电动汽车用高压电缆的设计和开发

四、电动汽车高压电缆结构设计

标准的产品和非常具体的要求是很难界定的。本文的宗旨是解决基本的设计思路，通过应用先进的高压电缆结构原理克服上文所述的挑战。

1. 导体设计

高压电缆的柔韧性，大多是由导体的设计所决定。这就是为什么高压电缆使用具有大量非常小的直径的单丝的特殊导体。一定数量的单丝先进行束绞，然后再同心的复绞，形成高压电缆需要的软导体。

多的根数另外一个好处是更好的耐弯曲。绞线节距缩短，还可以提高高压电缆的弯曲寿命。

2. 绝缘材料

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。

3. 成缆

电缆当多芯时通常需要将线芯绞合起来。为了弥补绞合高压电缆线芯造成的变形，需要采用所谓退扭的专用设备。这个过程中，专用的绞线机配备的放线盘相对绞合方向反向旋转。这为防止电缆的变形张力很有必要。

根据电缆的结构，通常使用填充，以保证屏蔽电缆较高的同心度，最终取得一个令人满意的高压电缆。在绞合缆芯使用包带可以保持电缆的柔韧性。

4. 屏蔽

由于EMC(电磁兼容性)的要求，使用多根铜丝组成编织屏蔽。镀锡铜丝可以使其抵抗环境影响如氧化等变得更加强大。用细的铜丝可以保持设计的柔韧性

屏蔽需要有一个90%以上的覆盖率克服前面介绍的EMI问题。

屏蔽效果的不同需要，编织屏蔽可以结合其他各种屏蔽，如铝塑符合薄膜。屏蔽外可以绕包一层无纺布，以确保在装配过程中轻松的剥下护套。

5. 护套

和线芯的绝缘一样，护套材料根据热和机械性的要求选择。由于直接接触，像耐液体和耐磨等的环境属性对护套也尤其重要。这些特性主要取决于所选护套材料类型，而在一定程度也受护套结构设计影响。

如果特殊要求，如克服安装车辆环境的磨损，要求增加耐磨性，这在选择材料时就需要考虑。通常使用测试设备模拟现实情况用于验证这些特性。

选择比较软的材料，受益的是柔韧性，而这可能会导致高压电缆较低的耐磨。

根据相关规范中规定，挤出外套应是一个鲜艳的的橙色，根据规定也可以添加特殊的警示高压的标记。

五、电动汽车高压电缆的特性和优化

完美复杂的设计和使用高品质的材料，结果将导致昂贵的电缆成本。经验表明，针对具体的高压电缆，往往可以通过截面，温度要求，柔韧性以及屏蔽效果的优化而量体裁衣。重量和成本节省可以彰显，过度尺寸和过度的组件可以避免。

1. 截面积和温度等级的优化

电缆的选择大多是根据环境温度和传送电流的指标。在这方面，最重要的特性是“电缆截面”和“电缆所用材料的耐热等级”。

导体的电压降转化为热能加热的高压电缆的导体。这种热可部分转移到环境，使导线运行温度降低。较低的温度梯度可以转移较少的热量。连续负载电流的电缆可以导致承受最高的额定温度。该温度可以造成所用材料的老化。

电缆设计者面临的挑战，设计最合适应用的电缆：过度的导体规格可能会导致成本和重量增加，较大的外径。最坏的情况，仅考虑可能的最高的负载电流和环境温度，将导致采用大截面电缆，耐高温材料，如有机氟或硅材料。

确定电流和负载环境温度的关系从技术和经济角度看是很有意义的。应考虑真正的驱动器周期性的动态电流峰值，允许合理的定义最坏情况下负载电流和峰值电流。

一个好的设计的先决条件是对基本条件的了解，如必须首先确定环境温度和电缆负载。一般大截面高压电缆在温度变化方面具有较大惯性，所以车辆加速或减速的电流峰值不会导致一个大的导体温度的影响。允许有时短期温度峰值即使超过在以上定义的电缆温度等级，高压电缆处理这些峰值的能力通常是由热过载性能定义。从而电缆不需要设计为较高的工作温度等级，没有必要采用超过指定工作温度的电缆。可以综合考虑常驻负载电流以及单脉冲或系列脉冲连同各种参数，如环境温度。

理论基础和现实中获得的经验相结合，可以初步确定、选择和得到优化的满足应用的高压电缆。

图1 耐热150度XLPO电缆交流状态下的载流量和温升

2. 柔韧性的优化

对车辆的电缆布线的可用空间值得仔细考虑。仅在车辆某个具体区域紧张的弯曲半径需要会导致整体电缆的柔韧性要求提高。如果可能在整体设计进行小的变更，避免紧弯曲的问题是非常有意义的。

电缆没有必要必须具有最高的柔韧性。确切的定义弯曲力，并结合结构和相应的测试设备，使电缆的设计者创建最合适应用的设计。特别是对较大截面的电缆，用比较柔韧或常规的结构设计替代高柔韧的设计会显着降低成本。

3. 屏蔽效果的优化

在一定频率范围内定义的屏蔽效果对电缆的开发是非常必要的。没有关于频率信息的屏蔽效果不是很有用，这可能导致解决方案采用过度的尺寸和使用昂贵的组合屏蔽，从技术角度来看这已经不必要。

通常情况下，电动汽车电缆开发设计阶段可以用理论计算给出一个预期的效果值供考虑。然后用实物通过试验手段进行高压电缆的屏蔽效果验证。

六、结束语

电动汽车的高压线束和传统的布线系统比仍有很长的路要走。具体规范要求通常没有明确界定，这会造成技术上复杂化，从而导致昂贵的解决方案。

开发阶段涉及的所有各方必须采用系统为导向的方法对高压电缆技术和成本合理优化。这些当事方可能包括电缆，连接器和组件供应商商，线束厂以及主机厂。整个系统的知识积累和一个面向目标要求的高压电缆的规范是优化设计的基础。电缆制造的研发部门利用理论计算以及合适的测量设备验证有能力开发更适合应用的电缆。