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新能源汽車的?導線選型

作者: 來源: 日期:2021/3/16 18:34:15 人氣:3404

用于混動及電動車的(de)高(gao)壓導線的(de)主要特性包括:

 

1. 額定電壓

導(dao)線(xian)的額定(ding)電壓是導(dao)線(xian)能夠持(chi)續承受并(bing)不會使導(dao)線(xian)的基本(ben)特(te)性出(chu)現退化的交/直流有限電壓值。


在電(dian)池系統的(de)(de)(de)回(hui)路中,最大(da)額定(ding)電(dian)壓可以達到直流600V,在導(dao)線(xian)選型時需要特(te)別關注廠商對于(yu)導(dao)線(xian)工(gong)作電(dian)壓的(de)(de)(de)規(gui)定(ding)。導(dao)線(xian)的(de)(de)(de)額定(ding)電(dian)壓應該大(da)于(yu)回(hui)路的(de)(de)(de)最大(da)電(dian)壓。

 

2. 安培容量

導(dao)線的(de)安培容量是諸多因素共同作用(yong)的(de)結果。例如:

·      導線尺寸(cun)

·      導線材料(liao)

·      導(dao)線長度(du)

·      線芯(xin)電阻系數

導(dao)(dao)線(xian)(xian)(xian)的安培容量以(yi)及容許溫升(sheng)是(shi)與(yu)導(dao)(dao)線(xian)(xian)(xian)規格(ge)截面(mian)積密(mi)切相關的。可以(yi)初步根據(ju)例如線(xian)(xian)(xian)圖的特定規格(ge)的導(dao)(dao)線(xian)(xian)(xian)發煙曲線(xian)(xian)(xian)來進行選(xuan)擇。


           

圖片


圖*—M6040導線發(fa)煙(yan)曲線



 導線發煙曲線和fuse曲線對比匹配



3. 工作溫度

導線工作(zuo)溫(wen)度(du)可(ke)以(yi)分為持續工作(zuo)溫(wen)度(du)和最(zui)高過載溫(wen)度(du)。這些溫(wen)度(du)可(ke)以(yi)通過測量導線絕緣皮表(biao)面(mian)測得。


持續工作溫度

持(chi)(chi)(chi)(chi)續(xu)溫(wen)度(du)是(shi)導(dao)(dao)線(xian)(xian)絕緣層(ceng)承(cheng)受(shou)(shou)3000小時(shi)(引自ISO標準)并無異常的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)。此(ci)溫(wen)度(du)是(shi)通過測量導(dao)(dao)線(xian)(xian)絕緣層(ceng)表面(mian)而得。容許的(de)(de)(de)穩(wen)態(持(chi)(chi)(chi)(chi)續(xu))電(dian)流(liu)(liu)造成的(de)(de)(de)導(dao)(dao)線(xian)(xian)總溫(wen)度(du)要少于持(chi)(chi)(chi)(chi)續(xu)工(gong)(gong)作(zuo)溫(wen)度(du)。對于持(chi)(chi)(chi)(chi)續(xu)工(gong)(gong)作(zuo)狀態,在給定的(de)(de)(de)環境溫(wen)度(du)條件(jian)下導(dao)(dao)線(xian)(xian)的(de)(de)(de)穩(wen)態安培容量定義(yi)是(shi)指(zhi)特(te)定的(de)(de)(de)電(dian)流(liu)(liu),導(dao)(dao)線(xian)(xian)持(chi)(chi)(chi)(chi)續(xu)此(ci)電(dian)流(liu)(liu)承(cheng)受(shou)(shou)3000小時(shi)并且不會超過絕緣層(ceng)的(de)(de)(de)持(chi)(chi)(chi)(chi)續(xu)工(gong)(gong)作(zuo)溫(wen)度(du)。

 

4. 最大過載溫度

最大(da)過(guo)載溫(wen)度(du)是指(zhi)在導線(xian)絕緣層持續工(gong)作(zuo)溫(wen)度(du)的基(ji)礎在加(jia)上60℃。導線(xian)能夠(gou)承(cheng)受此溫(wen)度(du)達到一個(ge)小時(shi)。容許過(guo)載電流(liu)會造(zao)成總的導線(xian)溫(wen)度(du)要少于過(guo)載工(gong)作(zuo)溫(wen)度(du)。過(guo)載情(qing)況可能會縮(suo)短導線(xian)的整(zheng)體壽命,但并不會造(zao)成導線(xian)的損(sun)壞。


5. 短路電流的熱效應 - I2t

當短路(lu)發(fa)生時大量(liang)的熱能將(jiang)會產生。測量(liang)短路(lu)電(dian)流(liu)的I2t的耐(nai)熱性是高壓導線(xian)的一個重要的性能參數。I 代(dai)表短路(lu)電(dian)流(liu)(RMS),t代(dai)表短路(lu)時間(單位秒)。

 

6. 導線發煙曲線

此(ci)曲線表現了當電流在(zai)特定時間超過了特定水平導線發煙就會(hui)出現的現象。

                                    

圖片


圖*—導(dao)線發(fa)煙曲線


a) 導線初步選型的步驟如下:

首先根(gen)據客戶的(de)應用電器設備信息以及(ji)電流、電壓、溫度(du)要求,結合M-Spec規格(ge)(ge)書從BOD文(wen)件(jian)中篩選(xuan)潛在(zai)可(ke)行的(de)線束規格(ge)(ge),如M6040規格(ge)(ge)系列等(deng)。

?輸入(ru)信息(xi):客(ke)戶的應用(yong)電(dian)(dian)器(qi)設備信息(xi)以及(ji)電(dian)(dian)流、電(dian)(dian)壓、溫(wen)度要(yao)求

?選型工(gong)具:導線M-Spec、導線BOD選型參考文(wen)件

?輸出信息(xi):導線規(gui)格(ge)(ge),如M6040規(gui)格(ge)(ge)系列


表(biao)*—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) 向供應商獲得需要規格的導線發煙曲線,通過(guo)電流和線(xian)芯溫(wen)度曲線(xian)來初步(bu)選(xuan)取可行線(xian)徑規(gui)格,如(ru)截(jie)面積35mm2或50mm2等。


?輸入信息:初選(xuan)的(de)導(dao)線規格以及客戶(hu)的(de)電(dian)流、電(dian)壓(ya)、溫度(du)要求

?選型(xing)工(gong)具:相應規格導(dao)線的發煙(yan)曲線

?輸出信(xin)息:初選(xuan)導線(xian)線(xian)徑范(fan)圍,如截面積大于(yu)35mm2等(deng)

例如:客(ke)戶端(duan)設備的(de)環境溫度是85℃,工作電流要求200A,而(er)我們通(tong)過M6040的(de)發煙曲(qu)線(xian)來確定線(xian)徑(jing)大小。



如下圖(tu),縱軸(zhou)為導(dao)線(xian)溫度,橫軸(zhou)是(shi)工作電流,圖(tu)中有四條線(xian)徑(jing)規(gui)格的(de)曲線(xian)。



首先客戶要求(qiu)的(de)工作電(dian)流是(shi)200A,我們可(ke)以(yi)通過(guo)200A的(de)橫軸坐標對應(ying)各曲(qu)線(xian)的(de)交點可(ke)以(yi)得出四條水平虛線(xian)分別代表四個(ge)線(xian)徑導線(xian)在200A情況下的(de)溫度(du)情況。



通(tong)過M6040的M-Spec介紹M6040的導(dao)線(xian)工作溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)是150℃,可以發現在四條溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)水(shui)平線(xian)中有(you)(you)兩條紅色(se)虛線(xian)位(wei)于150℃水(shui)平線(xian)的上(shang)方,而兩條藍色(se)水(shui)平線(xian)則在150℃下方。說明(ming)在環境溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)85℃,工作電流200A情況下, 16SQ和(he)25SQ的導(dao)線(xian)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)已經超出(chu)(chu)的M6040這款線(xian)束的工作溫(wen)(wen)度(du)(du)(du),而25SQ和(he)35SQ的導(dao)線(xian)則沒有(you)(you)超出(chu)(chu)。



所以(yi)在這種(zhong)情況下,可以(yi)判斷16SQ和(he)25SQ不符(fu)合要求,可以(yi)選(xuan)擇在35SQ或者50SQ的(de)線徑(jing)規格(ge)。



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圖*—導線特性曲線



c) 將選出的線徑規格導線信息按照一下輸入信息列表輸入”Cable Simulation Tool”,得出相應的”gauge-current-temperature raisecurve”,通過得出的溫升(sheng)曲線可以進一步核實所選(xuan)導線在(zai)客戶指定工(gong)作(zuo)電流(liu)和溫度(du)環境(jing)要求下(xia)溫升(sheng)幅度(du)以及確認是否(fou)超(chao)出所選(xuan)導線本(ben)身的極限工(gong)作(zuo)溫度(du)。


?輸入信息:”CableSimulation Tool”輸入信息(如下表)

?選(xuan)型工具:”CableSimulation Tool”

?輸出信(xin)息(xi):”gauge-current-temperature raise curve”- 所需驗證的(de)具體(ti)規格和(he)線徑導線的(de)模擬溫(wen)升曲(qu)線(如下圖(tu))

表*—“Cable Simulation Tool”輸(shu)入信息(xi)


注:以下(xia)導(dao)(dao)線模擬系統所(suo)需導(dao)(dao)線特性參(can)數的輸入信(xin)息可以結合導(dao)(dao)線規格資料以及從供應商處獲(huo)得(de)。


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圖(tu)*—“Cable Simulation Tool”輸出(chu)結果(guo)

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                 ;          

d) 保險絲、導線匹配模擬及線束選型升級
將” Cable Simulation Tool”模擬演(yan)算(suan)出的”gauge-current-temperature raisecurve”輸入到”保險絲/導線(xian)選型(xing)匹配工具”,系統會(hui)自動通過一系列公式進行(xing)演(yan)算(suan)模擬出與(yu)相應保險絲匹配的導線(xian)線(xian)徑規格。


系統在進行導線(xian)(xian)性能(neng)與保險絲(si)匹配模擬的(de)時候,當演算失敗是會自動對于最初選(xuan)型(xing)的(de)導線(xian)(xian)線(xian)(xian)徑(jing)規(gui)格(ge)進行升級并重新演算,直到符合所有(you)演算條件,并輸出最終線(xian)(xian)徑(jing)選(xuan)型(xing)規(gui)格(ge)完成導線(xian)(xian)選(xuan)型(xing)。


?輸(shu)入信息:導(dao)線發煙曲線數(shu)據輸(shu)入”保險絲/導(dao)線選(xuan)型匹配(pei)工具”后臺(tai)數(shu)據庫
?選(xuan)型(xing)工具(ju):”保險絲/導線(xian)選(xuan)型(xing)匹配工具(ju)”
?輸出信息(xi):與所(suo)選Fuse型號的(de)(de)特(te)性匹(pi)配(pei)模擬(ni)(ni)以及升級后確定的(de)(de)最(zui)終導線線徑規格(ge)(保險絲/導線匹(pi)配(pei)模擬(ni)(ni)選型結(jie)果如(ru)下(xia)圖)

系統內部(bu)模擬演算流程圖(tu)過程如下:



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圖*—模擬演算流程


圖*— Fuse/導線(xian)匹(pi)配模擬(ni)選型結(jie)果輸出

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如(ru)上圖,最(zui)(zui)終”保(bao)險絲(si)/導(dao)線選型(xing)匹配工(gong)具”會輸出保(bao)險絲(si)型(xing)號(hao)和最(zui)(zui)終導(dao)線規格(ge),并且輸出導(dao)線發煙和保(bao)險絲(si)熔斷的電流/時(shi)間曲(qu)線。根據(ju)電流/時(shi)間曲(qu)線,我們可以進行如(ru)下例子的判斷分(fen)析:


舉例:我們得到如下(xia)導線(xian)發煙和保(bao)險絲(si)熔(rong)斷的電流/時間曲(qu)線(xian),我們以玻(bo)璃管型保(bao)險絲(si)和35sq導線(xian)(150℃環境發煙曲(qu)線(xian))為例可(ke)以分析歸(gui)納(na)出以下(xia)四種情況(kuang):
? 安全區(qu)域
? 有限安全區域
? 保險絲熔(rong)斷區域
?保險(xian)絲瞬間熔斷區域(yu)

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圖*—保險(xian)和導(dao)線校核曲線
 
區域一、Safety Area – 安全區域(紅色區域)
在(zai)紅色區(qu)域范圍內,保(bao)(bao)險色熔斷(duan)曲(qu)(qu)線和(he)導線發煙曲(qu)(qu)線無限接近(jin)225A垂直線但并為相交。說(shuo)明當(dang)電(dian)流小于(yu)225A時(shi)長時(shi)間工作狀(zhuang)態下(xia),保(bao)(bao)險能夠保(bao)(bao)持不(bu)熔斷(duan)而導線也沒有出(chu)現發煙現象(xiang),都能正常工作。
 
區域二、Limited Safety Area – 有限安全區域(黃色區域)
黃色區域在(zai)225A和(he)410A縱(zong)軸垂線(xian)之間,35sq導線(xian)發煙曲線(xian)先與410A垂直線(xian)在(zai)140s的(de)縱(zong)坐標垂線(xian)相交。


說明(ming)在225A和410A之間的電流范圍,導線會先于(yu)保(bao)險(xian)絲熔斷而出現(xian)發煙現(xian)象(xiang)。所以當客戶的電流要求在大于(yu)225A小于(yu)410A情況(kuang)下(xia),此玻璃管型(xing)保(bao)險(xian)絲與35sq導線的匹配存在風險(xian)。


所以需要明(ming)確客(ke)(ke)戶(hu)(hu)的(de)電(dian)流要求以及峰值(zhi)持(chi)續(xu)時(shi)(shi)間(jian),當客(ke)(ke)戶(hu)(hu)端峰值(zhi)持(chi)續(xu)時(shi)(shi)間(jian)小于客(ke)(ke)戶(hu)(hu)電(dian)流對應的(de)導(dao)線臨界發(fa)煙(yan)時(shi)(shi)間(jian),那么保險(xian)(xian)絲不會(hui)熔斷而導(dao)線也不會(hui)發(fa)生發(fa)煙(yan)現象,均(jun)能正常工作(zuo),但實際上保險(xian)(xian)絲未(wei)能起到熔斷保護的(de)作(zuo)用。
 
區域三、Fusing Area - 保險絲熔斷保護區域(綠色區域)
綠色區域在410A和(he)1000A的區間范圍內(nei),保險(xian)絲熔(rong)斷曲線先于(yu)導線發(fa)煙曲線與縱坐標垂(chui)線相交,、保險(xian)絲會先于(yu)導線發(fa)煙而(er)提前(qian)熔(rong)斷從而(er)起(qi)到保護電路的作(zuo)用(yong)。
 
區域四、Instant Fusing Area -  瞬間熔斷區域(藍色區域)保險(xian)絲熔斷曲線與電(dian)流(liu)橫坐標相交與1s的(de)(de)時間節點,說明在大于(yu)1000A的(de)(de)電(dian)流(liu)情(qing)況下,保險(xian)會(hui)在1S以內瞬間熔斷,而導線不會(hui)發煙正常工作。
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