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電動(dòng)汽車(chē)高壓線(xiàn)束的設(shè)計(jì)要求和標(biāo)準(zhǔn)
閱讀：1864 發(fā)布時(shí)間：2018-1-10一、高壓線(xiàn)束簡(jiǎn)介
近年來(lái)隨著國(guó)家的大力支持和推進(jìn)，中國(guó)的新能源汽車(chē)的發(fā)展取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，各式各樣的新能源汽車(chē)已經(jīng)陸續(xù)走進(jìn)我們的日常生活。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)新能源汽車(chē)主要是指采用非常規(guī)的車(chē)月燃料作為動(dòng)力來(lái)源（或使用常規(guī)的車(chē)用燃料、采用新型車(chē)載動(dòng)力裝置），綜合車(chē)輛的動(dòng)力控制和驅(qū)動(dòng)方面的*技術(shù)，形成的技術(shù)原理*、具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)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)力汽車(chē)、燃料電池電動(dòng)汽車(chē)、氫發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)、其他新能源汽車(chē)等。
但不管新能源汽車(chē)的形式是如何的，他們共同的特點(diǎn)是使用高達(dá)300V~600V甚至更高的電壓平臺(tái)，涉及到布線(xiàn)，而且他們都有著相同的基本要求，即是在電磁干擾保護(hù)系統(tǒng)下的安全傳輸高的電流和電壓。而高壓電纜正是用于連接高電壓電池、逆變器、空調(diào)壓縮機(jī)、三相發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電能的傳輸。但是需要說(shuō)明的是電動(dòng)汽車(chē)的高壓線(xiàn)束并不等同于我們?nèi)粘Ｉ钪械母邏弘娏斔碗娎|，僅是相對(duì)于常規(guī)汽車(chē)的低壓系統(tǒng)相對(duì)而言的。
二、電動(dòng)汽車(chē)高壓線(xiàn)束的要求
1. 電壓
和常規(guī)汽車(chē)電纜的基本差異是結(jié)構(gòu)需要按額定電壓600 V設(shè)計(jì)，而如果在商用車(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。目前由內(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)在產(chǎn)生的功率(P = U×I)不變的情況下，由于使用較低的電流，高電壓可以減少在傳輸系統(tǒng)的功率損耗(PLOSS= I2×R)。
2. 電流
由于電纜連接電池，逆變器和電動(dòng)機(jī)，高壓電纜需要傳輸高電流。根據(jù)系統(tǒng)組件的功率要求，電流可達(dá)到250A到450A。這么高的電流在常規(guī)驅(qū)動(dòng)的車(chē)輛上是很難找到的。
3. 溫度
高電流傳輸?shù)慕Y(jié)果導(dǎo)致高功耗和組件的加熱。因此高壓電纜設(shè)計(jì)為承受較高的溫度。目前可以看出對(duì)溫度要求有進(jìn)一步增加的趨勢(shì)。
相比之下，目前的車(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)動(dòng)機(jī)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)化汽車(chē)內(nèi)如果通過(guò)的路由不利，主機(jī)廠(chǎng)甚至?xí)岢龈叩哪透邷匾蟆Ｈ缗艢夤芨浇?，電機(jī)前面，電池背面等。
4. 工作壽命
汽車(chē)行業(yè)通常在的溫度等級(jí)電纜設(shè)計(jì)使用壽命為3000 h。在*的電纜標(biāo)準(zhǔn)(如ISO 6722、ISO 14572)，此值通常用于長(zhǎng)期老化試驗(yàn)。在高壓應(yīng)用領(lǐng)域的客戶(hù)的特殊要求可能超過(guò)3000 h，在規(guī)定的溫度累計(jì)運(yùn)行時(shí)間甚至達(dá)到至12000 h。
5. 屏蔽效果
高壓電纜的本身并不需要屏蔽，因?yàn)椴幌裢S電纜那樣傳輸數(shù)據(jù)，但是需要防止或減少系統(tǒng)中的開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的高頻輻射通過(guò)電纜誘導(dǎo)到周邊部件。
和燃料驅(qū)動(dòng)的車(chē)輛不同，控制電動(dòng)汽車(chē)的電機(jī)的三相交流電成為必須。攜帶能量的正弦電壓相當(dāng)于不同頻率的方波脈沖信號(hào)。由于高頻率的脈沖具有陡峭的沿，所以會(huì)產(chǎn)生能量很強(qiáng)的諧波發(fā)射到周邊區(qū)域。
通過(guò)使用適當(dāng)?shù)钠帘畏椒?可以解決EMI問(wèn)題。在某些情況下為滿(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
混合動(dòng)力汽車(chē)的開(kāi)發(fā)在許多情況下面臨的挑戰(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)動(dòng)機(jī)和它的組件的空間納入了更多的電氣組件。即使不考慮布線(xiàn)，空間的限制可以預(yù)計(jì)。此外，電纜和連接器通過(guò)路由也需要空間。通常的后果是導(dǎo)致緊張的彎曲半徑。
由于常規(guī)電纜固有的設(shè)計(jì)，高彎曲力難以克服。為了解決這個(gè)問(wèn)題，高壓電纜高柔韌性是至關(guān)重要的。只有比較柔韌的設(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
如果電動(dòng)機(jī)位于靠近車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)部位，然后導(dǎo)致連接的高壓電纜連續(xù)振動(dòng)，它要求被設(shè)計(jì)成能承受高的循環(huán)彎曲，以確保良好的彎曲耐力。
8. 標(biāo)識(shí)
因?yàn)楦唠妷簬?lái)應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)增加，各種標(biāo)準(zhǔn)均定義高壓電纜必須在視覺(jué)上與普通汽車(chē)電纜區(qū)分，表面必須是鮮艷的橙色。
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)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，有必要建立新的電纜標(biāo)準(zhǔn)，以滿(mǎn)足供應(yīng)商、線(xiàn)束廠(chǎng)以及主機(jī)廠(chǎng)的需要。
標(biāo)準(zhǔn)化組織道路車(chē)輛技術(shù)委員會(huì)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)在開(kāi)展這項(xiàng)工作。
在ISO 6722上可以看到，基于常見(jiàn)的600 V電纜標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂，以符合600V電纜的需求。因?yàn)樗拇蠖嘁筮€是很通用的，但往往不考慮高壓電纜所需的特殊設(shè)計(jì)。ISO 14572 也作了類(lèi)似的修訂。
目前電壓高于600V高壓電纜的標(biāo)準(zhǔn)化是各工作組的一個(gè)課題。標(biāo)準(zhǔn)號(hào)是ISO 17195。
SAE將調(diào)整目前的高壓(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，新創(chuàng)建尚未發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)SAE J2840將定義為屏蔽類(lèi)型的電纜。
LV是德國(guó)的五大汽車(chē)公司的共同采購(gòu)規(guī)范，目前推出了額定電壓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蔽電纜。
我國(guó)的高壓屏蔽電纜的國(guó)家汽車(chē)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)正在制定中，其額定電壓將達(dá)到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)品和非常具體的要求是很難界定的。本文的宗旨是解決基本的設(shè)計(jì)思路，通過(guò)應(yīng)用*高壓電纜結(jié)構(gòu)原理克服上文所述的挑戰(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)所決定。這就是為什么高壓電纜使用具有大量非常小的直徑的單絲的特殊導(dǎo)體。一定數(shù)量的單絲*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)好處是更好的耐彎曲。絞線(xiàn)節(jié)距縮短，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是考慮耐熱要求和機(jī)械強(qiáng)度。相比標(biāo)準(zhǔn)的電池電纜，可以合理選擇比較軟的材料，使特殊設(shè)計(jì)的絞合導(dǎo)體保持柔韌性。
3. 成纜
電纜當(dāng)多芯時(shí)通常需要將線(xiàn)芯絞合起來(lái)。為了彌補(bǔ)絞合高壓電纜線(xiàn)芯造成的變形，需要采用所謂退扭的設(shè)備。這個(gè)過(guò)程中，的絞線(xiàn)機(jī)配備的放線(xiàn)盤(pán)相對(duì)絞合方向反向旋轉(zhuǎn)。這為防止電纜的變形張力很有必要。
根據(jù)電纜的結(jié)構(gòu)，通常使用填充，以保證屏蔽電纜較高的同心度，zui終取得一個(gè)令人滿(mǎn)意的高壓電纜。在絞合纜芯使用包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，使用多根銅絲組成編織屏蔽。鍍錫銅絲可以使其抵抗環(huán)境影響如氧化等變得更加強(qiáng)大。用細(xì)的銅絲可以保持設(shè)計(jì)的柔韌性
屏蔽需要有一個(gè)90%以上的覆蓋率克服前面介紹的EMI問(wèn)題。
屏蔽效果的不同需要，編織屏蔽可以結(jié)合其他各種屏蔽，如鋁塑符合薄膜。屏蔽外可以繞包一層無(wú)紡布，以確保在裝配過(guò)程中輕松的剝下護(hù)套。
5. 護(hù)套
和線(xiàn)芯的絕緣一樣，護(hù)套材料根據(jù)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環(huán)境屬性對(duì)護(hù)套也尤其重要。這些特性主要取決于所選護(hù)套材料類(lèi)型，而在一定程度也受護(hù)套結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響。
如果特殊要求，如克服安裝車(chē)輛環(huán)境的磨損，要求增加耐磨性，這在選擇材料時(shí)就需要考慮。通常使用測(cè)試設(shè)備模擬用于驗(yàn)證這些特性。
選擇比較軟的材料，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。
根據(jù)相關(guān)規(guī)范中規(guī)定，擠出外套應(yīng)是一個(gè)鮮艷的的橙色，根據(jù)規(guī)定也可以添加特殊的警示高壓的標(biāo)記。
五、總結(jié)
高壓線(xiàn)束作為電動(dòng)汽車(chē)上動(dòng)力輸出的主要載體，是整車(chē)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(shè)計(jì)不僅要從整車(chē)的角度考慮，還要從原材料、連接器、組件供應(yīng)商等各個(gè)環(huán)節(jié)的角度出發(fā)，在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)還不太規(guī)范的情況下，共同努力制定既符合當(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，才能進(jìn)一步提高電動(dòng)汽車(chē)的安全性，同時(shí)也利于高壓線(xiàn)束降低設(shè)計(jì)和制造成本，為推廣電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。