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800V架构下,给车内高压电缆、超充电缆带来了哪些“改变”?

发布时间:2024年1月10日 | 文章来源:线束中国 | 浏览次数:146 | 访问原文

电缆,作为供电设备与用电设备之间的桥梁,起到了传输电能的作用。

新能源汽车高压电线电缆主要是负责从电池端输送电流至电驱和各个组件,从而为新能源汽车提供动力来源。

而新能源汽车的线缆的使用环境与普通汽车线缆有着很大的区别,首先新能源车用线缆需要输送高电压和高电流,电压范围须在400V-1500V

除了车内要用到高压电缆,车外的充电桩也需要高压电缆。这两者的设计区别其实有很多,比如充电桩满足的标准有CQC1103 -1105、CQC1147、DECRA K175、EN50620、IEC62893、UL62、UL2263、GB/T33594等,目前国内充电线缆主要是以GB/T33594标准为主。

车内需要满足的标准有ISO6722、DECRA K179、QC/T1037-2016、CQC1122、LV216、ISO19642、GB/T25085、GB/T25087等,12年开始,车内高压线用的是ISO6722的标准,现在目前的车厂与电缆厂都是制定了自己的一些标准。

当然还有耐热不同、对EMI的要求也不同(电磁兼容EMC是对电子产品在电磁场方面干扰大小EMI和抗干扰能力EMS的综合评定,是产品质量最重要的指标之一)、保护措施耐化性这些也不相同。

800V高压电缆

整个新能源汽车行业电缆按用途主要分为充电桩用电缆和车内高压电缆;在细分高压线缆从类型上分为单芯电缆和多芯电缆;在结构上分屏蔽电缆和非屏蔽电缆。当然,电缆的分类远不止这些,这里先不去延展。

依照LV216或者ISO19642的规定,车载高压电缆是指工作电压为600AC/900DC或1000AC/1500DC的屏蔽或者非屏蔽单芯及多芯电缆,导体的截面一般为0.5mm²-120mm²,导体可采用绞合铜导体或者绞合铝导体。

高压线束分主要在车内分为:动力电池高压电缆(连接动力电池和高压盒)、电机控制器电缆(连接高压盒和电机控制器)、快充线束(连接快充口和高压盒)、高压附件线束(连接高压盒到DC/DC、空调等)。

现在的电车基本都在向800V高电压靠拢,车内的高压系统在强电压的状态下工作时,很容易产生强烈的电磁干扰。另外,电动车上还存在空调压缩机、PTCDC/DC 逆变器等各类高压部件,这些产品在行车过程中也会对外产生一定量的电磁干扰。

因此,新能源电动汽车在高压线束系统上采用屏蔽设计,从而将整车对外部的电磁干扰控制在合理范围内,另外高低压线缆必须分开排布,避免线束相互交叉重叠造成相互干扰。

■ 屏蔽电缆

新能源汽车内部高压电缆结构主要还是屏蔽电缆,车内高压电缆由于高压高电流和使用环境苛刻,对线缆材料也提出了很高的安全规范和使用要求,线束布置过程中还要考虑EMC电磁干扰因素。采用屏蔽高压线缆,避免高频噪声发射。

屏蔽电缆的传统结构主要由导体+绝缘+镀锡铜丝编织+铝塑复合带+护套构成,导线主要采用多芯软铜绞线,以满足导线的内阻和柔软弯曲度的技术要求,绝缘层必须要耐高低温、耐阻燃,多为交联聚烯烃弹性体、硅橡胶等。之前的辅助屏蔽的铝塑复合带因自身材料的原因,寿命很短也达不到现有汽车的最低保修期。现在的屏蔽电缆,为了提高了电缆的屏蔽效果以及使用寿命,市场上有采用的挤塑半导电层+铜丝编织复合屏蔽结构了。

■ 屏蔽电缆

另外,屏蔽层分还为半导电屏蔽层和编织屏蔽层两部分,半导电屏蔽层是近些年来国内研究机构和企业一直努力攻克的难题,但由于技术方面的原因,半导电材料在长期高温老化、高频抗干扰方面还存在缺陷,还无法形成量产,石墨烯半导电屏蔽带在低频抗干扰方面也还存在不足,且成本比铜丝编织还高,也暂时没有量产。

编织屏蔽层就是在中心导体的绝缘层外有一层编织屏蔽层,用于屏蔽电磁干扰和辐射影响,新能源汽车标准的高压屏蔽电缆设计通常用很薄的叠层屏蔽带(LST)和单层的编织,或单一的编织层。影响所用包带和编织设计的一些电缆屏蔽性能的的特性因素很多,各种标准的屏蔽设计之间的主要区别是过量的编织百分比,对于高压 EMC 的防护采用带屏蔽层的高压电缆采用裸铜或镀锡铜线编织在内护套层上,其编织覆盖密度要≥85%要求高的场合编织密度≥90%

此外,屏蔽层电流由于线阻会产生大量热量,产生的热量与电流有效值的平方正相关(P ~ I²r)。因此编织屏蔽的屏蔽效果除了编织密度相关外,跟编织单丝直径相关,也就是要同时考核编织层的直流电阻值。较小的屏蔽截面通常电阻较大,导致屏蔽层温度显著上升进而影响整个线缆。

■ 非屏蔽电缆

在汽车行驶以及使用期间,处于非通电状态,因此从整车降低成本上提出了高压充电线束使用非屏蔽设计的可能性,这是出于降本、减重方面的考虑。

当前的新能源电动汽车的高压快充线束还是均采用屏蔽设计的方案,若要用非屏蔽电缆就需要连接器及接地来协同了。

另外,还需要考虑部件运动与振动的影响,要对线束的尺寸进行合理设计,既要满足长度分布的应力,也要避免过长导致的线束堆积,对于线束运动要增加胶圈缓冲和导向槽的固定结构,避免线束与其它零组件剐蹭,导致线束损伤。

而充电桩电缆是一种多芯综合电缆,电缆结构里含有火线,零线,地线,控制线及填充绳等(如3*6+2*0.75),导体使用裸铜,外被材质为PVC,TPE , XLPE , TPU等,额定电压为450/750V,额定温度为-40℃~90℃。

EV电缆在充电过程中对电压、电流等的信号控制和传输网络系统具有耐高压,耐高温,防电磁干扰,信号传输稳定,耐油,防水,耐酸碱,耐UV等特性。

800V超级快充,充电桩功率需高达480kW,是目前主流直流快充桩的4-6倍,大功率大电流,电压1000V以上,整个充电桩构造就需要改变。目前主流充电桩是一体机,高电压大功率平台要做分体机,一个设备前面带出几个终端,所有充电模块集中放在设备里面。整套系统下,还需要更换能够承受高电压高电流的继电器线束,云端群管群控技术也要升级。

从传统充电桩升级到800、1000V以及500kW以上大功率充电桩,是两套技术路线,整个变化非常大。

但如果仅仅是将电压升级到800V,那么现有的充电桩结构和技术是可以满足需求的,不需要做任何改动,因为整个充电模块电压平台根据车型的发展,从200V、500V、到750V,现在最宽可以做到250V~1000V全兼容电压平台,也就是说仅仅提高电压,充电桩的内部结构不会有升级。

总体来看,新能源汽车电缆产品很大程度上是属于定制型产品了,不同整车厂商及其不同车型均有着不同的设计方案和质量标准,这就对于汽车线缆在生产过程提出了更高的要求