汽车高压导线选型的方法

高压导线作为新能源汽车高压线束的核心零部件，其选型是否正确显得十分关键。

 

基础知识概述

Overview of The Basics

1. 动力电池电气连接形式

 

 

2. 导线实际载流

I=In×f1×f2

 

In ：导线额定电流

f1 ：环境温度升高对载流的影响

f2 ：导体温度升高对载流的影响

f3 ：多芯线对载流的影响

f4 ：频率增加对载流的影响

 

3. 集肤效应

当任意大导体对磁场交变时，这种导体就会感应电流，产生涡流现象。

 

 

高压线束选型·方法

High Voltage Harness Selection Method

1. 根据温升曲线-具体导线特性

例：某项目电流-电压值如表

 

序号	用电设备	额定电流/A	峰值电流/A	峰值时间/S
1	电池组	235	468	30
2	电机控制器	182	416	30
3	电机	263	500	30
4	DC-DC/充电器	18
5	PTC	12	21	30
6	压缩机	6	7.5	30
7	快充	250

  

 

其中，MCU到PDU线束，额定电压为450V，额定电流为182A，峰值电流为416A，峰值持续时间30s，环境温度80℃，绝缘体允许最高温度150℃。

 

 

由图可以得出：MCU到PDU线束匹配50mm²屏蔽高压线较合适。

 

2. 计算公式

KS表∆T(t)d（t）+Cm∆T(t)=I2Rt

 

S表 =2×（a+b）×L

R =ρ电阻率L/S

m = ρ密度abL

K ： 导热系数

S表 ： 铜排表面积

C ：铜排比热容

m ：铜排质量

I ：额定电流

R ：铜排内阻

S载 ： 铜排截面积

 

例：某项目温升要求，当通入额定185A电流时，铜排温升不能超过35℃的相关数值：

 

 

算出铜排截面积为53.2mm²，考虑铜排规格，我们选取30*2。

 

3. 经验法

 

 

例：某项目动力电池包高压输出线额定电流为235A，额定电压为405V。

 

铜排 ：选择45mm²，考虑铜排规格，我们选取15*3。

铝排 ：选择70mm²，考虑铝排规格，我们选取25*3。

 

导线发烟曲线

Vehicle Electrification & New Trends

1. 定义

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。

 

2. 操作步骤

a) 导线初步选型的步骤 如下：

 

①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。

②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

③选型工具：导线M-Spec、导线BOD选型参考文件

④输出信息：导线规格，如M6040规格系列

 

（—CableBOD）

 

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35mm或50mm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35mm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。

 

（导线特性曲线）

 

如图，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。

 

 

c) 将选出的线径规格导线信息按照以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。

 

（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。

 

输入信息 ：”CableSimulation Tool”输入信息（如表）

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）

 

（Cable Simulation Tool 输出结果）

 

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。

 

系统内部模拟演算流程图过程如下:

 

（模拟演算流程）

 

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）

 

（Fuse/导线匹配模拟选型结果输出）

 

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：

 

（保险和导线校核曲线）

 

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：

 

区域一、Safety Area – 安全区域（红色区域）

区域二、Limited Safety Area – 有限安全区域（黄色区域）

区域三、Fusing Area - 保险丝熔断保护区域（绿色区域）

区域四、Instant Fusing Area - 瞬间熔断区域（蓝色区域）