電纜,作為供電設備與用電設備之間的橋梁,起到了傳輸電能的作用。
新能源汽車高壓電線電纜主要是負責從電池端輸送電流至電驅和各個組件,從而為新能源汽車提供動力來源。
而新能源汽車的線纜的使用環境與普通汽車線纜有著很大的區別,首先新能源車用線纜需要輸送高電壓和高電流,電壓范圍須在400V-1500V。
除了車內要用到高壓電纜,車外的充電樁也需要高壓電纜。這兩者的設計區別其實有很多,比如充電樁滿足的標準有CQC1103 -1105、CQC1147、DECRA K175、EN50620、IEC62893、UL62、UL2263、GB/T33594等,目前國內充電線纜主要是以GB/T33594標準為主。
車內需要滿足的標準有ISO6722、DECRA K179、QC/T1037-2016、CQC1122、LV216、ISO19642、GB/T25085、GB/T25087等,12年開始,車內高壓線用的是ISO6722的標準,現在目前的車廠與電纜廠都是制定了自己的一些標準。
當然還有耐熱不同、對EMI的要求也不同(電磁兼容EMC是對電子產品在電磁場方面干擾大小EMI和抗干擾能力EMS的綜合評定,是產品質量最重要的指標之一)、保護措施耐化性這些也不相同。
800V高壓電纜
整個新能源汽車行業電纜按用途主要分為充電樁用電纜和車內高壓電纜;在細分高壓線纜從類型上分為單芯電纜和多芯電纜;在結構上分屏蔽電纜和非屏蔽電纜。當然,電纜的分類遠不止這些,這里先不去延展。
依照LV216或者ISO19642的規定,車載高壓電纜是指工作電壓為600AC/900DC或1000AC/1500DC的屏蔽或者非屏蔽單芯及多芯電纜,導體的截面一般為0.5mm2-120mm2,導體可采用絞合銅導體或者絞合鋁導體。
高壓線束分主要在車內分為:動力電池高壓電纜(連接動力電池和高壓盒)、電機控制器電纜(連接高壓盒和電機控制器)、快充線束(連接快充口和高壓盒)、高壓附件線束(連接高壓盒到DC/DC、空調等)。
現在的電車基本都在向800V高電壓靠攏,車內的高壓系統在強電壓的狀態下工作時,很容易產生強烈的電磁干擾。另外,電動車上還存在空調壓縮機、PTC和DC/DC 逆變器等各類高壓部件,這些產品在行車過程中也會對外產生一定量的電磁干擾。
因此,新能源電動汽車在高壓線束系統上采用屏蔽設計,從而將整車對外部的電磁干擾控制在合理范圍內,另外高低壓線纜必須分開排布,避免線束相互交叉重疊造成相互干擾。
■?屏蔽電纜
新能源汽車內部高壓電纜結構主要還是屏蔽電纜,車內高壓電纜由于高壓高電流和使用環境苛刻,對線纜材料也提出了很高的安全規范和使用要求,線束布置過程中還要考慮EMC電磁干擾因素。采用屏蔽高壓線纜,避免高頻噪聲發射。
屏蔽電纜的傳統結構主要由導體+絕緣+鍍錫銅絲編織+鋁塑復合帶+護套構成,導線主要采用多芯軟銅絞線,以滿足導線的內阻和柔軟彎曲度的技術要求,絕緣層必須要耐高低溫、耐阻燃,多為交聯聚烯烴彈性體、硅橡膠等。之前的輔助屏蔽的鋁塑復合帶因自身材料的原因,壽命很短也達不到現有汽車的最低保修期。現在的屏蔽電纜,為了提高了電纜的屏蔽效果以及使用壽命,市場上有采用的擠塑半導電層+銅絲編織復合屏蔽結構了。
■?屏蔽電纜
另外,屏蔽層分還為半導電屏蔽層和編織屏蔽層兩部分,半導電屏蔽層是近些年來國內研究機構和企業一直努力攻克的難題,但由于技術方面的原因,半導電材料在長期高溫老化、高頻抗干擾方面還存在缺陷,還無法形成量產,石墨烯半導電屏蔽帶在低頻抗干擾方面也還存在不足,且成本比銅絲編織還高,也暫時沒有量產。
編織屏蔽層就是在中心導體的絕緣層外有一層編織屏蔽層,用于屏蔽電磁干擾和輻射影響,新能源汽車標準的高壓屏蔽電纜設計通常用很薄的疊層屏蔽帶(LST)和單層的編織,或單一的編織層。影響所用包帶和編織設計的一些電纜屏蔽性能的的特性因素很多,各種標準的屏蔽設計之間的主要區別是過量的編織百分比,對于高壓 EMC 的防護采用帶屏蔽層的高壓電纜采用裸銅或鍍錫銅線編織在內護套層上,其編織覆蓋密度要≥85%。要求高的場合編織密度≥90%。
此外,屏蔽層電流由于線阻會產生大量熱量,產生的熱量與電流有效值的平方正相關(P ~ I2r)。因此編織屏蔽的屏蔽效果除了編織密度相關外,跟編織單絲直徑相關,也就是要同時考核編織層的直流電阻值。較小的屏蔽截面通常電阻較大,導致屏蔽層溫度顯著上升進而影響整個線纜。
■?非屏蔽電纜
在汽車行駛以及使用期間,處于非通電狀態,因此從整車降低成本上提出了高壓充電線束使用非屏蔽設計的可能性,這是出于降本、減重方面的考慮。
當前的新能源電動汽車的高壓快充線束還是均采用屏蔽設計的方案,若要用非屏蔽電纜就需要連接器及接地來協同了。
另外,還需要考慮部件運動與振動的影響,要對線束的尺寸進行合理設計,既要滿足長度分布的應力,也要避免過長導致的線束堆積,對于線束運動要增加膠圈緩沖和導向槽的固定結構,避免線束與其它零組件剮蹭,導致線束損傷。
而充電樁電纜是一種多芯綜合電纜,電纜結構里含有火線,零線,地線,控制線及填充繩等(如3*6+2*0.75),導體使用裸銅,外被材質為PVC,TPE , XLPE , TPU等,額定電壓為450/750V,額定溫度為-40℃~90℃。
EV電纜在充電過程中對電壓、電流等的信號控制和傳輸網絡系統具有耐高壓,耐高溫,防電磁干擾,信號傳輸穩定,耐油,防水,耐酸堿,耐UV等特性。
800V超級快充,充電樁功率需高達480kW,是目前主流直流快充樁的4-6倍,大功率大電流,電壓1000V以上,整個充電樁構造就需要改變。目前主流充電樁是一體機,高電壓大功率平臺要做分體機,一個設備前面帶出幾個終端,所有充電模塊集中放在設備里面。整套系統下,還需要更換能夠承受高電壓高電流的繼電器線束,云端群管群控技術也要升級。
從傳統充電樁升級到800、1000V以及500kW以上大功率充電樁,是兩套技術路線,整個變化非常大。
但如果僅僅是將電壓升級到800V,那么現有的充電樁結構和技術是可以滿足需求的,不需要做任何改動,因為整個充電模塊電壓平臺根據車型的發展,從200V、500V、到750V,現在最寬可以做到250V~1000V全兼容電壓平臺,也就是說僅僅提高電壓,充電樁的內部結構不會有升級。
總體來看,新能源汽車電纜產品很大程度上是屬于定制型產品了,不同整車廠商及其不同車型均有著不同的設計方案和質量標準,這就對于汽車線纜在生產過程提出了更高的要求。