Optimizing concepts in the area of High-voltage cable

Coroplast gehört zu den Pionieren bei der Entwicklung und Integration von Hochvolt-und Ladeanschlussleitungen für den Bereich Hybrid- und elektrisch angetriebener Fahrzeuge. Die Entwicklung der Produktlinie Hochvolt-Leitungen wurde gestartet im Jahre 2006. Die Lieferung der ersten Serienprodukte an bekannte deutsche Automobilhersteller fand bereits im Jahr 2009 statt.Bild Coroplast klein

In diesem frühen Stadium leistete Coroplast in Zusammenarbeit mit den deutschen Automobilherstellern den notwendigen technischen Support und ist bis heute an der Grundlagenentwicklung beteiligt, mit dem Ziel technische Standards für den Bereich der Hochvolt-Leitungen zu erarbeiten. Die Basis Spezifikationsanforderung und damit der aktuell gültige Standard ist nun zu finden in den nationalen technischen Liefervorschriften LV 216-1 „Hochvolt-Einzelleitungen ungeschirmt für Kraftfahrzeuge und deren elektrische Antriebe“ und LV 216-2 „Hochvolt-Mantelleitungen geschirmt für Kraftfahrzeuge und deren elektrische Antriebe“. Diese technischen Liefervorschriften wurden gemeinsam von den fünf deutschen Automobilherstellern entwickelt.

Die Verlegung von HV-Leitungen in Bordnetze für Hybrid-und Elektrofahrzeuge stellt hohe Sicherheitsanforderungen im Bereich der Konstruktion dieser Leitungen und der verwendeten Materialien.

So müssen im Traktionsstrang aktuell Spannungen von 600 VAC / 900 VDC zwischen Hochvolt -Batterie, Leistungselektronik und Elektromotor übertragen werden. Für die kommende Spannungsklasse 1.000 VAC / 1.500 VDC sind bei Coroplast bereits Prototypenleitungen zur Erprobung verfügbar. Leitungsquerschnitte von 10 mm² bis 70 mm² ermöglichen Dauerstromstärken je nach Umgebungstemperatur bis zu 450 Ampere.

Coroplast HV-Leitungen sind im bestromten Betriebszustand in der Lage, durch den Einsatz hochwertiger modifizierter Silikon Werkstoffe, dauerhaft Temperaturen bis zu 180°C zu realisieren. Dieser Werkstoff ermöglicht auch hohe Dichtigkeitsanforderungen von HV-Kontaktierungen durch exzellente Druckverformungswerte in Kombination mit talkumfreien Oberflächen. In HV-Bordnetzen werden Schutzarten bis IP 69K erforderlich. Durch enge Bauräume und die benötigte hohe Flexibilität bei der Leitungsverlegung, werden hier einadrig geschirmte Leitungen verwendet, die parallel verlegt werden.

Versorgungsleitungen für Nebenaggregate, beispielweise das elektrische Klimaaggregat, sind mehradrig geschirmt. Diese mehradrig geschirmten Leitungen werden bei Coroplast mit einer speziellen Zwickelfüllung versehen. Diese Füllung schmiegt sich ohne Luftpolster an die elektrischen Adern und realisiert so eine optimierte Wärmeabfuhr im elektrisch bestromten Zustand und sorgt weiterhin für eine konfektionsfreundliche kreisrunde Auflage der Abschirmung.

Eine runde Schirmgeometrie, Verzicht auf eine Folie als Geometrieträger, Schnittreserven durch die Füllschicht, der Verzicht auf Füllfäden die auch manuell entfernt werden müssen, bringen enorme Vorteile in der Konfektionierung dieser Leitungen.

Hohe EMV Anforderungen mit Schirmdämpfungen bis zu 70 dB und Widerstandsbeläge mit bis zu max. 3 m/m erfordern spezielle Leitungskonstruktionen im Bereich der Abschirmgeflechte ( Leiteraufbau, Flechtwinkel, optische Bedeckung).

Für die Verbindung zwischen fahrzeugseitiger Ladedose, Ladegerät und Batterie kommen einadrig geschirmte Ladeleitungen mit Querschnitten bis 16mm² ( Laden mit Gleichspannung ) und mehradrig geschirmte Leitungen mit 3-5 Adern bis zum Leiterquerschnitt 6,0 mm² , für das Laden mit Wechselspannung hinzu.

Gewichtsreduzierung und Kostenminimierung durch Substitution des Kupferleiters durch Aluminium (niedrigere Materialdichte / geringerer Materialpreis) ist insbesondere bei der Entwicklung von Hybrid-und Elektrofahrzeugen eine stetige und notwendige Aufgabenstellung. Durch seine gegenüber Kupfer geringere elektrische Leitfähigkeit und dadurch Stromtragfähigkeit müssen größere Leiterquerschnitte eingesetzt werden, die damit auch zu größeren Außendurchmesser führen. Die Gewichtsreduzierung und gleichlautend eine Kostensenkung durch den Einsatz von Aluminiumleitern im HV-Leitungsbereich führt daher nur in Teilbereichen zu den gewünschten Ergebnissen. Die Nutzung von Aluminium als Leiterwerkstoff hat allerdings auch Auswirkungen auf die Kontaktierung bzw. Verbindungstechnik. Da Aluminium bei höheren Temperaturen kriecht ( Retardation ), verändert es unter Druck seine Form im Mikrometerbereich. Klassische Crimpverbindungen wie bei Kupferleitern üblich sind nun nicht mehr zuverlässig. Neue Verbindungsverfahren wie die zum Beispiel das Ultraschallschweißen kommen zum Einsatz. Coroplast arbeitet hier mit namhaften Herstellern von Ultraschallschweißanlagen zusammen, zwecks einer möglichen Optimierung von Leiteraufbauten und Leitermaterialien.

Ausblick

Die Anforderungen in Bezug auf hohe Strombelastungen, zum Beispiel im Nutzfahrzeugbereich, werden zukünftig Querschnitte bis 120 mm² erforderlich machen. Die Spezifikationsanforderungen im EMV Bereich stellen darüber hinaus eine große Herausforderung dar. Neue Schirmungsklassen erfordern weitere Reduzierungen der Schirmwiderstände bis max. 1 m/m , Erhöhung der Transferimpedanzen und der Dämpfungscharakteristiken. Dies wird einen entscheidenden Einfluss auf die zukünftige Topologie der Leitungs-und Schirmungskonstruktionen nehmen.

www.coroplast.de

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