新能源汽车电缆绝缘层的要求

2020年8月24日 评论 189 1455字
散漫说,对于汽车高压线束的绝缘来说,高电压600V,1000V从来不是挑战,其面临的挑战在于热、机械性能上。本文主要探讨新能源汽车电缆绝缘层的要求。
绝缘材料的选择主要是考虑耐热要求和机械强度。相比标准的电池电缆,可以合理选择比较软的材料,使特殊设计的绞合导体保持柔韧性。
新能源汽车电缆绝缘层的要求
和常规汽车电缆的基本差异是结构需要按额定电压600 V设计,而如果在商用车和公共汽车上使用,额定电压可高达1000 V以上。而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。
对于所有的绝缘材料,这么高的电压从来不是挑战。对于工业和民用电气系统,这仍然是低压。对于汽车用高压电缆,面临的挑战应是在热、机械性能。

一、 关于热

由于电缆连接电池,逆变器和电动机,高压电缆需要传输高电流。根据系统组件的功率要求,电流可达到250A到450A。这么高的电流在常规驱动的车辆上是很难找到的。高电流传输的结果导致高功耗和组件的加热。因此高压电缆设计为承受较高的温度。目前可以看出对温度要求有进一步增加的趋势。
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,只要是电缆不是用在发动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C级(125℃)或D级(150℃)。电动汽车内如果通过的路由不利,如排气管附近,电机前面,电池背面等,主机厂甚至会提出更高的耐高温要求。如E级(175)℃。绝缘材料更高的耐热决定了电缆可以承载更高的额定载流量。
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。在公认的电缆标准(如GB/T 25085、GB/T 25087,QC/T 1037和ISO 19642),此值通常用于长期老化试验。在高压应用领域的客户的特殊要求可能超过3000 h,在规定的温度累计运行时间甚至达到至12000 h。绝缘材料耐热和寿命成正比,越耐热的电缆可以承载更长的使用寿命。

二、关于机械性能

电动汽车的开发在许多情况下面临的挑战是空间纳入了更多的电气组件。电缆和连接器通过路由也需要空间。通常会导致紧张的弯曲半径。由于常规电缆固有的设计,高弯曲力难以克服。为了解决这个问题,高压电缆高柔韧性是至关重要的。只有比较柔韧的设计,通过车辆的路由才可以容易实现。如果电动机位于靠近车辆的运动部位,然后导致连接的高压电缆连续振动,它要求被设计成能承受高的循环弯曲,以确保良好的弯曲耐力。
目前高压电缆的绝缘材料以交联聚烯烃和硅橡胶为主。交联聚烯烃的耐热最高可达D级,并具有很高的机械强度和耐液体化学品影响。可以设计的外径更精巧。对于D级交联聚烯烃通常做不到无卤,而硅橡胶有优异的耐热和柔韧性,环保无卤,是设计更高耐热E级高压电缆的首选材料。
因为高电压带来应用风险增加,按照标准要求,高压电缆必须在视觉上与普通汽车电缆区分,指定表面必须是鲜艳的橙色。
同时也可以印刷警示内容和特殊标记,如“小心!高压600 V”、高电压的闪电标识等。按照QC/T 414,橙色是专门用于额定电压 > AC 30 V/DC 60 V 的高压电线(电缆)的主色。为了区别高压电气系统的不同回路,允许使用纵向色条作为辅色。首选的辅色颜色见表 1。护套电缆的辅色可以只加在缆芯芯线的绝缘上,并且可以作为主色。单芯护套电缆如果在护套上已经标识清楚,缆芯的绝缘也允许是本色(不着色)。
表1 高压电缆推荐的颜色组合
颜色 主色(代码) 橙(OG)
辅色(代码) 红(RD) 棕(BN) 蓝(BU) 绿(GN) 紫(VT)
应用 DC + DC - AC 导线 1 AC 导线 2 AC 导线 3

本文作者:福斯 李庆森,转自:线束世界

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