Giải thích về hệ thống dây điện EV: Cáp cao áp, dây nịt và hệ thống điện áp thấp

Cáp 35 mm2 màu cam có điện áp định mức 300 V sẽ không tồn tại được với gói 400 V, cho dù chỗ uốn trông có vẻ gọn gàng đến đâu. Hầu hết các vấn đề về hệ thống dây điện của xe điện đều bắt nguồn từ ba điểm không khớp giống nhau: lớp cách điện thấp hơn điện áp hệ thống, đầu nối không có vòng khóa liên động điện áp cao hoặc tấm chắn chỉ kết thúc ở một đầu. Hãy thực hiện đúng ba điều đó và phần còn lại của dây nịt sẽ trở thành một bài tập định tuyến và khả năng sử dụng thay vì một canh bạc về độ tin cậy.

Các phần bên dưới tách biệt hệ thống dây điện kéo khỏi hệ thống dây điện điều khiển điện áp thấp, hiển thị những con số thực sự quan trọng trong thông số kỹ thuật và chỉ ra nơi rủi ro mua sắm thường ẩn giấu.

Tên miền điện áp cao và điện áp thấp là hai vấn đề mua hàng khác nhau

Bắt đầu với miền điện áp, không phải thước đo dây. Bộ plug-in hybrid có thể có điện áp từ 100 V đến 200 V, trong khi bộ pin-điện thường chạy ở 400 V và nền tảng 800 V hiện nay đã phổ biến trên các mẫu xe mới. Đồng thời, ghế ngồi, hệ thống chiếu sáng, màn hình và thiết bị điện tử trên thân xe vẫn chạy ở điện áp 12 V, 24 V hoặc 48 V. Hai miền này dùng chung khung nhưng hầu như không có gì khác: cách điện khác nhau, đầu nối khác nhau, quy trình kiểm tra khác nhau và thường là các nhà cung cấp khác nhau.

Bởi vì các yêu cầu này rất khác nhau nên một nhà cung cấp xuất sắc về bộ dây điện 12 V sẽ không tự động đủ tiêu chuẩn để lắp ráp cáp kéo và điều ngược lại cũng đúng. Khi một nhà cung cấp xử lý cả hai, lợi ích thực tế là điều khiển giao diện: nhánh điện áp thấp cấp nguồn cho bơm làm mát pin và nguồn cấp điện áp cao cho máy bơm đó sau đó được thiết kế theo cùng các giả định về nhiệt độ và định tuyến.

Bên trong cáp cao thế: Lớp cách điện, tấm chắn và đầu nối

Ba đặc tính quyết định liệu cáp kéo có duy trì được tuổi thọ sử dụng hay không. Đầu tiên là lớp cách nhiệt. Cáp điện áp cao một lõi ô tô thường có điện áp định mức 600 V hoặc 1.000 V, với polyetylen liên kết ngang làm chất điện môi thông thường và silicone được sử dụng ở những nơi nhiệt độ cáp đạt khoảng 180 độ C gần các bộ biến tần hoặc bộ chuyển đổi DC-DC. Cáp có định mức chỉ 300 V không có chỗ trong hệ thống 400 V, ngay cả khi dòng điện đo được có vẻ khiêm tốn vì hiện tượng phóng điện một phần và theo dõi bắt đầu từ lâu trước khi xảy ra đoản mạch.

Thứ hai là che chắn. Cáp kéo mang dòng điện chuyển mạch với sự chuyển đổi điện áp rất nhanh và khi chạy không được che chắn sẽ phát ra tiếng ồn băng thông rộng vào hệ thống dây cảm biến và khả năng thu sóng vô tuyến của chính xe. Cấu trúc bằng giấy bạc cộng với dây bện kết thúc 360 độ ở cả hai đầu chứa năng lượng đó. Tấm chắn nối đất ở một đầu chỉ biến cáp thành ăng-ten, đây là một trong những lỗi phổ biến nhất và ít rõ ràng nhất trong các bản dựng hậu mãi.

Thứ ba là giao diện đầu nối: chốt hai giai đoạn, các tiếp điểm chống ngón tay an toàn khi chạm, vỏ có khóa ngăn chặn giao tiếp chéo và vòng khóa liên động cho bộ điều khiển biết đầu nối đã được đặt hoàn toàn trước khi đóng công tắc tơ. Niêm phong kết hợp của IP67 là mức cơ bản hợp lý, với IP6K9K thì cần phải làm sạch bằng hơi nước.

Khai thác dây ô tô tùy chỉnh cho Tesla, Mercedes-Benz và BMW Bộ dây dành riêng cho xe Tesla, Mercedes-Benz và BMW, được chế tạo theo yêu cầu với dây dẫn bằng đồng không chứa oxy và lớp niêm phong IP67 để truyền tải điện và tín hiệu đáng tin cậy. Xem sản phẩm →

Do mặt cắt dây dẫn, lớp cách điện và họ đầu nối thay đổi theo từng nền tảng nên bộ dây điện dành cho các mẫu xe Tesla, Mercedes-Benz và BMW thường được chế tạo theo bản vẽ dành riêng cho xe thay vì được chọn từ danh mục. Đó là điểm khởi đầu phù hợp bất cứ khi nào một dự án cần một tổ hợp lắp ráp xác định bằng các vật liệu có thể theo dõi thay vì cắt cáp rời theo chiều dài tại chỗ.

Dây điện áp thấp chạy theo logic của xe

Không có gì trong cabin di chuyển nếu không có mạng điện áp thấp. Việc điều chỉnh ghế ngồi, màn hình tựa tay, hệ thống chiếu sáng xung quanh, khóa cửa và điều khiển thân xe đều phụ thuộc vào dây đai mang điện và dữ liệu lại với nhau. Trong đó cáp kéo được đánh giá dựa trên độ bền điện môi và độ khuếch đại, thì bộ dây điện áp thấp được đánh giá dựa trên độ sụt điện áp, khả năng duy trì đầu nối và tính toàn vẹn của tín hiệu.

Dữ liệu là nơi xuất hiện những bất ngờ ở giai đoạn cuối. CAN FD và LIN vẫn là những thiết bị chủ lực, trong khi các liên kết Ethernet 100BASE-T1 và 1000BASE-T1 yêu cầu các cặp xoắn có trở kháng được kiểm soát, độ dài cặp phù hợp và khả năng tách biệt vật lý khỏi các lần chạy lực kéo. Sự sụt giảm nửa vôn trên nguồn cấp điện của động cơ ghế ngồi là vô hại; lượng nhiễu gây ra tương tự trên đường dây cảm biến hiện tại thì không.

Bộ điều khiển xe DK-B-1947 để sửa đổi ô tô Bộ điều khiển dành cho ghế ngồi, hệ thống chiếu sáng xung quanh và cửa hút điện được xếp hạng IP65, với chipset cấp công nghiệp và khả năng chống nhiễu để xử lý dữ liệu đa kênh đáng tin cậy. Xem sản phẩm →

Bộ điều khiển nằm ở đầu kia của các dây nịt đó. Một mô-đun kín có nhiều đầu ra rơle, giao tiếp CAN hoặc RS485 và vỏ IP65 hoặc IP67 là thứ biến một bó dây thành một hệ thống có thể được chẩn đoán thay vì đoán. Đang xem xét vai trò an toàn của mô-đun điều khiển xe rất hữu ích khi quyết định tải nào xứng đáng có đầu ra được giám sát và tải nào có thể duy trì trên một mạch cầu chì đơn giản.

Định tuyến, bán kính uốn và ngân sách trọng lượng

Các quy tắc định tuyến cho cáp điện áp cao nghiêm ngặt hơn hầu hết những người xây dựng lần đầu tiên mong đợi. Quy tắc thực tế là bán kính uốn tối thiểu bằng bốn đến sáu lần đường kính ngoài của cáp khi chịu tải, với đoạn thẳng phía sau mỗi đầu nối ít nhất là 50 mm trước lần uốn đầu tiên. Các kẹp cách nhau khoảng 150 mm đến 300 mm giúp cáp không bị đứt khi rung và mỗi lần đi qua tấm kim loại đều cần có vòng đệm hoặc viền cạnh, vì lớp cách điện bị cọ xát trên dây dẫn 400 V là nguy cơ hồ quang chứ không phải là khiếm khuyết về mặt thẩm mỹ.

Trọng lượng là hạn chế thứ hai. Một bộ dây đai hoàn chỉnh dành cho xe khách thường có trọng lượng từ 30 kg đến 60 kg, riêng phần lực kéo có thể nặng từ 8 kg đến 15 kg. Dây dẫn nhôm giảm con số đó khoảng 30 đến 45 phần trăm đối với cùng mức dòng điện sau khi tính đến mặt cắt ngang lớn hơn và thiết kế đầu cuối dày hơn, nhưng chúng yêu cầu lớp mạ đầu cuối cụ thể để tránh ăn mòn điện và rão ở chỗ uốn. Đồng vẫn là lựa chọn đơn giản hơn dưới 48 V và trong thời gian ngắn.

Nơi dây điện EV bị lỗi đầu tiên

Danh sách lỗi ngắn và có thể dự đoán được, giúp dễ dàng thiết kế:

• Tấm chắn kết thúc ở một đầu hoặc có đuôi lợn dài thay vì kẹp 360 độ, làm tăng lượng phát xạ bức xạ.
• Lớp cách điện thấp hơn điện áp hệ thống, gây ra sự xuống cấp chậm hơn là lỗi ngay lập tức.
• Uốn chiều cao bên ngoài dung sai, tăng thêm điện trở và nhiệt ở thiết bị đầu cuối trong quá trình sạc nhanh.
• Vòng khóa liên động bị thiếu hoặc bị bỏ qua, do đó không bao giờ phát hiện được đầu nối được lắp một phần.
• Chu kỳ nhiệt ở lối ra của bộ pin kết hợp với việc định tuyến chặt chẽ, dẫn đến mòn và mài mòn vòng đệm.
• Các cặp tín hiệu được định tuyến bên cạnh cáp kéo, gây ra các lỗi gián đoạn và biến mất trên băng ghế.

Tiêu chuẩn và tài liệu cần yêu cầu

Tiêu chuẩn biến ý kiến thành tiêu chí chấp nhận. Các tài liệu tham khảo liên quan bao gồm ISO 6469-3 về an toàn điện của hệ thống điện áp cao, ISO 6722 cho cáp ô tô một lõi, dòng LV 216 cho cáp điện áp cao 600 V và 1.000 V, SAE J1673 và J1654 cho cáp điện áp cao và thực hành đầu nối, USCAR-2 và USCAR-21 về hiệu suất của đầu nối và đầu cuối, ISO 20653 để bảo vệ chống xâm nhập và IEC 62196 cho đầu nối sạc.

Cùng với các tài liệu tham khảo tiêu chuẩn, hãy yêu cầu dữ liệu thực tế: kết quả chịu đựng điện môi, thường gấp hai lần điện áp định mức cộng với 1.000 V áp dụng trong một phút; điện trở cách điện đo ở 500 V DC; Kiểm tra tính liên tục và phân cực 100 phần trăm; kết quả tính toàn vẹn của dấu niêm phong trên mỗi lô; và uốn mặt cắt ngang với các giá trị lực kéo. Nhà cung cấp có quy trình được ghi lại và hệ thống kiểm soát thay đổi sẽ có giá trị cao hơn đơn giá thấp hơn, bởi vì việc thay thế vật liệu im lặng trên cáp màu cam không phải là điều mà cuộc kiểm tra cuối cùng sẽ phát hiện được.

Tìm nguồn cung ứng dây tùy chỉnh mà không cần làm lại

Hầu hết việc làm lại một dự án khai thác tùy chỉnh đều xuất phát từ thông tin chưa bao giờ được viết ra. Danh sách kiểm tra bên dưới bao gồm các điểm tạo ra phần lớn các yêu cầu thay đổi kỹ thuật:

1. Xác định miền điện áp và cấu hình dòng điện, bao gồm dòng điện liên tục, dòng điện cực đại và chu kỳ hoạt động.
2. Nêu rõ cấp cách điện và mức nhiệt độ cho từng đoạn cáp theo vị trí vật lý của nó.
3. Khớp mọi đầu nối với giao diện kết nối của nó, bao gồm các tính năng khóa và khóa liên động, không được thay thế nếu không có sự chấp thuận bằng văn bản.
4. Đặt bán kính uốn, khoảng cách kẹp và khoảng cách với dây tín hiệu trực tiếp trên bản vẽ hoặc trong mô hình 3D.
5. Yêu cầu kiểm tra bài viết đầu tiên cộng với dữ liệu thử nghiệm ở cấp độ lô về tính liên tục, khả năng chịu điện môi và tính toàn vẹn của vòng đệm.
6. Xác nhận khả năng truy xuất nguồn gốc và kiểm soát thay đổi, bao gồm mã lô và thông báo trước khi có bất kỳ thay đổi nào về vật liệu hoặc quy trình.

Màn hình cảm ứng điện dung 7 inch cho hệ thống xe Màn hình cảm ứng điện dung 7 inch trên ô tô với góc nhìn rộng IPS, cảm ứng đa điểm 10 điểm và khả năng chống IP65, phù hợp để tích hợp UI tùy chỉnh trong hệ thống trên xe. Xem sản phẩm →

Màn hình là một trường hợp thử nghiệm hữu ích. Màn hình cảm ứng điện dung 7 inch nằm trên cùng một bộ dây điện áp thấp như bộ điều khiển mà nó kết nối, do đó loại đầu nối, điện áp nguồn và độ sâu lắp đặt đều phải được cố định trên một bản vẽ trước khi một trong hai bộ phận được tháo ra. Logic tương tự được áp dụng trên một thiết bị điện tử xe tùy chỉnh chương trình: dây nịt, thiết bị chuyển mạch, mô-đun điều khiển và giao diện người-máy được chỉ định cùng nhau hoặc được gỡ lỗi cùng nhau.

Hệ thống dây điện của xe điện sẽ có một danh sách ngắn các quyết định được đưa ra sớm: miền điện áp chính xác, lớp cách điện trên điện áp hệ thống có biên, tấm chắn ở cả hai đầu và đầu nối chứng minh vật lý rằng nó đã được lắp. Mọi thứ sau đó là định tuyến, tài liệu và dữ liệu kiểm tra. Xử lý bốn mục đó bằng số thực thay vì giả định và dây nịt sẽ không còn là bộ phận dễ vỡ của công trình.