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电动汽车高压线束的设计

发布日期:2020-05-15 作者: 点击:

引言

电动乘用车使用大功率的电机、大容量的电池,并且为了减少充电时间,利用高压大电流充电技术,这其中就需要借助于高压电气系统。电动乘用车高压电气系统可将电机、电池和动力电子元器件等零部件全部连接在一起,其中电动乘用车高压线束是连接电动乘用车能量源(燃料电池)与动力装置的电气通路。为了满足电动乘用车的驱动要求以及在各种行驶条件下线束连接可靠性和使用安全性的要求,本文设计了一种高压大电流(大功率)电动乘用车高压线束。

1 国内外研制情况

目前,新能源汽车产业处于探索与少量试产阶段,国内乃至国际上都没有形成产业规模,因此相关的零部件也处于试制阶段。但相较与国内主要以线束装配为主严重滞后的汽车线束整体技术水平,国外的汽车线束相关技术基础扎实,已有高压线束的解决方案。例如,较早进入电动及混合动力汽车充电连接器领域的行业领导者——安费诺公司(Amphenol),其研制的电动车高压线束具有结构简单、性能优异、用户认可度高等特点,可在超高温度、振动、有限空间及其他恶劣环境下可靠工作,现已被各家国内外汽车生产商所广泛采用;TYCO、Delphi(德尔福)、LS等其他国外公司紧随其后,推出了各自的高压线束解决方案和相关产品。

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2 高压线束的设计

为了弥补我国在电动乘用车高压线束领域的研究空白,摆脱我国电动乘用车中所需的高压线束基本直接采购国外产品的现状,展开了一种高压大电流电动乘用车高压线束的自主研发。根据电动乘用车高压电气系统对高压线束的使用要求,所设计的电动乘用车高 压线束应满足以下要求a、高压大电流的使用性要求。b、抗电磁干扰、防水、抗振、耐 磨、阻燃和接触可靠等安全可靠性要求。

2.1 高压电缆的设计

传统汽车是以汽油发动机为动力,传统汽车线缆作用是传输控制信号,承受的电流和电压都很小,故电缆直径较小,结构上也仅是导体外加绝缘,很简单。但根据电动乘用车高压电缆的使用要求,电动乘用车高压电缆主要起传输能量的作用,需把电池的能量传输到各个子系统,因此所设计的电动乘用车高压线束必须满足高压大电流传输。电动乘用车高压电缆承受的电压较高(额定电压最高600V)、电流较大(额定电流最高600A),电磁辐射较强,故电缆的直径明显增大,同时为了避免电磁辐射对周围电子设备产生强烈电磁干扰,影响其他电子设备正常运行,电缆还设计了抗电磁干扰屏蔽结构 ,即采用同轴结构,利用内导体和外导体(屏蔽)共同作用,电缆内的磁场成同心圆分布,而电场从内导体指向并止于外导体,使电缆周围外部的电磁场为零,亦即屏蔽了电磁辐射,从而确保电动车正常运行。

早期汽车线缆用绝缘材料主要是PVC(聚氯乙烯),但PVC中含有铅,对人体有害,近 些年来逐渐被LSZH(低烟无卤材料)、TPE(热塑性弹性体)、XLPE(交联聚乙烯)、硅橡胶等材料替代。由于电动乘用车高压电缆在满足高压大电流、抗电磁干扰的同时还要满足耐磨和阻燃等要求,因此对这些材料性能进行了对比:

a、LSZH可分为PO(聚烯烃)类和EPR(乙丙橡胶)类两大类,其中以PO类电缆料为主流。PO类LSZH阻燃电缆料的配方中有大量的AI(OH)3、Mg(OH)2无机阻燃剂,从而使该电缆 料具有较好的阻燃、低烟、无卤、低毒等特性,但同时也使其在物理机械性能、电气性能以及挤出工艺性能等方面与其他非阻燃材料及含卤阻燃材料存在差异。

b、TPE是一种兼具橡胶和热塑性塑料特性的高分子材料,在常温下显示橡胶的高弹性,在高温下又能塑化成型,但该材料不耐磨,不能满足电动乘用车高压线束的使用要求。

c、XLPE是由耐温等级为75℃的普通PE(聚乙烯)材料经过辐照交联后制得的,其耐温等级可达到150℃,并具有优良的物理机械性能、抗过载能力及长寿命等特点,但不阻燃。


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