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【摘要】本文主要概括目前高壓線束常用的3 種屏蔽方式,通過分析比較幾種屏蔽結(jié)構(gòu)及優(yōu)缺點(diǎn),發(fā)現(xiàn)未來高壓導(dǎo)線的發(fā)展主要有兩個(gè)趨勢,分別是:①優(yōu)化目前導(dǎo)線的編織屏蔽結(jié)構(gòu),使其成本降低且變得易于加工;②高壓導(dǎo)線去屏蔽。
當(dāng)前新能源汽車正朝著高電壓大電流方向發(fā)展,有的高壓系統(tǒng)承受的電壓高達(dá)800V,電流高達(dá)660A,如此大的電流和電壓會(huì)產(chǎn)生電磁輻射,電磁輻射會(huì)干擾其它電子元器件的正常運(yùn)行,所以高壓線束在設(shè)計(jì)時(shí)必須要考慮電磁干擾問題。高壓線束常用的屏蔽電磁干擾方式有3種,分別是:①導(dǎo)線自帶屏蔽層;②在導(dǎo)線外面增加屏蔽套管;③從源頭上屏蔽,直接在高壓設(shè)備上增加濾波器。
目前常見屏蔽層結(jié)構(gòu),又可以分為3種情況,分別是:①編織屏蔽加金屬箔;②單一編織屏蔽;③單一金屬箔屏蔽。
1) 編織屏蔽加金屬箔
編織屏蔽加金屬箔如圖2所示,其通常由金屬箔和編織屏蔽層兩部分組成。金屬箔通常是鋁箔,編織屏蔽層通常采用鍍錫銅絲編織,遮蓋率≥85%。金屬箔主要是用來防止高頻干擾,編織屏蔽層則是防止低頻干擾。高壓線纜的屏蔽性能包含兩部分,轉(zhuǎn)移阻抗和屏蔽衰減,線束的屏蔽效能通常需要達(dá)到≥60dB。
不帶屏蔽層的導(dǎo)線在剝線時(shí)只需要?jiǎng)兊艚^緣層,然后進(jìn)行端子壓接即可,容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。如圖1所示,自帶屏蔽層的導(dǎo)線一般采用同軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),如果想要在一臺(tái)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)對這兩層絕緣層的剝皮處理就要求導(dǎo)線本身有非常理想的同軸度,但是這在導(dǎo)線實(shí)際生產(chǎn)過程中是很難實(shí)現(xiàn)的,所以在剝線時(shí)為了不損傷線芯,需要對兩層絕緣層分開處理,此外屏蔽層也需要進(jìn)行一些特殊處理。對于自帶屏蔽層的導(dǎo)線,線束加工制造過程就多了剝外皮、切鋁箔、切屏蔽網(wǎng)、翻網(wǎng)、屏蔽環(huán)壓接等步驟,如圖3所示,每一個(gè)步驟都需要增加設(shè)備及人工的投入。此外,如果處理屏蔽層的時(shí)候有疏漏,導(dǎo)致屏蔽層和線芯接觸,會(huì)造成嚴(yán)重的品質(zhì)問題。
目前高壓導(dǎo)線自帶編織屏蔽和金屬箔屏蔽層的這種結(jié)構(gòu)是主流設(shè)計(jì),這種設(shè)計(jì)通過壓接屏蔽環(huán)能夠?qū)崿F(xiàn)360°屏蔽,起到一個(gè)好的屏蔽效果。但是,同時(shí)具有導(dǎo)線成本高、設(shè)備投入大、人工成本高、品質(zhì)問題多等弊端。
2) 單一編織屏蔽
這種高壓電纜結(jié)構(gòu)和上述編織屏蔽加金屬箔結(jié)構(gòu)一樣,但是屏蔽層只使用了編織屏蔽,沒有金屬箔,如圖4所示。由于金屬箔主要是用來防止高頻干擾,故這種結(jié)構(gòu)針對高頻電磁干擾的屏蔽效果要比編織屏蔽加金屬箔差一些,應(yīng)用范圍也沒有編織屏蔽加金屬箔屏蔽廣泛,并且,對于線束生產(chǎn)過程來說也只是少了切鋁箔的步驟,對于整個(gè)生產(chǎn)流程并沒有很好的優(yōu)化。
3) 單一金屬箔屏蔽
為了改善傳統(tǒng)屏蔽方式帶來的加工困難問題,有學(xué)者在研究一種采用寬13~17mm、厚0.1~0.15mm的銅箔以30~50角度,相互之間疊壓1.5~2.5mm纏繞而成的高壓電纜的屏蔽。這種屏蔽只采用金屬箔,省去了裁網(wǎng)、翻網(wǎng)、壓屏蔽環(huán)等步驟,很大程度上簡化了線束生產(chǎn)流程,降低了電線成本,節(jié)省了壓接屏蔽環(huán)的設(shè)備投入。
以上幾種方式都是高壓導(dǎo)線自帶屏蔽層的設(shè)計(jì)。如果從降低成本和優(yōu)化連接器設(shè)計(jì)及線束生產(chǎn)流程角度考慮,可以直接去掉導(dǎo)線本身的屏蔽層,但是對于整個(gè)高壓系統(tǒng)來說,EMC又不得不考慮,所以需要在其它地方加上具有屏蔽功能的組件。目前對于高壓線束常用的解決方案是在導(dǎo)線外面增加屏蔽套管或者是在設(shè)備上增加濾波器。
高壓屏蔽套管也可以分為兩種,硬質(zhì)屏蔽套管和軟質(zhì)屏蔽套管。硬質(zhì)屏蔽套管可以同時(shí)起到屏蔽和保護(hù)作用。
軟質(zhì)屏蔽套管只起到屏蔽作用,使用的時(shí)候需要根據(jù)具體環(huán)境判斷屏蔽套管外面是否需要再加一層起保護(hù)作用的套管。
1) 硬質(zhì)屏蔽套管如圖6所示。這種管的材料可以選擇鋁,硬質(zhì)鋁管目前已經(jīng)在Toyota ESTIMA車型上批量應(yīng)用。這種屏蔽套管的優(yōu)勢有如下幾點(diǎn):高的導(dǎo)熱率;線束系統(tǒng)質(zhì)量減輕;更簡單、更靈活的線束布局。
2) 軟質(zhì)屏蔽套管如圖7所示。這種套管中有以一定角度編織而成的金屬屏蔽網(wǎng),屏蔽套管直接套在導(dǎo)線最外面,屏蔽套管最終通過一定的方式和高壓連接器連接。圖8是這種軟質(zhì)屏蔽套管的應(yīng)用案例,屏蔽套管最終通過具有一定形狀的金屬卡箍和連接器連接,金屬卡箍同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)搭鐵功能。不足之處就是:由于是非主流設(shè)計(jì),屏蔽套管以及對應(yīng)的高壓連接器價(jià)格昂貴。
未來高壓導(dǎo)線的發(fā)展主要有兩個(gè)趨勢。
1) 優(yōu)化目前導(dǎo)線的編織屏蔽結(jié)構(gòu),使其成本降低且變得易于加工,就像趙平堂等人的研究。
2) 高壓導(dǎo)線去屏蔽,這種設(shè)計(jì)無論是對主機(jī)廠還是供應(yīng)商都能帶來很多好處,越來越多的主機(jī)廠也在考慮導(dǎo)線的去屏蔽。導(dǎo)線的去屏蔽不是單單依靠導(dǎo)線能夠完成的,也需要同步開發(fā)與之匹配的高壓連接器、屏蔽套管、濾波器模塊等。
相信在不久的將來,新能源汽車高壓線束的制造和加工一定會(huì)迎來一種更加經(jīng)濟(jì)簡單的方法。
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