用于混動及電動車的高壓導線的主要特性包括:
1額定電壓
導線的額定電壓是導線能夠持續承受并不會使導線的基本特性出現退化的交/直流有限電壓值。
在電池系統的回路中,最大額定電壓可以達到直流600V,在導線選型時需要特別關注廠商對于導線工作電壓的規定。導線的額定電壓應該大于回路的最大電壓。
2安培容量
導線的安培容量是諸多因素共同作用的結果。例如:
導線尺寸
導線材料
導線長度
線芯電阻系數
導線的安培容量以及容許溫升是與導線規格截面積密切相關的。可以初步根據例如線圖的特定規格的導線發煙曲線來進行選擇。
圖*—M6040導線發煙曲線
導線發煙曲線和fuse曲線對比匹配
3工作溫度
導線工作溫度可以分為持續工作溫度和最高過載溫度。這些溫度可以通過測量導線絕緣皮表面測得。
持續工作溫度
持續溫度是導線絕緣層承受3000小時(引自ISO標準)并無異常的溫度。此溫度是通過測量導線絕緣層表面而得。容許的穩態(持續)電流造成的導線總溫度要少于持續工作溫度。對于持續工作狀態,在給定的環境溫度條件下導線的穩態安培容量定義是指特定的電流,導線持續此電流承受3000小時并且不會超過絕緣層的持續工作溫度。
4最大過載溫度
最大過載溫度是指在導線絕緣層持續工作溫度的基礎在加上60℃。導線能夠承受此溫度達到一個小時。容許過載電流會造成總的導線溫度要少于過載工作溫度。過載情況可能會縮短導線的整體壽命,但并不會造成導線的損壞。
5短路電流的熱效應 - I2t
當短路發生時大量的熱能將會產生。測量短路電流的I2t的耐熱性是高壓導線的一個重要的性能參數。I 代表短路電流(RMS),t代表短路時間(單位秒)。
6導線發煙曲線
此曲線表現了當電流在特定時間超過了特定水平導線發煙就會出現的現象。
圖*—導線發煙曲線
a) 導線初步選型的步驟如下:
首先根據客戶的應用電器設備信息以及電流、電壓、溫度要求,結合M-Spec規格書從BOD文件中篩選潛在可行的線束規格,如M6040規格系列等。
輸入信息:客戶的應用電器設備信息以及電流、電壓、溫度要求
選型工具:導線M-Spec、導線BOD選型參考文件
輸出信息:導線規格,如M6040規格系列
表*—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,通過電流和線芯溫度曲線來初步選取可行線徑規格,如截面積35mm2或50mm2等。
輸入信息:初選的導線規格以及客戶的電流、電壓、溫度要求
選型工具:相應規格導線的發煙曲線
輸出信息:初選導線線徑范圍,如截面積大于35mm2等
例如:客戶端設備的環境溫度是85℃,工作電流要求200A,而我們通過M6040的發煙曲線來確定線徑大小。
如下圖,縱軸為導線溫度,橫軸是工作電流,圖中有四條線徑規格的曲線。
首先客戶要求的工作電流是200A,我們可以通過200A的橫軸坐標對應各曲線的交點可以得出四條水平虛線分別代表四個線徑導線在200A情況下的溫度情況。
通過M6040的M-Spec介紹M6040的導線工作溫度是150℃,可以發現在四條溫度水平線中有兩條紅色虛線位于150℃水平線的上方,而兩條藍色水平線則在150℃下方。說明在環境溫度85℃,工作電流200A情況下, 16SQ和25SQ的導線溫度已經超出的M6040這款線束的工作溫度,而25SQ和35SQ的導線則沒有超出。
所以在這種情況下,可以判斷16SQ和25SQ不符合要求,可以選擇在35SQ或者50SQ的線徑規格。
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”,通過得出的溫升曲線可以進一步核實所選導線在客戶指定工作電流和溫度環境要求下溫升幅度以及確認是否超出所選導線本身的極限工作溫度。
輸入信息:”CableSimulation Tool”輸入信息(如下表)
選型工具:”CableSimulation Tool”
輸出信息:”gauge-current-temperature raise curve”- 所需驗證的具體規格和線徑導線的模擬溫升曲線(如下圖)
表*—“Cable Simulation Tool”輸入信息
注:以下導線模擬系統所需導線特性參數的輸入信息可以結合導線規格資料以及從供應商處獲得。
圖*—“Cable Simulation Tool”輸出結果
d) 保險絲、導線匹配模擬及線束選型升級將” Cable Simulation Tool”模擬演算出的”gauge-current-temperature raisecurve”輸入到”保險絲/導線選型匹配工具”,系統會自動通過一系列公式進行演算模擬出與相應保險絲匹配的導線線徑規格。
系統在進行導線性能與保險絲匹配模擬的時候,當演算失敗是會自動對于最初選型的導線線徑規格進行升級并重新演算,直到符合所有演算條件,并輸出最終線徑選型規格完成導線選型。
?輸入信息:導線發煙曲線數據輸入”保險絲/導線選型匹配工具”后臺數據庫?選型工具:”保險絲/導線選型匹配工具”?輸出信息:與所選Fuse型號的特性匹配模擬以及升級后確定的最終導線線徑規格(保險絲/導線匹配模擬選型結果如下圖)
系統內部模擬演算流程圖過程如下:
圖*—模擬演算流程
圖*— Fuse/導線匹配模擬選型結果輸出
如上圖,最終”保險絲/導線選型匹配工具”會輸出保險絲型號和最終導線規格,并且輸出導線發煙和保險絲熔斷的電流/時間曲線。根據電流/時間曲線,我們可以進行如下例子的判斷分析:
舉例:我們得到如下導線發煙和保險絲熔斷的電流/時間曲線,我們以玻璃管型保險絲和35sq導線(150℃環境發煙曲線)為例可以分析歸納出以下四種情況:? 安全區域? 有限安全區域? 保險絲熔斷區域?保險絲瞬間熔斷區域
圖*—保險和導線校核曲線
區域一、Safety Area – 安全區域(紅色區域)
在紅色區域范圍內,保險色熔斷曲線和導線發煙曲線無限接近225A垂直線但并為相交。說明當電流小于225A時長時間工作狀態下,保險能夠保持不熔斷而導線也沒有出現發煙現象,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225A和410A縱軸垂線之間,35sq導線發煙曲線先與410A垂直線在140s的縱坐標垂線相交。
說明在225A和410A之間的電流范圍,導線會先于保險絲熔斷而出現發煙現象。所以當客戶的電流要求在大于225A小于410A情況下,此玻璃管型保險絲與35sq導線的匹配存在風險。
所以需要明確客戶的電流要求以及峰值持續時間,當客戶端峰值持續時間小于客戶電流對應的導線臨界發煙時間,那么保險絲不會熔斷而導線也不會發生發煙現象,均能正常工作,但實際上保險絲未能起到熔斷保護的作用。
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1000A的區間范圍內,保險絲熔斷曲線先于導線發煙曲線與縱坐標垂線相交,、保險絲會先于導線發煙而提前熔斷從而起到保護電路的作用。
區域四、Instant Fusing Area - 瞬間熔斷區域(藍色區域)
保險絲熔斷曲線與電流橫坐標相交與1s的時間節點,說明在大于1000A的電流情況下,保險會在1S以內瞬間熔斷,而導線不會發煙正常工作。
審核編輯:湯梓紅
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