Die neue Ära der Automobilindustrie mit alternativen Energien verfolgt die doppelte Aufgabe, den industriellen Wandel und die Modernisierung sowie den Schutz der Umwelt voranzutreiben. Dies treibt die industrielle Entwicklung von Hochspannungskabeln und anderem Zubehör für Elektrofahrzeuge stark voran. Kabelhersteller und Zertifizierungsstellen investieren viel Energie in die Forschung und Entwicklung von Hochspannungskabeln für Elektrofahrzeuge. An Hochspannungskabel für Elektrofahrzeuge werden in allen Aspekten hohe Leistungsanforderungen gestellt. Sie müssen dem RoHSb-Standard, der Flammschutzklasse UL94V-0 und einer sanften Leistung entsprechen. Dieses Dokument stellt die Materialien und Herstellungstechnologien von Hochspannungskabeln für Elektrofahrzeuge vor.
1.Das Material des Hochspannungskabels
(1) Leitermaterial des Kabels
Derzeit gibt es zwei Hauptmaterialien für die Leiterschicht von Kabeln: Kupfer und Aluminium. Einige Unternehmen sind der Meinung, dass sich ihre Produktionskosten durch die Verwendung von Aluminiumkernen deutlich senken lassen. Sie fügen auf Basis von reinem Aluminium Kupfer, Eisen, Magnesium, Silizium und andere Elemente hinzu und verbessern durch spezielle Verfahren wie Synthese und Glühen die elektrische Leitfähigkeit, Biegefestigkeit und Korrosionsbeständigkeit des Kabels, um die Anforderungen an die gleiche Tragfähigkeit zu erfüllen und die gleiche oder sogar bessere Leistung wie bei Leitern mit Kupferkern zu erzielen. Dadurch werden die Produktionskosten erheblich gesenkt. Die meisten Unternehmen setzen jedoch nach wie vor auf Kupfer als Hauptmaterial für die Leiterschicht. Erstens hat Kupfer einen niedrigen spezifischen Widerstand und zweitens bietet Kupfer bessere Eigenschaften als Aluminium auf gleichem Niveau, z. B. hohe Strombelastbarkeit, geringer Spannungsverlust, geringer Energieverbrauch und hohe Zuverlässigkeit. Derzeit werden bei der Auswahl der Leiter im Allgemeinen die 6 weichen Leiter nach nationalem Standard verwendet (die Dehnung einzelner Kupferdrähte muss größer als 25 % sein, der Durchmesser des Monofilaments darf weniger als 0,30 betragen), um die Weichheit und Zähigkeit des Kupfermonofilaments zu gewährleisten. In Tabelle 1 sind die Normen aufgeführt, die für häufig verwendete Kupferleitermaterialien erfüllt werden müssen.
(2) Isolierschichtmaterialien von Kabeln
Der Innenraum von Elektrofahrzeugen ist komplex. Bei der Auswahl der Isoliermaterialien muss einerseits die sichere Verwendung der Isolierschicht gewährleistet sein, andererseits müssen möglichst einfach zu verarbeitende und weit verbreitete Materialien gewählt werden. Die derzeit am häufigsten verwendeten Isoliermaterialien sind Polyvinylchlorid (PVC),vernetztes Polyethylen (XLPE), Silikonkautschuk, thermoplastisches Elastomer (TPE) usw. und ihre wichtigsten Eigenschaften sind in Tabelle 2 aufgeführt.
PVC enthält unter anderem Blei, aber die RoHS-Richtlinie verbietet die Verwendung von Blei, Quecksilber, Cadmium, sechswertigem Chrom, polybromierten Diphenylethern (PBDE) und polybromierten Biphenylen (PBB) sowie anderen schädlichen Substanzen. Daher wurde PVC in den letzten Jahren durch XLPE, Silikonkautschuk, TPE und andere umweltfreundliche Materialien ersetzt.
(3) Material der Kabelabschirmschicht
Die Abschirmschicht besteht aus zwei Teilen: der halbleitenden Abschirmschicht und der geflochtenen Abschirmschicht. Der Volumenwiderstand des halbleitenden Abschirmmaterials bei 20 °C und 90 °C sowie nach Alterung ist ein wichtiger technischer Index zur Messung des Abschirmmaterials, der indirekt die Lebensdauer des Hochspannungskabels bestimmt. Gängige halbleitende Abschirmmaterialien sind Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPR), Polyvinylchlorid (PVC) undPolyethylen (PE)basierten Materialien. Falls der Rohstoff keine Vorteile bietet und das Qualitätsniveau nicht kurzfristig verbessert werden kann, konzentrieren sich wissenschaftliche Forschungseinrichtungen und Kabelmaterialhersteller auf die Erforschung der Verarbeitungstechnologie und des Formelverhältnisses des Abschirmmaterials und suchen nach Innovationen im Zusammensetzungsverhältnis des Abschirmmaterials, um die Gesamtleistung des Kabels zu verbessern.
2.Hochspannungskabel-Vorbereitungsprozess
(1) Leiterlitzentechnologie
Der grundlegende Prozess der Kabelherstellung wurde über lange Zeit entwickelt, sodass es in der Branche und in Unternehmen auch eigene Standard-Spezifikationen gibt. Beim Drahtziehen kann die Verseilausrüstung je nach Aufdrillmodus des Einzeldrahts in Aufdrillverseilmaschinen, Aufdrillverseilmaschinen und Aufdrill-/Aufdrillverseilmaschinen unterteilt werden. Aufgrund der hohen Kristallisationstemperatur von Kupferleitern sind die Glühtemperatur und -zeit länger. Daher ist es angebracht, eine Aufdrillverseilmaschine zu verwenden, um kontinuierliches Ziehen und kontinuierliches Ziehen von Einzeldrähten durchzuführen und so die Dehnung und Bruchrate beim Drahtziehen zu verbessern. Derzeit hat das vernetzte Polyethylenkabel (XLPE) das Ölpapierkabel zwischen 1 und 500 kV vollständig ersetzt. Es gibt zwei gängige Leiterformungsverfahren für XLPE-Leiter: Kreisverdichtung und Drahtverdrillung. Einerseits kann der Drahtkern verhindern, dass die hohen Temperaturen und der hohe Druck in der vernetzten Rohrleitung sein Abschirm- und Isoliermaterial in den Spalt des Litzendrahts drücken und Abfall verursachen; Andererseits kann es auch das Eindringen von Wasser entlang der Leiterrichtung verhindern, um den sicheren Betrieb des Kabels zu gewährleisten. Der Kupferleiter selbst hat eine konzentrische Verseilstruktur, die meist mit einer gewöhnlichen Rahmenverseilmaschine, Gabelverseilmaschine usw. hergestellt wird. Im Vergleich zum kreisförmigen Verdichtungsprozess kann dadurch eine runde Verseilung des Leiters gewährleistet werden.
(2) Herstellungsprozess der XLPE-Kabelisolierung
Für die Herstellung von Hochspannungs-XLPE-Kabeln sind die Catenary Dry Cross-Linking (CCV) und die Vertical Dry Cross-Linking (VCV) zwei Formgebungsverfahren.
(3) Extrusionsprozess
Früher verwendeten Kabelhersteller ein sekundäres Extrusionsverfahren zur Herstellung von Kabelisolationskernen. Im ersten Schritt wurden gleichzeitig Leiterschirm und Isolierschicht extrudiert, dann vernetzt und auf die Kabelrinne gewickelt, für eine gewisse Zeit platziert und dann die Isolierschicht extrudiert. In den 1970er Jahren kam ein 1+2-Dreischicht-Extrusionsverfahren für isolierte Drahtkerne auf, mit dem die innere und äußere Abschirmung und Isolierung in einem einzigen Prozess fertiggestellt werden konnten. Bei diesem Verfahren wird zuerst der Leiterschirm extrudiert, nach einer kurzen Distanz (2–5 m) werden dann gleichzeitig Isolierung und Isolierschicht auf den Leiterschirm extrudiert. Die ersten beiden Methoden hatten jedoch große Nachteile, sodass Anbieter von Kabelproduktionsanlagen Ende der 1990er Jahre ein dreischichtiges Co-Extrusionsverfahren einführten, bei dem Leiterschirm, Isolierung und Isolierschicht gleichzeitig extrudiert wurden. Vor einigen Jahren wurden im Ausland auch neue Extruderzylinderköpfe und gekrümmte Maschenplatten auf den Markt gebracht. Durch Ausgleichen des Hohlraumströmungsdrucks des Schneckenkopfs wird die Materialansammlung verringert und die kontinuierliche Produktionszeit verlängert. Durch den Ersatz der ständigen Änderungen der Spezifikationen des Kopfdesigns können außerdem Ausfallkosten erheblich gespart und die Effizienz verbessert werden.
3. Fazit
Fahrzeuge mit alternativer Energie haben gute Entwicklungsaussichten und einen riesigen Markt. Daher müssen Hochspannungskabelprodukte mit hoher Belastbarkeit, hoher Temperaturbeständigkeit, elektromagnetischer Abschirmung, Biegefestigkeit, Flexibilität, langer Lebensdauer und weiteren hervorragenden Eigenschaften in Produktion und Markt eingeführt werden. Das Material für Hochspannungskabel für Elektrofahrzeuge und dessen Herstellungsverfahren haben große Entwicklungsaussichten. Ohne Hochspannungskabel können die Produktionseffizienz und die Nutzungssicherheit von Elektrofahrzeugen nicht verbessert werden.
Veröffentlichungszeit: 23. August 2024