Новости

Проектирование электромобилей: низко и высоковольтные кабели

В производстве кабелей для электромобилей есть свои сложности, которые могут показаться необычными. Мы решили рассказать, в чем же их особенности – и сегодня начнем с разделения кабелей для электромобилей по напряжению.


Высоковольтные кабели

Кабели, проходящие внутри транспортных средств, обычно делятся на две категории по напряжению – низковольтные (от 0 до 60 В) и высоковольтные (преимущественно все выше 60 В). Как правило, это могут быть кабели до 600, 800 или даже 1500 В в секторе электронной мобильности.

Ключевой причиной такой разницы является безопасность. Контактирование человека со всем, имеющим напряжение выше 60 В, обычно считается смертельно опасным. Поэтому стандарты требуют, чтобы внешние оболочки высоковольтных кабелей были окрашены в оранжевый сигнальный цвет. Все для того чтобы этот кабель можно было легко распознать владельцу автомобиля, техническим специалистам и сотрудникам служб безопасности на месте аварии.

Для защиты людей и окружающих компонентов от электропитания при постоянно возрастающем напряжении проектировщик электромобиля может выбрать более плотную изоляцию. Это поможет надежно обеспечить более высокие электрические характеристики. Хотя с другой стороны это также может увеличить расходы на материалы и сделать кабель более тяжелым и жестким, а значит, более сложным для прокладки в автомобиле.

Изоляция высоковольтных кабелей

Различные материалы обеспечивают разные уровни изоляции. Одним из основных стандартов, по которым их можно различать, необходимый температурный режим.
Например, фторполимер широко используется в промышленности для высоковольтных и высокотемпературных применений. К ним относятся ETFE (этилентетрафторэтилен) и FEP (фторированный этиленпропилен), оба из которых рассчитаны на 155°C. PFA (перфторалкоксиалкан) - еще один фторполимер, рассчитанный на температуру от 180°C до 250°C.

Силиконовые изоляции также популярны – они очень гибкие, идеально работают при высоких температурах и устойчивы к повреждениям от широкого спектра химических веществ. Однако дизайнеры электромобилей должны учитывать, как данный материал работает в разных химических средах. Ведь он рискует выйти из строя при разгерметизации аккумулятора. А кроме этого может быть механически слабее, если проложен между элементами с острыми краями. В конечном счете это может разорвать силикон и повредить проводник внутри.

В качестве альтернативы некоторые кабели изолируются полимерами, в которых используется сшивание с помощью облучения. Это позволяет изготавливать кабели с более тонкими изоляционными стенками без риска прокола или повреждения материала высоким напряжением. К тому же, такая изоляция снижает вес кабеля и соответственно упрощает его прокладку.

Низковольтные кабели

Автомобильная электроника для таких систем, как радио, кондиционирование воздуха, датчики и т.д., все чаще проектируется как системы 48 В, заменяя традиционные – 12 и 24 В. Хотя этот уровень мощности намного ниже, он все еще вызывает много беспокойства, поскольку требования к конструкции автомобиля становятся жестче.

Например, система напряжением 48 В требует гораздо большего внимания к коррозионной стойкости, дугостойкости и безопасности, чем система на 12 В. И хотя напряжение 48 В считается низким – такого тока достаточно, чтобы вызвать тяжелые травмы.

В то же время кабель 12-48 В может быть изготовлен с использованием менее дорогостоящих материалов и конструкций, чем высоковольтный кабель, без риска безопасности, электромагнитной совместимости и т.д. Например, использование кабеля со смещенным центром нежелательно в высоковольтных приложениях. Ведь на одну сторону изоляции приходится большее электрическое давление, чем на другую. В низковольтных же можно использовать кабель со смещенным центром.

Более низкий уровень электричества, тепла и электромагнитных излучений в кабелях 12-48 В также означает, что для них можно использовать более дешевые изоляционные материалы, такие как ПВХ или другие термопласты. А все потому, что вероятность плавления и риски связаны с воздействием на проводник ниже.

Чрезвычайно сложными для производства являются кабели диаметром менее 48-50 AWG (0,03-0,02 мм). Они необходимы для высокочастотных соединений, например для передовых датчиков в системах безопасности, автономности или мониторинга производительности. Такие диаметры требуют высокоточного оборудования и контроля натяжения. Кроме того, они могут выдержать всего несколько граммов натяжения до разрыва.

Поэтому по мере развития технологий электрических и гибридных транспортных средств стандарты и запросы к кабелям, вероятно, будут изменяться. И успех здесь будет не в достижении предельных характеристик кабелей, а в обеспечении поддержания баланса свойств электромобиля.
Статьи ANAMET EUROPE FABER BIMED