浅析新能源车用高压电缆

新能源汽车用高压电缆一般由高压电缆、连接器、防护材料（保温管、编制管）安装支架（或轧带）、密封胶圈、胶带、热缩管、标签等组织成，下图为典型的高压线束总成。

 

高压电缆导体、绝缘、护套、屏蔽、铝箔、包带、填充物等组成，结构示意图如下图，行业标准参照《QC-T1037道路车辆用高压电缆汽车行业标准》、《新能源汽车用高压电缆TCAS 356-2019》。特点：高电压（乘用车一般使用额定电压600VAC/900VDC、商用车一般使用额定电压1000VAC/1500VDC），大电流（常用在250A，部分大功率电机可用到400A）。

 

1.导体

由退火软铜导线或镀锡铜导线构成，软铜线、硬铜线、镀锡铜线的区别如下。

硬铜线：经伸线冷加工而成，具有较高的抗张强度，适用于架空输电线、配电线及建筑线之导体；

软铜线：硬铜线加热去除冷加工所产生之残余应力而成，富柔软性及弯曲性，并具有较高之导电率，用以制造通信及电力线缆之导体、电气机械及各种家用电器之导线；

镀锡铜线：铜线表面镀锡以增加焊接性及保护铜导体于 PVC 或橡胶绝缘押出时不受侵蚀，并防止橡胶绝缘之老化，一般耐温等级150℃及以上的高压电缆选用镀锡铜线。

目前新能源汽车行业导体多采用无氧铜线，即含氧量 0.001%以下、纯度特高之

铜线，铜之含量在 99.99%以上，不会受氧脆化。

高压电缆的柔韧性,大多是由导体的设计所决定。这就是为什么高压电缆使用具有大量非常小的直径的单丝的特殊导体。导体由一定数量的单丝先进行束绞，然后再同心的复绞，形成高压电缆需要的软导体，多的根数另外一个好处是更好的耐弯曲。绞线节距缩短,还可以提高高压电缆的弯曲寿命。

 

振动源高压线束使用的高压电缆导体绞线节距及导体直径对其耐弯曲性能有直接的影响，一般情况下单根导体直径越小，节距缩短，可以提高高压电缆的弯曲寿命，具体参数设置需要依据使用工况台架进行验证。

高压电缆的导体规格以截面积进行划分，目前新能源行业常用规格从1.5平方~120平方，单丝或单根导体以直径划分，铜导体的结构尺寸和电阻见下表。

（注：高压电缆的导体截面积=单丝截面积×导体的根数）

标称截面积是指导生产、设计的代号，电缆的电气性能截面积应以导体电阻为准，即可理解为导体电阻在标称截面积的范围内，但导体截面积有所误差也可认为标称规格电缆；

由于导体电阻和导体截面积为范围值，且导体外径可根据供需双方沟通确认，故导体根数也不相同。

2. 绝缘及护套材料

目前行业应用较常见的材料有低烟无卤交联聚烯烃、硅橡胶材料、氟塑材料等。

热塑性材料： 

此材料加热时可以迅速软化或液化，成型后再加热也可再度软化成型，如 PVC, TPE 等。

热固性塑料： 

此材料固化成型后，再加热无法软化成型，如XLTPE、XLTO。

目前车内高压电缆绝缘和护套层设计方案，其优缺点如下 ： 

 

交联是将高分子聚合物从链状结构的热塑性材料转变为立体网状结构的热固性材料。热塑性材料受热会熔融流动，线缆绝缘或护套的加工正是利用了这一特性；热固性材料&127;(交联型高分子)高温下也不会熔融变形，无法挤塑加工，但却具有热塑性材料所不具备的优点：分子链段交叉连接，即不但拧成了一股绳，而且抱成了一个团，因此机械性能优异；长期耐热特性好，制品尺寸稳定；耐化学腐蚀。

线缆行业采用的交联方法有三种：过氧化物交联法(CV法)；硅烷交联法(SV法)和电子束交联法(或称辐照交联)

护套材料根据热和机械性的要求选择：

温度等级定义如下，目前一般使用125℃电缆，驱动电机高压电缆使用150℃电缆，硅胶一般为180℃。

 

机械性能 如硬度、耐磨、折弯性能等对护套材质要求有差异。

电气性能：

 

 

机械性能：

 

 

耐环境性能

 

以下为从左到右依次为XLPE、EPDM、TPE低温冲击试验后的形态。

 

以下为耐柴油实验后的形态特征。

 

 

载流能力

线缆选型的主要参数有：载流量特性、导体电阻、热阻、耐温等，可以根据厂商资料中的线缆温升和载流量曲线，或者按照经验参数进行设计选型。

电机负载运行会出现短时过载现象，所以电缆选配时应考虑载流量是否满足车辆长期运行条件，线缆过流持续时间相对较短，热量向外扩散较少，因此，可不考虑。

以下是科洛普180℃硅胶电缆的载流特性曲线。

 

 

以下是网上找到的某动力电池设计规范规定的高压电缆的载流量。

 

对照电缆的载流特性曲线及设计规范的载流量，我们发现高压电缆在设计选型过程相对保守，而且应用整车工况（除充电过程），高压电缆工作电流大部分在额定电流以下，在应用中我们发现高压线束的载流薄弱点在端子压接部位，如下图在测试过程中热成像的结果，故高压线束的选型应综合考虑端子及连接器，通电循环实验进行验证其载流能力，温升小于55K。

 

 

寿命

 

车辆的寿命通常超过十年。商用车的寿命是给定一个相当长的操作小时数。一个典型的巴士预计将有超过 50,000 小时的服务寿命。

一些事情会发生，既通过所谓的氧化过程材料开始老化。随着时间的推移，所有材料都会氧化降解。电缆的绝缘层会因为老化最终变脆，将不再提供足够的绝缘能力，并最终将短路。并且随着温度的增加此老化过程被加速。

高压电缆需要采用在很高的温度下也能延缓老化过程的绝缘材料。XLE产品和一般电缆相比较寿命提高 100-­‐1000 倍。

不同于一般的电池电缆，混合动力汽车和电动汽车几乎所有的时间传导电流。电流由于导体电阻产生热量。由电流产生的热量从内到外加热电缆。如果电缆被从暴露的外部进行加热，也会和电缆在内部加热一样快速的老化。

下面的图表中使用的阿伦尼乌斯曲线的形式实验数据来预测几年的寿命。在车辆典型的环境或导体温度能达到110℃或更高。一般电缆将持续 1 年以内，其中作为XLE 高压电缆将持续近 20 年。

（另有说法根据范特霍夫法则，温度每上升10℃，寿命减半，温度每下降10℃，寿命增加一倍）