新能源汽車(chē)高壓電纜編織屏蔽及其屏蔽效能的研究

1概述

新能源汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)的高壓屏蔽電纜設(shè)計(jì)通常用很薄的疊層屏蔽帶（LST）和單層的編織，或單一的編織層。本次調(diào)查的范圍僅限于各種單一編織產(chǎn)品和相關(guān)的屏蔽性能。各種標(biāo)準(zhǔn)的屏蔽設(shè)計(jì)之間的主要區(qū)別是過(guò)量的編織百分比。為確定標(biāo)準(zhǔn)屏蔽電纜的整體目視編織覆蓋率和典型設(shè)計(jì)參數(shù)的說(shuō)明參見(jiàn)圖1。

圖 1 – 典型的編織結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的邏輯猜測(cè)，目視編織覆蓋率越大，屏蔽效能越大。最近的研究表明，發(fā)現(xiàn)相當(dāng)數(shù)量的汽車(chē)高壓屏蔽電纜產(chǎn)品屏蔽設(shè)計(jì)卻相反。其中編織覆蓋率增加屏蔽效能特性卻降低，術(shù)語(yǔ)表征這個(gè)特性被稱(chēng)為過(guò)編織現(xiàn)象。

公式（1），（2），及（3）顯示了如何計(jì)算屏蔽電纜產(chǎn)品的編織覆蓋率。

其中：

α = 編織角 (弧度)

D = 編織前直徑 (cm)

C = 股數(shù)

d = 編織單絲直徑 (cm)

P = 單位厘米的目數(shù) (PPCM)

N = 每股的根數(shù)

這種現(xiàn)象在同軸電纜行業(yè)并不新鮮。IEC標(biāo)準(zhǔn)化組織提出了一份文件（IEC62153-4-1），討論這個(gè)問(wèn)題，但在該設(shè)計(jì)缺陷的支持測(cè)試數(shù)據(jù)或可能的故障模式方面沒(méi)有詳細(xì)說(shuō)明。

本文將討論幾種編織結(jié)構(gòu)，并證明這些設(shè)計(jì)如何影響屏蔽電纜產(chǎn)品的整體屏蔽效能。本文的目的是告知整個(gè)行業(yè)的專(zhuān)業(yè)人士過(guò)編織現(xiàn)象，并希望盡快在這個(gè)領(lǐng)域進(jìn)一步研究。

2測(cè)量方法

有用于表征屏蔽電纜的屏蔽性能的各種屏蔽效能的測(cè)量方法。三個(gè)用于屏蔽電纜比較常見(jiàn)的方法有三同軸（ANSI/SCTE78），GTEM小室（48-3），和CoMeT管（IEC62153-4-4）。在本文中選擇記錄屏蔽電纜性能特性的測(cè)量方法是CoMeT（耦合測(cè)量管），因?yàn)樗兊迷絹?lái)越流行在電纜行業(yè)。

為什么CoMeT是越來(lái)越受歡迎有幾個(gè)原因。這些原因包括測(cè)量更加精確，事實(shí)上，它可購(gòu)買(mǎi)“現(xiàn)成的” 完整的測(cè)量系統(tǒng)用于兩端的連接器和電纜制造商。下面的圖2顯示了CoMeT測(cè)量系統(tǒng)。

圖 2 – CoMeT 測(cè)量系統(tǒng)

CoMeT測(cè)量系統(tǒng)由幾個(gè)部分組成，如圖3。對(duì)有一個(gè)在相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)背景的人CoMeT的操作背后的理論是比較簡(jiǎn)單的。RF發(fā)生器（通常是網(wǎng)絡(luò)分析儀）在一個(gè)預(yù)定義的頻率范圍內(nèi)發(fā)送一系列的RF信號(hào)。

選擇用于此實(shí)驗(yàn)的頻率范圍為30MHz至1000MHz的。這些信號(hào)通過(guò)在被測(cè)電纜的旅行而終止于一個(gè)阻抗匹配電阻。電阻器的另一端連接到外導(dǎo)體外側(cè)的屏蔽。被測(cè)電纜的屏蔽變成CoMeT“管”的中心導(dǎo)體。

由于被測(cè)電纜的屏蔽變成管的中心導(dǎo)體，相關(guān)被注入到電纜中的信號(hào)其耦合到被測(cè)電纜的外表面的任何電磁能量將通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)定。

公式（4）演示了如何計(jì)算屏蔽效能的方法。

其中：

SE = 以分貝為單位的屏蔽效能

Vc = 耦合電壓 (泄漏)

Vr = 基準(zhǔn)電壓 (注入)

圖 3 – CoMeT 測(cè)量系統(tǒng)

其中：

1. 網(wǎng)絡(luò)分析儀的輸出

2. 被測(cè)電纜 (CUT)

3. 測(cè)量管

4. 匹配電阻

5. 網(wǎng)絡(luò)分析儀的接收部分

L. 測(cè)量長(zhǎng)度

3編織設(shè)計(jì)

3.1 影響因素

屏蔽電纜的屏蔽效能模型不是一門(mén)精確的科學(xué)。影響所用包帶和編織設(shè)計(jì)的一些電纜屏蔽性能的的特性因素很多。其中的一些因素包括但不限于以下內(nèi)容：

?編織覆蓋百分比

?編織角

?編織線根數(shù)(單絲)

?屏蔽類(lèi)型設(shè)計(jì)

?單位厘米的目數(shù)

?單絲直徑

?編織張力

?護(hù)層的壓縮

?測(cè)量方法

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，焦點(diǎn)集中于編織覆蓋的百分比，編織角，單絲根數(shù)，和每厘米的目數(shù)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程操作者，編織機(jī)，和護(hù)套生產(chǎn)線保持一致。

在每個(gè)設(shè)計(jì)中使用同樣的介質(zhì)成分和護(hù)套材料努力減少樣件和樣件之間的變差。表1顯示了這個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方案。

表 1 – 編織設(shè)計(jì)表

而設(shè)計(jì)表1中所列的編織配置，許多考慮因素為最終決定于該設(shè)計(jì)將被制造并進(jìn)行分析。其中一些因素包括編織機(jī)的齒輪比，提供工具和速度問(wèn)題。最終確定，在表1中列出的6種設(shè)計(jì)足以證明過(guò)編織現(xiàn)象是真實(shí)的，他們提供選擇的參數(shù)足夠進(jìn)行變化的分析。

3.2 編織分類(lèi)

提起編織設(shè)計(jì)，有三種分類(lèi)。第一種眼下的編織設(shè)計(jì)，其中沒(méi)有足夠的編織存在充分優(yōu)化的電纜的屏蔽效果。第二種情況是優(yōu)化的編織設(shè)計(jì)，其中最好的屏蔽性能的實(shí)現(xiàn)。最后的分類(lèi)是過(guò)編織的現(xiàn)象，其中過(guò)多的編織是當(dāng)前和這個(gè)編織設(shè)計(jì)實(shí)際上降低了屏蔽性能。

在本文所述的實(shí)驗(yàn)突破性的把設(shè)計(jì)只分為兩大類(lèi)，主要是因?yàn)樵趦?yōu)化設(shè)計(jì)目前尚不清楚這一點(diǎn)。因此，表1中的前三個(gè)編織設(shè)計(jì)被歸類(lèi)為“低編織”，而最后三個(gè)編織設(shè)計(jì)被列為“高編織”。低編織設(shè)計(jì)是那些編織覆蓋率小于80％電纜的表面積。高編織設(shè)計(jì)顯示的是那些編織的覆蓋范圍用大于90％的表面積。

結(jié)果的分析將與開(kāi)始這兩個(gè)分類(lèi)的意思對(duì)應(yīng)，那將進(jìn)一步以假設(shè)的一些設(shè)計(jì)變量的影響進(jìn)行。

3.3 屏蔽測(cè)量和結(jié)果

3.3.1測(cè)量

按6種編織設(shè)計(jì)進(jìn)行制造并使用CoMeT測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行符合第2章所述的測(cè)量。每個(gè)設(shè)計(jì)取十個(gè)樣品進(jìn)行測(cè)試。取平均值而得以產(chǎn)生一個(gè)單一的測(cè)量軌跡。它已被證明在過(guò)去的分析中，該平均化的這種方法顯著減少了與測(cè)量誤差的相關(guān)聯(lián)的測(cè)試的變化。

3.3.2 結(jié)果

結(jié)果見(jiàn)圖 4 和圖 5。

圖4 – 低編織設(shè)計(jì)的屏蔽性能

圖5 –高編織設(shè)計(jì)的屏蔽性能

對(duì)圖4和5中結(jié)果的直觀審查表明，低編織和高編織設(shè)計(jì)之間存在差異，同一類(lèi)別內(nèi)的設(shè)計(jì)之間的差異可以忽略不計(jì)。

3.4 設(shè)計(jì)因素分析

在本實(shí)驗(yàn)之前，假設(shè)編織角、每厘米的目數(shù)和匹配的股數(shù)和根數(shù)將提供一些對(duì)表征過(guò)編織現(xiàn)象的重要變量的見(jiàn)解，以及如何優(yōu)化僅基于電纜的屏蔽性能。關(guān)于編織的設(shè)計(jì)。為了進(jìn)一步檢驗(yàn)結(jié)果，決定將低編織設(shè)計(jì)和高編織設(shè)計(jì)的結(jié)果分開(kāi)，表2顯示了三種低編織設(shè)計(jì)的屏蔽性能降序。已經(jīng)統(tǒng)計(jì)證明，這3個(gè)設(shè)計(jì)之間的差異不足以確定哪些因素主導(dǎo)電纜的屏蔽性能。同樣可以說(shuō)，在表3中列出的高編織的設(shè)計(jì)，屏蔽性能也呈遞減順序。在同一類(lèi)設(shè)計(jì)之間的任何比較表明平均值的差異不超過(guò)2dB，這在屏蔽效能方面更是無(wú)關(guān)緊要的。

因此，決定以比較表2和表3之間的結(jié)果。它已被證明在3.4節(jié)的低編織設(shè)計(jì)都優(yōu)于高編織（過(guò)編織）的設(shè)計(jì)。

基于這些結(jié)果，本設(shè)計(jì)之間唯一確定的特征是每股根數(shù)和整體編織覆蓋率。三種低編織設(shè)計(jì)都使用較低的每股數(shù)量，并且比高編織設(shè)計(jì)具有較低的整體目視編織覆蓋率。

表 2 – 低編織設(shè)計(jì)分析

表3 – 高編織設(shè)計(jì)分析

其他唯一感興趣的6種設(shè)計(jì)的目視檢查?？磥?lái)，在低編織設(shè)計(jì)編織比那些高編織設(shè)計(jì)的更緊，更均勻。這種視覺(jué)證據(jù)可能不外乎較少的根數(shù)和更高的編織角的好處，但作者認(rèn)為，它至少是值得注意的。

4結(jié)論

本文提供的信息證明了超編織現(xiàn)象的存在。為什么直到最近才在業(yè)內(nèi)討論?？赡苁菧y(cè)量技術(shù)的進(jìn)步使識(shí)別這種異常成為可能。不管是哪種發(fā)現(xiàn)方法，多年來(lái)的研究范式都是屏蔽電纜表面的目視編織層覆蓋率越大，屏蔽性能就越高。

該項(xiàng)目的優(yōu)勢(shì)在于向行業(yè)的專(zhuān)業(yè)人士提供了可靠的研究數(shù)據(jù)。繼續(xù)試驗(yàn)的結(jié)果提高了生產(chǎn)效率，降低廢品相關(guān)的成本，減少庫(kù)存，降低非增值成本，并為有關(guān)電纜的屏蔽效能的OEM客戶整體提高了產(chǎn)品的性能。

審核編輯：湯梓紅