Strukturelle Auslegung von Hochspannungskabeln für Elektrofahrzeuge

Standardprodukte und sehr spezifische Anforderungen sind schwer zu definieren. Der Zweck dieses Papiers ist es, grundlegende Design-Ideen anzusprechen, um die oben beschriebenen Herausforderungen durch die Anwendung fortschrittlicher Hochspannungskabelkonstruktionsprinzipien zu überwinden.

1) Leiteraufbau Die Flexibilität von Hochspannungskabeln wird hauptsächlich durch den Aufbau des Leiters bestimmt. Aus diesem Grund werden für Hochspannungskabel spezielle Leiter mit einer großen Anzahl von Monofilamenten mit sehr kleinem Durchmesser verwendet. Eine bestimmte Anzahl von Monofilamenten wird zunächst verseilt und dann wieder konzentrisch verseilt, um den für Hochspannungskabel erforderlichen flexiblen Leiter zu bilden. Ein weiterer Vorteil der großen Anzahl von Litzen ist die bessere Biegesteifigkeit. Die kürzere Litzenteilung verbessert auch die Biegefestigkeit von Hochspannungskabeln. 2. Isoliermaterialien Die Isoliermaterialien werden in erster Linie nach ihren Anforderungen an die Wärmebeständigkeit und die mechanische Festigkeit ausgewählt. Im Vergleich zu Standard-Batteriekabeln ist es sinnvoll, weichere Materialien zu wählen, damit die speziell entwickelten verseilten Leiter flexibel bleiben.3. Geformte KabelWenn mehrere Adern erforderlich sind, werden die Adern normalerweise verseilt. Um die durch die Verseilung von Hochspannungskabeladern entstehenden Verformungen auszugleichen, sind spezielle Einrichtungen zum so genannten Entdrillen erforderlich. Dabei werden spezielle Verseilmaschinen mit einer Abzugsscheibe ausgestattet, die sich entgegen der Verseilrichtung dreht. Dies ist notwendig, um eine Verformung des Seilzuges zu verhindern. Je nach Aufbau des Kabels wird in der Regel eine Füllung verwendet, um einen hohen Grad an Konzentrizität des abgeschirmten Kabels zu gewährleisten und letztendlich ein zufriedenstellendes Hochspannungskabel zu erhalten. Die Verwendung von Wickelband in der Litze erhält die Flexibilität des Kabels.4. Abschirmung Aufgrund der EMV-Anforderungen (elektromagnetische Verträglichkeit) werden Geflechtschirme aus mehreren Kupferdrähten gebildet. Verzinnter Kupferdraht macht ihn widerstandsfähiger gegen Umwelteinflüsse wie Oxidation. Durch die Verwendung dünner Kupferdrähte bleibt die Flexibilität der Konstruktion erhalten. Die Abschirmung muss einen Abdeckungsgrad von mehr als 90 % haben, um die oben beschriebenen EMI-Probleme zu überwinden. Es sind verschiedene Abschirmungseffekte erforderlich. Die Geflechtabschirmung kann mit verschiedenen anderen Abschirmungen kombiniert werden, z. B. mit einer aluminiumkompatiblen Folie. Ein Vliesstoff kann um die Außenseite der Abschirmung gewickelt werden, um sicherzustellen, dass die Ummantelung bei der Montage leicht abgezogen werden kann. 5. Wie bei der Kernisolierung wird das Ummantelungsmaterial entsprechend den thermischen und mechanischen Anforderungen ausgewählt. Umwelteigenschaften wie Beständigkeit gegen Flüssigkeiten und Abrieb sind auch für den Mantel aufgrund des direkten Kontakts besonders wichtig. Diese Eigenschaften hängen hauptsächlich von der Art des gewählten Mantelmaterials und in gewissem Maße auch von der Konstruktion des Mantels ab. Wenn besondere Anforderungen, wie z. B. die Bewältigung des Abriebs durch die Umgebung des Fahrzeugs, in das es eingebaut wird, eine erhöhte Abriebfestigkeit erfordern, muss dies bei der Auswahl des Materials berücksichtigt werden. Um diese Eigenschaften zu überprüfen, werden häufig Prüfgeräte eingesetzt, die die Bedingungen in der Praxis simulieren.

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