高壓線束零部件—導(dǎo)線專場系列一

來源：線束世界?作者：線束世界-Jimmy?2022-02-15 16:49

高壓導(dǎo)線的分類

高壓導(dǎo)線按工藝特性可分為單芯導(dǎo)線和多芯導(dǎo)線，其區(qū)別在于多芯導(dǎo)線由多個單芯線組成，從本質(zhì)上來說，每個單芯線的電性能參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)與單芯導(dǎo)線并無區(qū)別，如多芯電纜內(nèi)有用于信號傳輸，需要采取單獨屏蔽措施，保證信號不丟失。

單芯帶屏蔽導(dǎo)線示意圖

多芯帶屏蔽導(dǎo)線示意圖

高壓導(dǎo)線還可按是否帶有屏蔽層，區(qū)分為非屏蔽導(dǎo)線和屏蔽型導(dǎo)線。

單芯屏蔽高壓電纜

單芯非屏蔽高壓電纜

除了單芯屏蔽線，單芯非屏蔽高壓線，多芯屏蔽高壓線，多芯非屏蔽高壓線這四種排列組合而成的導(dǎo)線外，還可根據(jù)如下特征對高壓導(dǎo)線進行分類。

特征	分類
線芯截面積	0.13mm2~120mm2
線芯材質(zhì)	以銅為線芯的高壓導(dǎo)線
線芯材質(zhì)	以鋁為線芯的高壓導(dǎo)線
絕緣層厚度	薄壁高壓導(dǎo)線
	標準壁厚高壓導(dǎo)線
	厚壁高壓導(dǎo)線
耐溫等級	標準耐溫等級高壓導(dǎo)線85℃~125℃
耐溫等級	超高耐溫等級高壓導(dǎo)線 250℃

其他高壓導(dǎo)線的分類列表

高壓導(dǎo)線的構(gòu)成

我們以單芯帶屏蔽導(dǎo)線為例，對高壓導(dǎo)線的構(gòu)成進行詳細說明。

自外向內(nèi)解剖高壓導(dǎo)線，可見如下結(jié)構(gòu)示意圖。

高壓導(dǎo)線由二次護套(也成為外絕緣層)、鋁箔、屏蔽編織層、內(nèi)絕緣層和芯線(導(dǎo)體)組成。

行業(yè)標準可參照《QC-T1037道路車輛用高壓電纜汽車行業(yè)標準》、《新能源汽車用高壓電纜TCAS 356-2019》。

部分高壓導(dǎo)線在屏蔽層和二次護套之間有一層包帶，包帶的作用是方便生產(chǎn)壓接端子時對絕緣層進行剝離，類似無紡布的材料，纏繞在導(dǎo)線上，起到一定的隔離作用。

高壓導(dǎo)線的主要結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)也是圍繞這幾層元素，包括二次護套外徑、內(nèi)絕緣層直徑、導(dǎo)體直徑、單根銅線直徑、銅線根數(shù)等。

高壓導(dǎo)線解剖圖

高壓導(dǎo)線絕緣層的作用

高壓導(dǎo)線絕緣層主要有以下幾個作用。

(1) 絕緣：防止芯線與其他外部導(dǎo)體接觸，導(dǎo)致回路短路。

(2) 保護芯線：避免內(nèi)部線芯受到液體及外部器件的磨損。

(3) IP防護：包括防塵、防水、防觸碰(人體保護)。

(4) 零件布置：為高壓線束提供一定的柔韌性，便于高壓線束在車身上布置。

(5) 防刮磨，阻燃等在耐候性和可靠性方面的特殊作用。

高壓導(dǎo)線絕緣層材料性能

和低壓導(dǎo)線僅有外絕緣層不同的是，高壓導(dǎo)線有內(nèi)外兩層絕緣層，外絕緣層也常被稱為二次護套。內(nèi)外絕緣層的制造材料一般有XLPO(交聯(lián)聚烯烴)，SIR(硅橡膠)和TPE(熱塑性彈性體)三種。

項目	SIR	XLPO	TPE	差異說明
溫度等級	180℃~200℃	125℃~150℃	125℃	硅膠的主要特性之一是耐熱性能好，在高溫環(huán)境(150℃左右)下的壓力變形量10%左右，適合應(yīng)用于前艙或溫度要求高的場合。耐溫水平：SIR＞XLPO＞TPE(其中TPE屬于熱塑性材料，長期使用有開裂風(fēng)險。)
硬度	60~70 ShA	75~95 ShA	80~95 ShA	硅膠的特征之二是柔軟，彎曲半徑更小，對于屏蔽型導(dǎo)線，使用硅膠的優(yōu)勢更為明顯。相比于TPE和XLPO(交聯(lián)聚烯烴)在彎曲半徑小的時候，存在開裂風(fēng)險，硅橡膠長期運行的穩(wěn)定性更高。最小彎曲半徑：SIR＜TPE＜XLPO。
抗張強度	8~10	10.3	10.3	XLPO材料的強度要優(yōu)于硅膠，強度水平：XLPO＞TPE＞SIR。
斷裂伸長率	400~ 600	200	400	硅膠的斷裂伸長率要優(yōu)于XLPO，短期老化后的伸長率保留值大于100%，優(yōu)于XLPO材料。伸長率水平：SIR＞TPE＞XLPO。
抗撕裂強度	10~25	15	15	硅膠的硬度較難通過組成材料的改變而改變，因此不同制造商之間生產(chǎn)的硅橡膠，硬度基本相當(dāng)。普通硅膠的撕裂強度10左右，高抗撕硅膠褲型撕裂可達25N/mm，跟耐溫水平、阻燃水平等相關(guān)。
耐汽油變化率	＜40	＜15	＜15	硅橡膠可以通過除汽油浸泡外所有的液體試驗。其耐汽油水平較差，變化率在40%左右，但這對電動汽車來說，不是關(guān)鍵指標。耐汽油水平：XLPO＞TPE＞SIR。
阻燃等級	V0	V0	V0	XLPO材料的阻燃性要優(yōu)于硅膠，但都能通過成品阻燃測試。阻燃水平：XLPO＞SIR＞TPE。
比重	1.15~1.2	1.45	1.15	硅膠比重相對較小，有利于整車輕量化設(shè)計。比重值：TPE＜SIR＜XLPO。
短期老化	205℃10d 225℃10d	150℃10d 175℃10d	150℃*10d	硅膠的老化性能優(yōu)秀，耐溫等級高。老化性能：SIR＞XLPO＞TPE。
長期老化	180℃3000h 200℃3000h	125℃3000d 150℃3000d	125℃*3000h	硅膠的老化性能優(yōu)秀，耐溫等級高。老化性能：SIR＞XLPO＞TPE。
熱過載	230℃6h 250℃6h	175℃6h 200℃6h	175℃*6h	硅膠的耐收縮性能佳。老化性能SIR＞XLPO＞TPE。
額定溫度下的參考載流量	400/420A	340/360A	340/360A	在環(huán)境溫度40℃的情況下，相同規(guī)格(50mm2)的額定載流量高，但溫升指標差異不大。硅橡膠線載流量大，應(yīng)對長時間滿負荷運行要求，能夠節(jié)省導(dǎo)體截面，適用于高壓導(dǎo)線。額定載流量水平：SIR＞XLPO＞TPE。
加工性能	電纜表面粘度相對較大需要良好的放線技術(shù)	加工方便	容易回縮表面印字不牢靠
產(chǎn)能效率	較慢	快需要輻照	快不需要輻照	由于橡膠產(chǎn)品需要高溫和時間，相對生產(chǎn)速率較慢。
成本	價格貴	相對便宜	稍貴	硅橡膠的生產(chǎn)成本高。
屏蔽效果	好	好	好	屏蔽效果主要和屏蔽層的組成和機構(gòu)有關(guān)，與絕緣層無關(guān)。

常見絕緣材料的性能對比表

結(jié)合以上三種材料的特性對照表，可以得出三種材料在應(yīng)用層面的區(qū)別：

XLPO的應(yīng)用范圍較廣，與電機接觸的部分，使用壽命較弱，TPE材質(zhì)多適用于大規(guī)格線材及通信導(dǎo)線。

SIR硅橡膠除了以上特性外，還具有較好的密封性，在高溫高壓下，形變量小，適用于需要耐高溫，安裝空間小，彎曲半徑小的場合，作為電動車高壓導(dǎo)線的絕緣層材料，是再合適不過的了。

圖-SIR硅橡膠在不同溫度下的拉升強度和斷裂伸長率

圖-SIR 硅橡膠在不同溫度下的機械強度和撕裂強度

圖- SIR硅橡膠在不同油品中的耐油測試的體積變化率

圖- SIR硅橡膠在200℃，3000小時的老化試驗中的表現(xiàn)

高壓導(dǎo)線屏蔽層的作用

電動汽車高壓電纜承受的電壓較高(額定電壓最高600V)，電流較大(額定電流最高600A)，電磁輻射較強。雖然高壓導(dǎo)線本身并不會產(chǎn)生很大的電磁干擾，但導(dǎo)線的耦合電壓和耦合電流基本都來自于導(dǎo)線連接的終端，即高壓用電器。導(dǎo)線兩端，即端子壓接處，集中存在電磁干擾。因此，目前絕大部分的高壓導(dǎo)線都設(shè)計了抗電磁干擾的屏蔽結(jié)構(gòu)，采用同軸結(jié)構(gòu)，利用內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體(屏蔽層)的共同作用，導(dǎo)線內(nèi)的磁場成同心圓分布，而電場從內(nèi)導(dǎo)體指向并止于外導(dǎo)體，使電纜周圍外部的電磁場為零，即屏蔽了電磁輻射，又消除該區(qū)域的耦合電壓和耦合電流。

高壓線束零件在整車的電磁兼容(EMC)測試中，需要滿足ISO 14572的要求，轉(zhuǎn)移阻抗≤31mΩ/m，屏蔽衰減≥70dB，滿足整車EMC要求。

圖-高壓導(dǎo)線在電磁干擾中的影響

高壓導(dǎo)線屏蔽層的構(gòu)成

圖-兩種不同形式的屏蔽層構(gòu)成

高壓導(dǎo)線屏蔽層分為屏蔽絲編織層和鋁箔層，常規(guī)的屏蔽層結(jié)構(gòu)有

①僅屏蔽絲編織層、

②屏蔽絲編織層(靠近內(nèi)絕緣層)+鋁箔層(靠近外絕緣層)、

③鋁箔層(靠近內(nèi)絕緣層)+屏蔽絲編織層(靠近外絕緣層)三種狀態(tài)。

當(dāng)然，還有部分高壓導(dǎo)線采用直接在電纜外層套上編織網(wǎng)、鋁管和兩者之組合的形式對導(dǎo)線進行EMC防護。

圖-不同形式的屏蔽層構(gòu)成

（1）屏蔽絲編織層

屏蔽絲編織層的本質(zhì)是一種帶金屬編織物外殼的導(dǎo)線，其作用是低頻屏蔽，主要由0.2mm2或0.15mm2的鍍錫銅絲編織而成，其編制密度須達到90%以上。

屏蔽絲線徑、編織角度、每錠絲數(shù)和編織機張力是編織屏蔽絲的幾個重要參數(shù)。

常規(guī)屏蔽絲的現(xiàn)金有0.2mm2和0.15mm2兩種規(guī)格，線徑越粗，屏蔽效果越好。

主機廠和高壓導(dǎo)線制造商一般將屏蔽層的編制角度定義在50°~60°范圍內(nèi)，在這個區(qū)間內(nèi)的加工效率最高。

每錠的屏蔽絲數(shù)量由各個導(dǎo)線制造商確定，每錠的屏蔽絲數(shù)量越多，編織節(jié)距就越大，相對的張力就會相應(yīng)小一些。

（2）鋁箔層

鋁箔一般選用鋁塑復(fù)合帶，主要由鋁、高溫焦化的膠和耐溫等級為80℃的PET材料組成。其作用是高頻屏蔽。

鋁箔包裹在高壓導(dǎo)線內(nèi)絕緣層外的包覆力是通過制造機器預(yù)設(shè)的，其具體大小根據(jù)導(dǎo)線供應(yīng)商不同而有所差異。

絕大部分高壓導(dǎo)線的鋁箔層位于編織層外側(cè)，少量高壓導(dǎo)線的鋁箔層位于編織層內(nèi)側(cè)，不論哪種方式，鋁箔層都應(yīng)和編織層接觸并導(dǎo)通。

屏蔽層需要接地，將外來的干擾信號導(dǎo)入大地，從而避免干擾信號進入內(nèi)層線芯干擾。

需要注意的是，屏蔽層不允許多點接地，因為不同接地點會存在電位差，如果屏蔽層多點接地，會在屏蔽層形成電流，感應(yīng)到導(dǎo)線上形成電流，感應(yīng)到信號線上形成干擾，不但無法起到屏蔽作用，反而引起干擾。

在高壓導(dǎo)線出廠時，不論是鋁箔還是編織屏蔽層，都處于未打散狀態(tài)(即完整包裹在導(dǎo)線內(nèi)絕緣層)，屏蔽層打散工作(包括鋁箔的切斷和屏蔽絲的擴張)一般由高壓線束總成供應(yīng)商完成，在導(dǎo)線和連接器連接安裝前進行。

（3）磁環(huán)

高壓線束與高壓連接器的連接處會收到比較嚴重的EMC干擾，因此每個高壓連接器的接口處均需采用屏蔽處理。例如，前后電機接口處為屏蔽卡環(huán)與電氣盒導(dǎo)軌壓接，控制器及電池箱接插件則采用有屏蔽功能的結(jié)構(gòu)件。

在高壓線束和高壓設(shè)備上普遍增加磁環(huán)是較為常見且高效的做法。

磁環(huán)是一塊環(huán)狀的導(dǎo)磁體，磁環(huán)是電子電路中常用的抗干擾原件，對于高頻噪聲有很好的抑制作用。

磁環(huán)材質(zhì)

根據(jù)要抑制干擾的頻率不同，選擇不同磁導(dǎo)率的鐵氧體材料，鐵氧體材料的磁導(dǎo)率越高，低頻的阻抗越大，高鋁的阻抗越小。

磁環(huán)性能

磁環(huán)的效果與電路阻抗有關(guān)，電路的阻抗越低，則磁環(huán)的濾波效果越好。鐵氧體材料的阻抗越大，濾波效果越好。導(dǎo)線兩端安裝了電容式濾波連接器時，其阻抗很低，磁環(huán)的效果更明顯。

磁環(huán)的安裝位置一般盡量靠近干擾源。對于高壓系統(tǒng)的高壓線束，磁環(huán)應(yīng)盡量靠近電機、控制器高壓導(dǎo)線的進出口。

磁環(huán)的內(nèi)外徑差越大，軸向越長，阻抗越大。內(nèi)徑一定要包緊導(dǎo)線，因此，要獲得大的衰減，在磁環(huán)內(nèi)徑包緊導(dǎo)線的前提下，盡量使用體積較大的磁環(huán)。

增加電纜上磁環(huán)的個數(shù)，可以增加低頻阻抗，但由于寄生電容增加的緣故，高頻阻抗會相應(yīng)減小。

以上是有關(guān)高壓導(dǎo)線的分類和構(gòu)成，以及對高壓導(dǎo)線絕緣層和屏蔽層構(gòu)成的整理和分享。下一篇，我們將繼續(xù)針對高壓導(dǎo)線的去屏蔽設(shè)計和最重要的散件——線芯進行分享，期待大家的關(guān)注，也歡迎大家的交流。

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