周边区域。

通过使用适当的屏蔽步骤齐全能够解决EMI问题。在某些情况下为满足屏蔽成效的分歧要求必要选取分歧屏蔽类型的组合。

6．柔韧性

混合动力汽车的开发在很多情况下面对的挑战是，现有的系列平台原来只设计装载汽油发起机和它的组件的空间纳入了更多的电气组件。即便不思考布线，空间的限度能够预计。此表，电缆和衔接器通过路由也必要空间。通常的后果是导致严重的弯曲半径。

由于通例电缆固有的设计，高弯曲力难以克服。为相识决这个问题，高压电缆高柔韧性是至关沉要的。只有比力柔韧的设计，通过车辆的路由能力够容易实现。

7．耐弯曲

若是电动机位于靠近车辆的活动部位，而后导致衔接的高压电缆陆续振动，它要求被设计成能接受高的循环弯曲，以确保优良的弯曲耐力。

8．标识

由于高电压带来利用风险增长，各类尺度均界说高压电缆必须在视觉上与通常汽车电缆分辨，指定表表必须是鲜艳的橙色。

同时也能够印刷警示内容和特殊象征，如“幼心！高压600V”、高电压的闪电标识等。

三．电动汽车电缆的尺度化近况

针对上述的电动汽车利用的高压电缆的挑战和要求，有必要成立新的电缆尺度，以满足供给商、线束厂以及主机厂的必要。

国际尺度化组织路路车辆技术委员会电气电子分技术委员会车用电缆工作组（ISO／TC 22／SC 3／WG4）在发展这项工作。

在ISO 6722上能够看到，基于常见的60 V电缆尺度进行了订正，以切合600V电缆的需要。由于它的大多要求还是很通用的，但往往不思考高压电缆所需的特殊设计。ISO 14572 也作了类似的订正。

目前电压高于600V高压电缆的尺度化是各工作组的一个课题。尺度号是ISO 17195。

SAE将调整目前的高压（额定600 V）规范SAE J1654 对高压电缆的要求，并涵盖从600 到1000 V的额定电压，新创建尚未颁布的尺度SAE J2840将界说为屏蔽类型的电缆。

LV是德国的五大汽车公司的共同采购规范，目前推出了额定电压600 V的电动汽车高压电缆尺度LV 216。其涵盖单芯和多芯的屏蔽电缆。

我国的高压屏蔽电缆的国度汽车行业尺度在造订中，其额定电压将达到1000 V。

四．电动汽车高压电缆结构设计

尺度的产品和极度具体的要求是很难界定的。本文的宗旨是解决根基的设计思路，通过利用先进的高压电缆结构道理克服上文所述的挑战。

1．导体设计

高压电缆的柔韧性，大多是由导体的设计所决定。这就是为什么高压电缆使器拥有大量极度幼的直径的单丝的特殊导体。肯定数量的单丝先进行束绞，而后再同心的复绞，形成高压电缆必要的软导体。

多的根数另表一个益处是更好的耐弯曲。绞线节距缩短，还能够提高高压电缆的弯曲寿命。

2．绝缘资料

绝缘资料的选择重要是思考耐热要求和机械强度。相比尺度的电池电缆，能够合理选择比力软的资料，使特殊设计的绞合导体维持柔韧性。

3．成缆

电缆当多芯时通常必要将线芯绞合起来。为了添补绞合高压电缆线芯造成的变形，必要选取所谓退扭的专用设备。这个过程中，专用的绞线机建设的放线盘相对绞合方向反向旋转。这为预防电缆的变形张力很有必要。

凭据电缆的结构，通常使用填充，以保障屏蔽电缆较高的同心度，最终获得一个令人中意的高压电缆。在绞合缆芯使用包带能够维持电缆的柔韧性。

4．屏蔽

由于EMC（电磁兼容性）的要求，使用多根铜丝组成编织屏蔽。镀锡铜丝能够使其抵抗环境影响如氧化等变得越发壮大。用细的铜丝能够维持设计的柔韧性。

屏蔽必要有一个90％以上的覆盖率克服前面介绍的EMI问题。

屏蔽成效的分歧必要，编织屏蔽能够结合其他各类屏蔽，如铝塑切合薄膜。屏蔽表能够绕包一层无纺布，以确保在装配过程中轻松的剥下护套。

5．护套

和线芯的绝缘一样，护套资料凭据热和机械性的要求选择。由于直接接触，像耐液体和耐磨等的环境属性对护套也尤其沉要。这些个性重要取决于所选护套资料类型，而在肯定水平也受护套结构设计影响。

若是特殊要求，如克服装置车辆环境的磨损，要求增长耐磨性，这在选择资料时就必要思考。通常使用测试设备模拟现实情况用于验证这些个性。

选择比力软的资料，受益的是柔韧性，而这可能会导致高压电缆较低的耐磨。

凭据有关规范中划定，挤出表套应是一个鲜艳的的橙色，凭据划定也能够增长特殊的警示高压的象征。

五．电动汽车高压电缆的个性和优化

美满复杂的设计和使用高品质的资料，了局将导致昂贵的电缆成本。经验批注，针对具体的高压电缆，往往能够通过截面，温度要求，柔韧性以及屏蔽成效的优化而识趣而作。沉量和成本节俭能够彰显，过度尺寸和过度的组件能够预防。

1．截面积和温度等级的优化

电缆的选择大多是凭据环境温度和传送电流的指标。在这方面，最沉要的个性是“电缆截面”和“电缆所用资料的耐热等级”。

导体的电压降转化为热能加热的高压电缆的导体。这种热可部门转移到环境，使导线运行温度降低。较低的温度梯度能够转移较少的热量。陆续负载电流的电缆能够导致接受最高的额定温度。该温度能够造成所用资料的老化。

电缆设计者面对的挑战，设计最相宜利用的电缆：过度的导体规格可能会导致成本和沉量增长，较大的表径。最坏的情况，仅思考可能的最高的负载电流和环境温度，将导致选取大截面电缆，耐高温资料，如有机氟或硅资料。

确定电流和负载环境温度的关系从技术和经济角度看是很有意思的。应试虑真正的驱动器周期性的动态电流峰值，允许合理的界说最坏情况下负载电流和峰值电流。

一个好的设计的先决前提是对根基前提的相识，如必须首先确定环境温度和电缆负载。通常大截面高压电缆在温度变动方面拥有较大惯性，所以车辆加快或减速的电流峰值不会导致一个大的导体温度的影响。允许有时短期温度峰值即便超过在以上界说的电缆温度等级，高压电缆处置这些峰值的能力通常是由热过载机能界说。从而电缆不必要设计为较高的工作温度等级，没有必要选取超过指定工作温度的电缆�Ｄ芄蛔酆纤伎汲Ｗじ涸氐缌饕约暗ヂ龀寤蛳盗新龀辶骼嗖问�，如环境温度。

理论基础和现实中获得的经验相结合，能够初步确定、选择和得到优化的满足利用的高压电缆。

2．柔韧性的优化

对车辆的电缆布线的可用空间值得仔细思考。仅在车辆某个具体区域严重的弯曲半径必要会导致整体电缆的柔韧性要求提高。若是可能在整体设计进行幼的调换，预防紧弯曲的问题是极度有意思的。

电缆没有必要必须拥有最高的柔韧性。确切的界说弯曲力，并结合结构和相应的测试设备，使电缆的设计者创建最相宜利用的设计。出格是对较大截面的电缆，用比力柔韧或通例的结构设计代替高柔韧的设计会显着降低成本。

3．屏蔽成效的优化

在肯定频率领域内界说的屏蔽成效对电缆的开发是极度必要的。没有关于频率信息的屏蔽成效不是很有效，这可能导致解决规划选取过度的尺寸和使用昂贵的组合屏蔽，从技术角度来看这已经不用要。

通常情况下，电动汽车电缆开发设计阶段能够用理论推算给出一个预期的成效值供思考。而后用实物通过试验伎俩进行高压电缆的屏蔽成效验证。

结语

电动汽车的高压线束和传统的布线系统比仍有很长的路要走。具体规范要求通常没有明确界定，这会造成技术上复杂化，从而导致昂贵的解决规划。

开发阶段涉及的所有各方必须选取系统为导向的步骤对高压电缆技术和成本合理优化。这些当事方可能蕴含电缆，衔接器和组件供给商商，线束厂以及主机厂。整个系统的知识堆集和一个面向指标要求的高压电缆的规范是优化设计的基础。电缆造作的研发部门利用理论推算以及相宜的丈量设备验证有能力开发更适合利用的电缆。

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