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新材料技术和盘绕电缆可满足未来电动汽车充电的苛刻要求




图1:Philatron Philaflex EV充电电缆的横截面。资料来源:Philatron

例如,电动汽车先驱特斯拉(Tesla)已经在美国的1,100个地点配备了约7,600个“增压器”站。这些顶级EV充电器的工作电压为480 V,最高可达250 kW。充电电缆(充电器和EV之间的关键链路)必须能够在较长的时间内处理这些高电流。并且已经有计划提供最大功率为350 kW的增压器,从而进一步增加了电缆的载流量要求。

但是,电动汽车充电电缆所面临的挑战远远超出了高压和高电流能力。电缆还需要承受外部极端温度,紫外线,水,汽车化学品等的腐蚀而不会降解。此外,在许多充电站聚集在一起的世界中,电缆必须具有额外的柔韧性,以紧凑,安全地延伸和缩回,以确保为公众提供安全的环境,并避免车辆损坏电缆。

给电动汽车充电

电动汽车使用电力替代或补充用于为常规车辆提供动力的化石燃料。根据美国能源部能源效率和可再生能源办公室(EERE)的研究,电动汽车分为三种主要类型。

全电动汽车(AEV)

AEV插入电网为电池充电,然后将其用于为驱动车轮的一台或多台电动机提供动力。额外的充电来自再生制动。AEV不会产生排放。

插电式混合动力汽车(PHEV)

PHEV使用电池为一个或多个驱动车轮的电动机提供动力。可以通过插入电网为电池充电,但是当汽车由内燃机(ICE)驾驶时,它们也将被充电。有一些排放物,但这些排放物通常低于可比尺寸/功率的常规ICE车辆。

混合动力汽车(HEV)

混合动力汽车使用ICE来给电池充电,然后驱动电动马达为车辆供电,直接驱动发电机,然后驱动电动马达,或者为电池充电并直接驱动车轮,以在电力需求较高时补充电动马达。

AEV和PHEV电池使用直流电压充电。为了方便从交流电网充电,大多数车辆都包括一个内部AC-DC转换器。如果充电器可以提供直流电压,则逆变器将被旁路,电源直接为电池供电。充电器分为三个级别:

级别1 —交流便携式设备,其充电水平较低,主要用于为PHEV的电池补充电量,以提高市区范围;

级别2 —交流壁式充电器,通常用于家庭和一些公共充电。级别2可实现高达19.2 kW的充电,或每小时充电约115 km的范围;

级别3—直流快速充电器,最高可提供250 kW(在不久的将来将达到350 kW),并且每充电10分钟可增加115 km的续航里程。DC快速充电站对于家用而言太昂贵了,而是放置在常规加油站和专用高速公路站点上。

EV电池根据其当前充电状态以不同的速率充电。如果电池快要用完或快满了,充电会减慢以防止损坏,但是如果电池电量在10%到80%之间,则充电会更快。因此,制造商建议在电池电量耗尽之前,停止充电。

对于使用85 kW小时电池的车辆,即使使用最强大的(250 kW)增压器,将EV电池从空电量充满到充满电也可能需要75分钟。但是,大约20分钟即可完成20%至50%的充电,再过10分钟即可达到80%。电动汽车供应商正在计划充电器网络,以使站点之间的最大距离等于由充电至80%而不是充满电的电池供电的范围。这鼓励消费者缩短充电时间,然后在家里整夜充值。

定制设计的用于EV充电的电缆

充电器和汽车之间的关键连接是充电电缆和连接器。直流快速充电站对电缆和连接器提出了很高的要求,并需要可靠而强大的解决方案。这种类型的公共充电器通常使用组合式充电系统(CCS)连接器,该连接器能够充电至350 kW。该电缆包括粗规格的火线,零线和地线以及较细规格的控制导体。

直流快速充电器有许多现成的电缆产品,但是大多数在实际使用中均达不到理想的性能。在大多数电缆设计中,用于在快速充电期间传输高电流的粗规格粗绞线会使电缆变硬。问题变得更加复杂,因为常规产品是由不挠性的绝缘和护套材料制成的,该材料由诸如氯丁橡胶,海帕隆,丁苯橡胶或乙丙橡胶等热固性材料组成,随着温度的下降,它们变得更加坚硬。当这些电缆在低温下弯曲时,绝缘层和护套的刚度会导致其永久变形为脊。当使用较粗规格的导体时,问题迅速恶化,因为电缆半径每增加一倍,

灵活方便和安全

在电动车充电站周围的受限空间中使用大型电缆(4/0 AWG或更高)时,灵活性增加了便利性和安全性。Philaflex绝缘和护套带来的灵活性改善了用户体验。

大回路EV线圈电缆可改善电缆管理和安全性

直的EV电缆会因缠结而受到安全和操作问题的困扰,当缠绕在地面上时,可能会导致用户绊倒和车辆驶过而造成损坏。这种担忧使Philatron引入了一种创新的大环路EV线圈设计,该设计可防止线圈下垂,过长的缩进长度和接地。

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