Wyjaśnienie okablowania pojazdów elektrycznych: kable wysokiego napięcia, wiązki przewodów i systemy niskiego napięcia

Pomarańczowy kabel o średnicy 35 mm2 i napięciu 300 V nie przetrwa pakietu 400 V, niezależnie od tego, jak czyste są zaciski. Większość problemów z okablowaniem pojazdów elektrycznych wynika z tych samych trzech niedopasowań: klasy izolacji poniżej napięcia systemowego, złącza bez pętli blokującej wysokiego napięcia lub ekranu zakończonego tylko na jednym końcu. Jeśli zastosujesz się do tych trzech zasad, reszta uprzęży stanie się zadaniem dotyczącym wyznaczania trasy i obsługi, a nie hazardem w zakresie niezawodności.

W poniższych sekcjach oddzielono okablowanie trakcyjne od okablowania sterującego niskiego napięcia, przedstawiono liczby, które faktycznie mają znaczenie w specyfikacji, oraz wskazano, gdzie zwykle kryje się ryzyko związane z zaopatrzeniem.

Domeny wysokiego i niskiego napięcia to dwa różne problemy zakupowe

Zacznij od domeny napięcia, a nie od grubości drutu. Pakiet hybrydowy typu plug-in może pracować pod napięciem od 100 V do 200 V, podczas gdy pakiet akumulatorowo-elektryczny zwykle działa przy napięciu 400 V, a platformy 800 V są obecnie powszechne w nowych modelach. Jednocześnie siedzenia, oświetlenie, wyświetlacze i elektronika nadwozia nadal działają przy napięciu 12 V, 24 V lub 48 V. Obie domeny mają wspólne podwozie, ale prawie nic poza tym: inna izolacja, różne złącza, różne procedury testowe i często różni dostawcy.

Ponieważ wymagania znacznie się od siebie różnią, dostawca, który jest doskonały w zakresie wiązek przewodów nadwozia 12 V, nie jest automatycznie kwalifikowany do montażu linek trakcyjnych i sytuacja jest dokładnie odwrotna. Gdy jeden dostawca obsługuje obydwa rozwiązania, praktyczną korzyścią jest sterowanie interfejsem: gałąź niskiego napięcia zasilająca pompę chłodzącą akumulator oraz zasilanie tej pompy wysokim napięciem są wówczas projektowane w oparciu o te same założenia dotyczące trasy i temperatury.

Wewnątrz kabli wysokiego napięcia: klasa izolacji, ekran i złącze

Trzy właściwości decydują o tym, czy lina trakcyjna przetrwa swój okres użytkowania. Pierwsza to klasa izolacji. Samochodowe jednożyłowe kable wysokiego napięcia są zwykle przeznaczone do napięcia 600 V lub 1000 V, z usieciowanym polietylenem jako zwykłym dielektrykiem i silikonem stosowanym tam, gdzie temperatury kabli osiągają około 180 stopni Celsjusza w pobliżu falowników lub przetwornic DC-DC. Kabel o napięciu znamionowym zaledwie 300 V nie ma miejsca w systemie 400 V, nawet jeśli zmierzony prąd wygląda na skromny, ponieważ wyładowanie niezupełne i śledzenie rozpoczynają się na długo przed pojawieniem się twardego zwarcia.

Drugie to ekranowanie. Kable trakcyjne przenoszą prądy przełączane z bardzo szybkimi zmianami napięcia, a bieg nieekranowany emituje szum szerokopasmowy do okablowania czujników pojazdu i odbioru radiowego. Konstrukcja z folii i oplotu, zakończona na obu końcach pod kątem 360 stopni, zawiera tę energię. Ekran uziemiony na jednym końcu zamienia kabel w antenę, co jest jednym z najczęstszych i najmniej oczywistych błędów w konstrukcjach na rynku wtórnym.

Trzeci to interfejs złącza: dwustopniowy zatrzask, bezpieczne przed dotykiem styki odporne na palce, obudowy z wpustem zapobiegające krzyżowaniu się oraz pętla blokady informująca sterownik, że złącze jest całkowicie osadzone przed zamknięciem styczników. Dopasowane uszczelnienie IP67 stanowi rozsądną linię bazową, w przypadku IP6K9K, w przypadku którego oczekuje się czyszczenia parą.

Niestandardowa wiązka przewodów samochodowych dla Tesli, Mercedes-Benz i BMW Wiązka przewodów dostosowana do konkretnego pojazdu dla Tesli, Mercedes-Benz i BMW, zbudowana zgodnie z rysunkiem, z przewodami z miedzi beztlenowej i uszczelnieniem IP67, zapewniającym niezawodną transmisję mocy i sygnału. Zobacz produkt →

Ponieważ przekrój przewodu, klasa izolacji i rodzina złączy zmieniają się w zależności od platformy, wiązki przewodów do modeli Tesli, Mercedes-Benz i BMW są zwykle budowane na podstawie rysunku konkretnego pojazdu, a nie wybierane z katalogu. Jest to właściwy punkt wyjścia, gdy projekt wymaga określonego montażu z identyfikowalnych materiałów zamiast luźnego kabla przyciętego na odpowiednią długość na miejscu.

Okablowanie niskiego napięcia steruje logiką pojazdu

Bez sieci niskiego napięcia nic w kabinie się nie porusza. Regulacja foteli, wyświetlacze w podłokietnikach, oświetlenie otoczenia, zamki drzwi i sterowanie nadwoziem zależą od wiązek przewodów, które wspólnie przenoszą moc i dane. Tam, gdzie kabel trakcyjny ocenia się na podstawie wytrzymałości dielektrycznej i obciążalności prądowej, wiązkę niskonapięciową ocenia się na podstawie spadku napięcia, trwałości złącza i integralności sygnału.

Dane to miejsce, w którym pojawiają się niespodzianki na późnym etapie. CAN FD i LIN pozostają głównymi operatorami, podczas gdy łącza Ethernet 100BASE-T1 i 1000BASE-T1 wymagają skrętek o kontrolowanej impedancji, dopasowanych długości par i fizycznego oddzielenia od przebiegów trakcyjnych. Spadek o pół wolta na zasilaniu silnika gniazda jest nieszkodliwy; nie jest taka sama ilość indukowanego szumu w linii czujnika prądu.

DK-B-1947 Jednostka sterująca pojazdem do modyfikacji pojazdów Jednostka sterująca o stopniu ochrony IP65 do siedzeń, oświetlenia otoczenia i elektrycznych drzwi przyssawkowych, z chipsetem klasy przemysłowej i funkcją przeciwzakłóceniową zapewniającą niezawodną wielokanałową obsługę danych. Zobacz produkt →

Jednostki sterujące znajdują się na drugim końcu tych uprzęży. Szczelny moduł z wieloma wyjściami przekaźnikowymi, komunikacją CAN lub RS485 oraz obudową IP65 lub IP67 sprawia, że ​​wiązka przewodów tworzy system, który można zdiagnozować, a nie zgadywać. Przeglądanie rola bezpieczeństwa modułu sterującego pojazdu jest przydatny przy podejmowaniu decyzji, które obciążenia zasługują na monitorowane wyjście, a które mogą pozostać w prostym obwodzie bezpiecznikowym.

Trasowanie, promień zgięcia i budżet wagi

Zasady prowadzenia kabli wysokiego napięcia są bardziej rygorystyczne, niż spodziewa się większość początkujących konstruktorów. Praktyczną zasadą jest minimalny promień zgięcia wynoszący cztery do sześciu razy większa od zewnętrznej średnicy kabla pod obciążeniem, z prostym odcinkiem o długości co najmniej 50 mm za każdym złączem przed pierwszym zagięciem. Zaciski rozmieszczone w odległości około 150–300 mm zapobiegają drganiom kabla podczas wibracji, a każde przejście przez blachę wymaga przelotki lub wykończenia krawędzi, ponieważ przetarta izolacja przewodu 400 V stwarza ryzyko łuku elektrycznego, a nie defekt kosmetyczny.

Waga jest drugim ograniczeniem. Kompletny zestaw uprzęży do samochodu osobowego zwykle waży od 30 kg do 60 kg, a sama część trakcyjna może stanowić od 8 kg do 15 kg. Przewodniki aluminiowe zmniejszają tę wartość o około 30 do 45 procent przy tym samym prądzie znamionowym, po uwzględnieniu większego przekroju i grubszej konstrukcji końcówki, ale wymagają specjalnego pokrycia końcówek, aby uniknąć korozji galwanicznej i pełzania na zagniataniu. Miedź pozostaje prostszym wyborem poniżej 48 V i w przypadku krótkich serii.

Gdzie najpierw zawiedzie okablowanie pojazdu elektrycznego

Lista usterek jest krótka i przewidywalna, co ułatwia projektowanie uwzględniające:

• Osłona zakończona na jednym końcu lub długim pigtailem zamiast 360-stopniowego zacisku, co zwiększa emisję promieniowania.
• Klasa izolacji poniżej napięcia systemu, powodująca powolną degradację, a nie natychmiastową usterkę.
• Wysokość zaciskania poza tolerancją, zwiększająca rezystancję i ciepło na terminalu podczas szybkiego ładowania.
• Brakująca lub pominięta pętla blokady, dlatego częściowo osadzone złącze nigdy nie zostanie wykryte.
• Cykle termiczne na wyjściu pakietu akumulatorów w połączeniu z ciasnym prowadzeniem, prowadzące do zużycia uszczelek i otarć.
• Pary sygnałów prowadzone obok kabla trakcyjnego powodują sporadyczne usterki, które znikają na stole warsztatowym.

Standardy i dokumentacja na żądanie

Standardy przekształcają opinie w kryteria akceptacji. Odpowiednie odniesienia obejmują ISO 6469-3 dotyczące bezpieczeństwa elektrycznego systemów wysokiego napięcia, ISO 6722 dotyczące jednożyłowych kabli samochodowych, serię LV 216 dla kabli wysokiego napięcia 600 V i 1000 V, SAE J1673 i J1654 dotyczące praktyki stosowania kabli i złączy wysokiego napięcia, USCAR-2 i USCAR-21 dotyczące wydajności złączy i zacisków, ISO 20653 dotyczące wnikania ochrony i IEC 62196 dla złączy ładowania.

Oprócz standardowych referencji poproś o rzeczywiste dane: wyniki wytrzymałości dielektrycznej, zazwyczaj dwukrotność napięcia znamionowego plus 1000 V przyłożonego przez jedną minutę; rezystancja izolacji mierzona przy napięciu 500 V DC; 100-procentowa kontrola ciągłości i polaryzacji; wyniki dotyczące integralności uszczelnień dla każdej partii; i przekroje zaciskane z wartościami siły wyciągania. Dostawca posiadający udokumentowany proces i system kontroli zmian jest wart więcej niż niższa cena jednostkowa, ponieważ cicha wymiana materiału na pomarańczowym kablu nie jest czymś, co wykryje końcowa kontrola.

Pozyskiwanie niestandardowego okablowania bez przeróbek

Większość przeróbek niestandardowego projektu uprzęży pochodzi z informacji, które nigdy nie zostały zapisane. Poniższa lista kontrolna obejmuje punkty, które generują większość zleceń zmian inżynieryjnych:

1. Zdefiniuj dziedzinę napięcia i profil prądu, w tym prąd ciągły, prąd szczytowy i cykl pracy.
2. Podaj klasę izolacji i temperaturę znamionową każdego segmentu kabla na podstawie jego fizycznej lokalizacji.
3. Dopasuj każde złącze do odpowiedniego interfejsu, łącznie z funkcjami kluczowania i blokowania, bez żadnych zamienników bez pisemnej zgody.
4. Umieść promień gięcia, rozstaw zacisków i separację od przewodów sygnałowych bezpośrednio na rysunku lub w modelu 3D.
5. Wymagaj kontroli pierwszego artykułu oraz danych testowych na poziomie partii pod kątem ciągłości, wytrzymałości dielektrycznej i integralności uszczelnienia.
6. Potwierdź identyfikowalność i kontrolę zmian, w tym kody partii i powiadomienia przed jakąkolwiek zmianą materiału lub procesu.

7-calowy pojemnościowy ekran dotykowy do systemów pojazdu Samochodowy 7-calowy pojemnościowy ekran dotykowy z szerokim kątem widzenia IPS, 10-punktowym wielodotykiem i odpornością IP65, odpowiedni do niestandardowej integracji interfejsu użytkownika z systemami pojazdu. Zobacz produkt →

Wyświetlacz jest użytecznym przypadkiem testowym. 7-calowy pojemnościowy ekran dotykowy jest podłączony do tej samej wiązki niskonapięciowej, co kontroler, z którym się komunikuje, dlatego przed wypuszczeniem którejkolwiek części należy określić typ złącza, napięcie zasilania i głębokość montażu na jednym rysunku. Ta sama logika obowiązuje w przypadku a niestandardową elektronikę samochodową program: wiązka przewodów, przełącznik, moduł sterujący i interfejs człowiek-maszyna są określane razem lub wspólnie debugowane.

Okablowanie pojazdu elektrycznego nagradza krótką listę decyzji podjętych wcześniej: właściwa dziedzina napięcia, klasa izolacji powyżej napięcia systemowego z marginesem, ekran zakończony na obu końcach oraz złącze fizycznie potwierdzające jego prawidłowe osadzenie. Wszystko potem to routing, dokumentacja i dane testowe. Traktuj te cztery elementy, posługując się liczbami rzeczywistymi, a nie założeniami, a uprząż przestanie być delikatną częścią kompilacji.