Wie entwirft man das Layout des Hochspannungskabelbaums für Fahrzeuge mit alternativen Antrieben? -1

Angesichts der rasanten Entwicklung von Elektrofahrzeugen haben verschiedene Automobilhersteller, als Reaktion auf die staatliche Förderung umweltfreundlicher Fahrzeuge, eine Reihe von Modellen eingeführt, darunter reine Elektrofahrzeuge, Hybridfahrzeuge und Wasserstofffahrzeuge. Die Technologie von Elektrofahrzeugen verbessert sich stetig, und der Trend geht dahin, herkömmliche Kraftstoffe durch elektrische Energie zu ersetzen. Der Hochspannungskabelbaum ist das zentrale Verbindungs- und Übertragungssystem für die Stromversorgung und Funktionalität des Fahrzeugs. Aufgrund der hohen Spannungen in Elektrofahrzeugen stellt die Konstruktion von Hochspannungskabelbäumen Herausforderungen hinsichtlich Designlösungen und Layout dar.

I. Designlösungen für Hochspannungskabelbäume

1. Doppelschienen-Kabelbaumdesign
   Die Hochspannungskabelbäume für Elektrofahrzeuge sind zweigleisig ausgeführt. Da die Ausgangsspannung der Antriebsbatterie hoch ist und die für Menschen sichere Spannung überschreitet, kann die Fahrzeugkarosserie nicht als Massepunkt für die Hochspannungskabelbäume dienen. Im Hochspannungskabelbaumsystem muss der Gleichstrom-Hochspannungskreis zwingend zweigleisig verlegt werden. Typische Hochspannungskabelbäume umfassen Hochspannungsleitungen für das Antriebssystem, die Antriebsbatterie, die Ladebuchse, den Klimakompressor und die Servolenkungspumpe.
2. Auswahl und Auslegung von Hochspannungssteckverbindern
   Hochspannungssteckverbinder sind für die Verbindung und Übertragung von Hochspannung und Hochstrom verantwortlich und somit essenzielle Komponenten für die Sicherheit der Fahrzeuginsassen. Daher müssen bei der Auswahl von Hochspannungssteckverbindern Faktoren wie Hochspannungsfestigkeit, Schutzart, Schleifenverriegelung und Schirmungseigenschaften umfassend berücksichtigt werden. Aktuell werden für die Auswahl von Hochspannungssteckverbindern vorwiegend branchenführende und zuverlässige Anbieter wie AVIC Optoelectronics, TE Connectivity, Yonggui, Amphenol und Ruike Da herangezogen. 

   

3. Schirmungsdesign für Hochspannungskabelbäume
   Hochspannungskabelbäume erzeugen beim Übertragen von Hochspannung starke elektromagnetische Störungen. Daher werden Kabel mit Geflechtschirmung verwendet. Bei der Auswahl von Steckverbindern sind Ausführungen mit Schirmungsfunktion vorzuziehen, um eine geschlossene Verbindung mit der Schirmungsschicht des Hochspannungskabelbaums herzustellen und so die vom Kabelbaum erzeugten elektromagnetischen Störungen zu unterdrücken.

Querschnittsansicht eines Hochspannungskabelbaums

II. Layout-Design von Hochspannungskabelbäumen

1. Grundsätze der Hochspannungs-Kabelbaumverlegung
   a) Prinzip der räumlichen Nähe: Bei der Verlegung von Hochspannungskabelbäumen für Elektrofahrzeuge besteht das Ziel darin, die Kabellängen zu minimieren. Dieser Ansatz vermeidet übermäßige Spannungsabfälle aufgrund langer Leitungswege und entspricht den Konstruktionsprinzipien der Kosten- und Gewichtsreduzierung.
   b) Sicherheitsprinzip: Neben der räumlichen Nähe sollten bei der Verlegung von Hochspannungskabelbäumen auch Aspekte wie die verdeckte Verlegung, die Einhaltung von Sicherheits- und Kollisionsvorschriften sowie die Wartungsfreundlichkeit berücksichtigt werden. Wirksame Schutzmaßnahmen für Hochspannungskabelbäume sind ebenfalls erforderlich. Eine unsachgemäße Verlegung von Hochspannungskabelbäumen kann zu Stromschlägen, Bränden und Gefahren für die Fahrzeuginsassen führen.
2. Arten von Hochspannungs-Kabelbaumlayouts
   Aktuell werden zwei gängige Arten von Hochspannungskabelbäumen verwendet: die mehrlagige und die parallele Verkabelung. Beide Arten dienen der Trennung von Hoch- und Niederspannungskabeln, um elektromagnetische Störungen zwischen Hoch- und Niederspannungskommunikation zu reduzieren.
   a) Mehrschichtiges Kabeldesign: Wie der Name schon sagt, sind die Hoch- und Niederspannungskabelbäume beim mehrschichtigen Kabeldesign durch einen bestimmten Abstand voneinander getrennt. Dadurch wird verhindert, dass elektromagnetische Störungen des Hochspannungssystems die Stromversorgung und Signalübertragung des Niederspannungssteuergeräts beeinträchtigen. Die folgende Abbildung veranschaulicht das mehrschichtige Kabeldesign für Hoch- und Niederspannungskabelbäume.

b) Parallele Kabelführung: Bei der parallelen Kabelführung verlaufen die Kabelbäume zwar gleich, sind aber parallel am Fahrzeugrahmen oder der Karosserie befestigt. Dadurch bleiben die Hoch- und Niederspannungskabelbäume getrennt und kreuzen sich nicht. Die Abbildung unten zeigt ein Beispiel für eine parallele Kabelführung, bei der sich der Hochspannungskabelbaum links und der Niederspannungskabelbaum rechts am Rahmen befindet.

Aufgrund von Unterschieden in der Fahrzeugstruktur, der Anordnung der elektrischen Komponenten und räumlichen Beschränkungen wird bei der Konstruktion von Kabelbäumen für Fahrzeuge mit neuen Antrieben üblicherweise eine Kombination dieser beiden Layouttypen verwendet, um Interferenzen zwischen Hochspannungs- und Niederspannungskommunikation zu minimieren oder zu vermeiden.

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