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行业新闻

新能源汽车的​导线选型

2021-03-05 09:59:26


用于混动及电动车的高压导线的主要特性包括:

 

1. 额定电压

导线的额定电压是导线能够持续承受并不会使导线的基本特性出现退化的交/直流有限电压值。


在电池系统的回路中,最大额定电压可以达到直流600V,在导线选型时需要特别关注厂商对于导线工作电压的规定。导线的额定电压应该大于回路的最大电压。

 

2. 安培容量

导线的安培容量是诸多因素共同作用的结果。例如:

·      导线尺寸

·      导线材料

·      导线长度

·      线芯电阻系数

导线的安培容量以及容许温升是与导线规格截面积密切相关的。可以初步根据例如线图的特定规格的导线发烟曲线来进行选择。


           

image.png


图*—M6040导线发烟曲线



 导线发烟曲线和fuse曲线对比匹配



3. 工作温度

导线工作温度可以分为持续工作温度和最高过载温度。这些温度可以通过测量导线绝缘皮表面测得。


持续工作温度

持续温度是导线绝缘层承受3000小时(引自ISO标准)并无异常的温度。此温度是通过测量导线绝缘层表面而得。容许的稳态(持续)电流造成的导线总温度要少于持续工作温度。对于持续工作状态,在给定的环境温度条件下导线的稳态安培容量定义是指特定的电流,导线持续此电流承受3000小时并且不会超过绝缘层的持续工作温度。

 

4. 最大过载温度

最大过载温度是指在导线绝缘层持续工作温度的基础在加上60℃。导线能够承受此温度达到一个小时。容许过载电流会造成总的导线温度要少于过载工作温度。过载情况可能会缩短导线的整体寿命,但并不会造成导线的损坏。


5. 短路电流的热效应 - I2t

当短路发生时大量的热能将会产生。测量短路电流的I2t的耐热性是高压导线的一个重要的性能参数。I 代表短路电流(RMS),t代表短路时间(单位秒)。

 

6. 导线发烟曲线

此曲线表现了当电流在特定时间超过了特定水平导线发烟就会出现的现象。

                                    

image.png


图*—导线发烟曲线


a) 导线初步选型的步骤如下:

首先根据客户的应用电器设备信息以及电流、电压、温度要求,结合M-Spec规格书从BOD文件中筛选潜在可行的线束规格,如M6040规格系列等。

•输入信息:客户的应用电器设备信息以及电流、电压、温度要求

•选型工具:导线M-Spec、导线BOD选型参考文件

•输出信息:导线规格,如M6040规格系列


表*—CableBOD


Cable Matrix

Cable Master
 Bulk Spec

Insulation Mat'l (abbr)
 Description (abbr)

Temperature
 Range
 (Continuous)

Cable Size (mm2)

Application

M3075

Crosslinked  Polyethylene (XLPE)
 Thin wall (TXL)

> -40°C <  135°C

0.5 / 0.8 / 1.0 /  3.0

low  voltage circuit

M3070

Crosslinked  Polyethylene (XLPE)
 STANDARD WALL (GXL)

> -40°C <  135°C

2.0 / 3.0 / 5.0

high voltage  circuit

M3252

Crosslinked  Polyethylene (XLPE)
 Thin wall (TXL)

> -40°C <  135°C

13.0 / 19.0

low  voltage circuit(battery cable)

M6040

Crosslinked  Polyethylene (XLPE)
 Thin wall (TXL)

> -40°C <  150°C

3.0 / 5.0 / 25.0  / 35.0 / 50

high voltage circuit(shielded  cable)

M6041

CROSS LINKED POLYETHYLENE

> -40°C <  150°C

35.0 / 50

high voltage  circuit

M3232

PVC Insulated

> -40°C <  105°C

0.75

low  voltage circuit

M3328

PVC
 Thin wall

<80°C

0.5

low  voltage circuit

M3253

JACKET PVC
 CABLE XLPE
 HEAT RESISTANT

<100°C

0.5

low voltage  circuit

M3207

THIN WALL – TXL CABLE AUTOMOTIVE, LOW TENSION CROSS LINKED
 POLYETHYLENE, INSULATED – 150OC RATED

> -40°C <  150°C

0.5

low voltage  circuit


b) 向供应商获得需要规格的导线发烟曲线,通过电流和线芯温度曲线来初步选取可行线径规格,如截面积35mm²或50mm²等。


•输入信息:初选的导线规格以及客户的电流、电压、温度要求

•选型工具:相应规格导线的发烟曲线

•输出信息:初选导线线径范围,如截面积大于35mm²等

例如:客户端设备的环境温度是85℃,工作电流要求200A,而我们通过M6040的发烟曲线来确定线径大小。



如下图,纵轴为导线温度,横轴是工作电流,图中有四条线径规格的曲线。



首先客户要求的工作电流是200A,我们可以通过200A的横轴坐标对应各曲线的交点可以得出四条水平虚线分别代表四个线径导线在200A情况下的温度情况。



通过M6040的M-Spec介绍M6040的导线工作温度是150℃,可以发现在四条温度水平线中有两条红色虚线位于150℃水平线的上方,而两条蓝色水平线则在150℃下方。说明在环境温度85℃,工作电流200A情况下, 16SQ和25SQ的导线温度已经超出的M6040这款线束的工作温度,而25SQ和35SQ的导线则没有超出。



所以在这种情况下,可以判断16SQ和25SQ不符合要求,可以选择在35SQ或者50SQ的线径规格。



image.png

图*—导线特性曲线



c) 将选出的线径规格导线信息按照一下输入信息列表输入”Cable Simulation Tool”,得出相应的”gauge-current-temperature raisecurve”,通过得出的温升曲线可以进一步核实所选导线在客户指定工作电流和温度环境要求下温升幅度以及确认是否超出所选导线本身的极限工作温度。


•输入信息:”CableSimulation Tool”输入信息(如下表)

•选型工具:”CableSimulation Tool”

•输出信息:”gauge-current-temperature raise curve”- 所需验证的具体规格和线径导线的模拟温升曲线(如下图)

表*—“Cable Simulation Tool”输入信息


注:以下导线模拟系统所需导线特性参数的输入信息可以结合导线规格资料以及从供应商处获得。


image.png


图*—“Cable Simulation Tool”输出结果

image.png      

d) 保险丝、导线匹配模拟及线束选型升级
将” Cable Simulation Tool”模拟演算出的”gauge-current-temperature raisecurve”输入到”保险丝/导线选型匹配工具”,系统会自动通过一系列公式进行演算模拟出与相应保险丝匹配的导线线径规格。


系统在进行导线性能与保险丝匹配模拟的时候,当演算失败是会自动对于最初选型的导线线径规格进行升级并重新演算,直到符合所有演算条件,并输出最终线径选型规格完成导线选型。


•输入信息:导线发烟曲线数据输入”保险丝/导线选型匹配工具”后台数据库
•选型工具:”保险丝/导线选型匹配工具”
•输出信息:与所选Fuse型号的特性匹配模拟以及升级后确定的最终导线线径规格(保险丝/导线匹配模拟选型结果如下图)

系统内部模拟演算流程图过程如下:



image.png


图*—模拟演算流程


图*— Fuse/导线匹配模拟选型结果输出

image.png


如上图,最终”保险丝/导线选型匹配工具”会输出保险丝型号和最终导线规格,并且输出导线发烟和保险丝熔断的电流/时间曲线。根据电流/时间曲线,我们可以进行如下例子的判断分析:


举例:我们得到如下导线发烟和保险丝熔断的电流/时间曲线,我们以玻璃管型保险丝和35sq导线(150℃环境发烟曲线)为例可以分析归纳出以下四种情况:
• 安全区域
• 有限安全区域
• 保险丝熔断区域
•保险丝瞬间熔断区域

image.png


图*—保险和导线校核曲线
 
区域一、Safety Area – 安全区域(红色区域)
在红色区域范围内,保险色熔断曲线和导线发烟曲线无限接近225A垂直线但并为相交。说明当电流小于225A时长时间工作状态下,保险能够保持不熔断而导线也没有出现发烟现象,都能正常工作。
 
区域二、Limited Safety Area – 有限安全区域(黄色区域)
黄色区域在225A和410A纵轴垂线之间,35sq导线发烟曲线先与410A垂直线在140s的纵坐标垂线相交。


说明在225A和410A之间的电流范围,导线会先于保险丝熔断而出现发烟现象。所以当客户的电流要求在大于225A小于410A情况下,此玻璃管型保险丝与35sq导线的匹配存在风险。


所以需要明确客户的电流要求以及峰值持续时间,当客户端峰值持续时间小于客户电流对应的导线临界发烟时间,那么保险丝不会熔断而导线也不会发生发烟现象,均能正常工作,但实际上保险丝未能起到熔断保护的作用。
 
区域三、Fusing Area - 保险丝熔断保护区域(绿色区域)
绿色区域在410A和1000A的区间范围内,保险丝熔断曲线先于导线发烟曲线与纵坐标垂线相交,、保险丝会先于导线发烟而提前熔断从而起到保护电路的作用。
 
区域四、Instant Fusing Area -  瞬间熔断区域(蓝色区域)保险丝熔断曲线与电流横坐标相交与1s的时间节点,说明在大于1000A的电流情况下,保险会在1S以内瞬间熔断,而导线不会发烟正常工作。