大电流线缆载流能力评估及对比（上）

来源：•作者：•2021-06-03 16:36

摘要：应用在新能源领域的高压线缆，是承载电流的主要部分。如果说搭接部分的连接器或铜、铝排，是产品载流能力的瓶颈点，那么，线缆是决定整体系统载流能力的基础部件。

目前行业应用的主要是铜线缆，基于成本和轻量化目标，铝线缆也开始广泛应用在新能源领域。全面评估线缆的载流能力成了目前需要解决的技术问题。

关键词：铜线缆，铝线缆，温升，载流能力，测试

1线缆载流能力

高压大电流系统设计到一个关键问题点：热安全。线缆作为能量载体，是高压电气连接系统的主要部分，探讨和研究线缆在各种电流及分布方式下的热性能（包括热评估和热安全），是当下急需解决的现实问题。

新能源系统的应用环境恶劣，如高温、强腐蚀、震动等环境因素导致线束与外界环境之间的的换热效果不明显。若高压线束出现破损，导致电缆内部导芯电阻增加，则充电时的线束温度进一步提高。

因能量密度大，空间窄小，极易造成过热甚至起火损毁的重大安全问题。高压大电流系统的热性能和热安全最终会转化成为新能源汽车或其他高能量体系的安全问题。

对于线缆的载流能力，线缆供应商会提供对应的载流温升数据，但基本上只有固定几个电流的温升数据。使用方如果想了解全面的载流能力数据，需要自己做大量的温升实验，才能得到齐全的数据。

我们采用CAE技术建立通电条件下的电缆传热模型。并根据对应的实验结果来验证和修正CAE仿真模型和算法，最终找到与实验结果高度相符的线缆温升载流仿真方法和流程，需要做相应的实验以佐证电缆传热模型的可靠性。

2线缆载流能力（温升）测试方法及结果

线缆的温升测试，基本是根据以下两个标准：USCAR-2-2013 5.3.3和GB/T 11918.1-2014.22。

对于超过50 mm^2的线缆，线长至少1.4m。为保证线缆温升不受两边的直流电源线影响（基本都在185 mm^2以上），我们测试时会采用比较保守的方式，也就是拉长受测线缆的长度。如下图的接线方式就是其中一种。

载流能力（温升）测试的接线方式：与电源线缆连接处接两根1m长的测试规格线缆，中间一根2.5m长的测试规格线缆，线缆的温升数据提取点主要在中间受测线缆的中间点T5。

（T1,T2,T3,T4,T5,T6,T7,T8,T9共九个温升数据提取点）。

采用此种测试方法，可得出线缆的各种载流能力（温升）数据，如图2,3,4所示。

线缆载流能力（温升）仿真方法及结果

3.1 传热学理论

传热即热的传递（以温度差为推动力的能量传递现象）根据热力学第二定律，凡是有温度差的存在就必然有热的传递。

热的传递是由于物体内或系统内的两部分之间的温度差而引起的，净的热流方向总是由高温处向低温处流动。热量传递有三种方式：热传导（导热），热对流和热辐射。

热传导：又称导热。是指热量从物体的高温部分向同一物体的低温部分、或者从一个高温物体向一个与它直接接触的低温物体传热的过程。导热是静止物体的一种传热方式，不依靠物质的宏观位移。

对流换热：指流体沿固体壁面流动时所发生的流体和固体之间的热量交换（除了导热还有热对流作用。对流换热过程中所传递的热量为：

辐射换热：两个温度不同的物体通过射线实现热量传递，称之为辐射换热。

3.2 线缆温升理论分析

温升是材料的主体电阻作用的结果。主体电阻由线缆的形状及其材料阻抗决定。线缆的温升取决于热产生过程中的热传递所造成的热能浪费。因此温升又可以说是依赖于线缆材料的热传递能力，电流的大小和线缆的热量对流。

通电流的产生热能方程：

因为篇幅内容太多，peggy老师这个文章内容一次写不完，部分内容我们留到下一篇：尽请关注

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