Kabelbaum für Elektrofahrzeuge

Kabelbäume, manchmal auch als Kabelbaugruppen oder Kabelbäume bekannt, werden in allen Bereichen der Elektronikindustrie eingesetzt, einschließlich Unterhaltungselektronik, kommerziellen Geräten, Robotern und Industriesystemen, Computern und Servern, Telekommunikationsgeräten, medizinischen Systemen, Luft- und Raumfahrtplattformen und natürlich Lastwagen und Automobilen. Die in Elektrofahrzeugen (EVs) verwendeten Kabelbäume sind jedoch die komplexesten und anspruchsvollsten.

Dies mag etwas überraschend sein, da die Antriebskomponenten in Elektrofahrzeugen (EVs) einfacher sind als in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor (ICE). Zwei Faktoren, die zur Komplexität von EV-Kabelbäumen beitragen, sind die Verwendung von Hochspannung im Antriebsstrang und die Tatsache, dass alle Steuergeräte in Elektrofahrzeugen über den Kabelbaum kommunizieren; es gibt keine hydraulischen oder mechanischen Verbindungen, die bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor üblich sind.

HV-Kabelbäume

Die Komplexität von Kabelbäumen für Elektrofahrzeuge beginnt mit mehreren Hochspannungsbereichen (HV). Zu den Hochspannungsbereichen gehören Motorkabelbäume, Batteriepaket-Kabelbäume und separate Kabelbäume für schnelles Laden und regeneratives Bremsen. Jeder dieser HV-Kabelbäume muss so konstruiert sein, dass er große Ströme effektiv bewältigen kann.

Diese Kabelbäume leiten nicht nur effektiv große Ströme und isolieren hohe Spannungen, sondern müssen auch hohen Temperaturen und Temperaturerhöhungen standhalten. Dies erfordert große Drahtdurchmesser, Hochspannungsstecker und Kabelschutz.Â

Kabelschutz gibt es in verschiedenen Formen. Kabel, insbesondere Kabel für Motorantriebe, sind abgeschirmt, um die Entstehung elektromagnetischer Störungen zu verhindern, die den Betrieb anderer Fahrzeugsysteme stören könnten.

Zum Schutz von Personen, die mit dem Fahrzeug in Kontakt kommen könnten, schreiben die Sicherheitsstandards des Bundes vor, dass alle Hersteller von Elektrofahrzeugen orangefarbene Gehäuse an allen HV-Kabeln außerhalb der physischen elektrischen Schutzbarriere verwenden müssen (Abbildung 1). Je nach dem zu schützenden Kabel kann es sich bei der Ummantelung um einen geflochtenen Schlauch, ein Textil- oder anderes Band, einen Wellschlauch usw. handeln.

Abbildung 1. Hochspannungskabel in Elektrofahrzeugen müssen ein orangefarbenes Gehäuse haben, wenn sie sich außerhalb der physischen Schutzbarriere befinden.
(Bild: Guchen Electronics)

Es geht nicht nur um HV

Die Kabelbäume im Hochspannungsbereich werden ebenfalls von hohen Strömen beeinflusst, um die hohe Leistung bereitzustellen, die für den EV-Antriebsstrang und das Schnellladen der Batterie erforderlich ist. Leistungsstufen von zehn oder sogar Hunderten von Kilowatt sind üblich. Selbst bei Kabeln mit großem Durchmesser können IR-Verluste erheblich sein und zu entsprechenden Temperaturerhöhungen führen. Die grundlegende Betriebsumgebung von Elektrofahrzeugen umfasst Temperaturen bis zu +125 °C. Unter bestimmten Bedingungen mit hoher Belastung kann die Oberflächentemperatur von HV-Kabelbäumen bis zu +150 °C erreichen.

Drahtdurchmesser und Biegeradius

Eine Möglichkeit, den durch IR-Verluste verursachten Temperaturanstieg zu reduzieren, ist die Verwendung von Kabeln mit größerem Durchmesser. Größere Drähte mit geringerem Widerstand haben in der Regel bessere thermische Eigenschaften und können mehr Wärme ableiten, wodurch der Temperaturanstieg bei hoher Belastung weiter reduziert wird.Â Der Nachteil ist, dass größere Drähte einen größeren Mindestbiegeradius haben, was die Bildung und Verlegung von HV-Kabelbäumen erschwert. Wenn der empfohlene Mindestbiegeradius überschritten wird, können die Isolationsschicht, die Abschirmschicht oder der Leiter dauerhaft beschädigt werden. Der Drahtdurchmesser wirkt sich auch direkt auf die Auswahl der HV-Steckverbinder aus.

Hochspannungssteckverbinder

HV-Steckverbinder sind wichtige Elemente bei der Konstruktion von HV-Kabelbäumen. Die Hochspannungssteckverbinder in Kabelbäumen für Elektrofahrzeuge müssen eine hohe elektrische Leistung und mechanische Festigkeit aufweisen und in der Lage sein, hohen Stößen und Vibrationen sowie rauen Umgebungen standzuhalten. Zu den Überlegungen gehören: Â Schutzart IP68Isolationswiderstand von mindestens 500 MÎ© bei 1 kVDC HochspannungsverriegelungAnschluss an die Abschirmung von HV-Kabeln zur Gewährleistung einer hohen EMI-LeistungÂ Chemisch resistente Gehäusematerialien.