電纜,作為供電設(shè)備與用電設(shè)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(fù)責(zé)從電池端輸送電流至電驅(qū)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(huán)境與普通汽車線纜有著很大的區(qū)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(nèi)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(shè)計(jì)區(qū)別其實(shí)有很多,比如充電樁滿足的標(biāo)準(zhǔn)有CQC1103 -1105、CQC1147、DECRA K175、EN50620、IEC62893、UL62、UL2263、GB/T33594等,目前國內(nèi)充電線纜主要是以GB/T33594標(biāo)準(zhǔn)為主。
車內(nèi)需要滿足的標(biāo)準(zhǔn)有ISO6722、DECRA K179、QC/T1037-2016、CQC1122、LV216、ISO19642、GB/T25085、GB/T25087等,12年開始,車內(nèi)高壓線用的是ISO6722的標(biāo)準(zhǔn),現(xiàn)在目前的車廠與電纜廠都是制定了自己的一些標(biāo)準(zhǔn)。
當(dāng)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(chǎn)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(chǎn)品質(zhì)量最重要的指標(biāo)之一)、保護(hù)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(yè)電纜按用途主要分為充電樁用電纜和車內(nèi)高壓電纜;在細(xì)分高壓線纜從類型上分為單芯電纜和多芯電纜;在結(jié)構(gòu)上分屏蔽電纜和非屏蔽電纜。當(dāng)然,電纜的分類遠(yuǎn)不止這些,這里先不去延展。
依照LV216或者ISO19642的規(guī)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(dǎo)體的截面一般為0.5mm2-120mm2,導(dǎo)體可采用絞合銅導(dǎo)體或者絞合鋁導(dǎo)體。
高壓線束分主要在車內(nèi)分為:動力電池高壓電纜(連接動力電池和高壓盒)、電機(jī)控制器電纜(連接高壓盒和電機(jī)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(diào)等)。

現(xiàn)在的電車基本都在向800V高電壓靠攏,車內(nèi)的高壓系統(tǒng)在強(qiáng)電壓的狀態(tài)下工作時,很容易產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁干擾。另外,電動車上還存在空調(diào)壓縮機(jī)、PTC和DC/DC 逆變器等各類高壓部件,這些產(chǎn)品在行車過程中也會對外產(chǎn)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(tǒng)上采用屏蔽設(shè)計(jì),從而將整車對外部的電磁干擾控制在合理范圍內(nèi),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(nèi)部高壓電纜結(jié)構(gòu)主要還是屏蔽電纜,車內(nèi)高壓電纜由于高壓高電流和使用環(huán)境苛刻,對線纜材料也提出了很高的安全規(guī)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(fā)射。
屏蔽電纜的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由導(dǎo)體+絕緣+鍍錫銅絲編織+鋁塑復(fù)合帶+護(hù)套構(gòu)成,導(dǎo)線主要采用多芯軟銅絞線,以滿足導(dǎo)線的內(nèi)阻和柔軟彎曲度的技術(shù)要求,絕緣層必須要耐高低溫、耐阻燃,多為交聯(lián)聚烯烴彈性體、硅橡膠等。之前的輔助屏蔽的鋁塑復(fù)合帶因自身材料的原因,壽命很短也達(dá)不到現(xiàn)有汽車的最低保修期。現(xiàn)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(dǎo)電層+銅絲編織復(fù)合屏蔽結(jié)構(gòu)了。

■?屏蔽電纜
另外,屏蔽層分還為半導(dǎo)電屏蔽層和編織屏蔽層兩部分,半導(dǎo)電屏蔽層是近些年來國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)一直努力攻克的難題,但由于技術(shù)方面的原因,半導(dǎo)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(chǎn),石墨烯半導(dǎo)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(chǎn)。
編織屏蔽層就是在中心導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)的高壓屏蔽電纜設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的一些電纜屏蔽性能的的特性因素很多,各種標(biāo)準(zhǔn)的屏蔽設(shè)計(jì)之間的主要區(qū)別是過量的編織百分比,對于高壓 EMC 的防護(hù)采用帶屏蔽層的高壓電纜采用裸銅或鍍錫銅線編織在內(nèi)護(hù)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(chǎn)生大量熱量,產(chǎn)生的熱量與電流有效值的平方正相關(guān)(P ~ I2r)。因此編織屏蔽的屏蔽效果除了編織密度相關(guān)外,跟編織單絲直徑相關(guān),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(dǎo)致屏蔽層溫度顯著上升進(jìn)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(tài),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(shè)計(jì)的可能性,這是出于降本、減重方面的考慮。

當(dāng)前的新能源電動汽車的高壓快充線束還是均采用屏蔽設(shè)計(jì)的方案,若要用非屏蔽電纜就需要連接器及接地來協(xié)同了。

另外,還需要考慮部件運(yùn)動與振動的影響,要對線束的尺寸進(jìn)行合理設(shè)計(jì),既要滿足長度分布的應(yīng)力,也要避免過長導(dǎo)致的線束堆積,對于線束運(yùn)動要增加膠圈緩沖和導(dǎo)向槽的固定結(jié)構(gòu),避免線束與其它零組件剮蹭,導(dǎo)致線束損傷。
而充電樁電纜是一種多芯綜合電纜,電纜結(jié)構(gòu)里含有火線,零線,地線,控制線及填充繩等(如3*6+2*0.75),導(dǎo)體使用裸銅,外被材質(zhì)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(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有耐高壓,耐高溫,防電磁干擾,信號傳輸穩(wěn)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(dá)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(gòu)造就需要改變。目前主流充電樁是一體機(jī),高電壓大功率平臺要做分體機(jī),一個設(shè)備前面帶出幾個終端,所有充電模塊集中放在設(shè)備里面。整套系統(tǒng)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(shù)也要升級。
從傳統(tǒng)充電樁升級到800、1000V以及500kW以上大功率充電樁,是兩套技術(shù)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(xiàn)有的充電樁結(jié)構(gòu)和技術(shù)是可以滿足需求的,不需要做任何改動,因?yàn)檎麄€充電模塊電壓平臺根據(jù)車型的發(fā)展,從200V、500V、到750V,現(xiàn)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(nèi)部結(jié)構(gòu)不會有升級。
總體來看,新能源汽車電纜產(chǎn)品很大程度上是屬于定制型產(chǎn)品了,不同整車廠商及其不同車型均有著不同的設(shè)計(jì)方案和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),這就對于汽車線纜在生產(chǎn)過程提出了更高的要求。
