Model Y超级快充高压导线的设计

最近详细看了下特斯拉目前超级快充的相关量产技术，尤其是从桩端，到车端，再到电池端这一段能量传递的过程。

因为特斯拉目前还是走的大电流路线，因此它应对超级快充的措施对非高电压（800V）的车型是具有技术普适性的。在400V这个类型的电压平台做超级快充，要应对的主要问题包括：大电流的发热、高功率的电磁屏蔽、导线的轻量化-成本-可装配性等。

特斯拉当前的设计思路是从传统的线缆式向汇流排式转变。具体来说，传统的高压充电连接线刚强度是比较小的，很软，较长，笨重，它的安装固定需要相应的卡扣、结构支撑件等；而汇流排（Busbar）式的，刚强度较好，较短，安装固定也相对简单。以Model Y为例，它的快充导线是沿着车轮毂内侧轮廓的曲面进行布置的，仅依靠两个接口端的固定配合来提供整个导线的固定，没有其他的卡扣等结构支撑固定设计。

1、导线体的设计

Model Y的快充导线之所以能够如此简单的固定和装配，得益于它一体式的三层实心导线（unitary three-layer solid core busbar）设计。这个一体式三层导线体截面如下：最里层的是金属导电芯体，中间层是绝缘层，最外层是电磁屏蔽层。其中，

－金属导电芯体，可以采用铝合金、铜或其他金属材料；

－绝缘层，可以采用交联聚乙烯(XLPE)、聚氯乙烯(PVC)、硅酮或其他电绝缘材料；

－电磁屏蔽层，可以采用铜、铝或其他导电材料。

这种一体式设计的好处在于：（1）由于中间是金属导体+最外侧金属结构，使得整个导线体的刚度非常好，在安装时，仅仅通过固定两端，就可以将整个快充导线支撑起来，不需要额外支撑件，降低了成本和复杂性；（2）具有优异的热性能(例如性能是同等尺寸电缆的两倍)，降低了车辆和/或高功率线路组装的质量，降低了成本(例如没有那么多的部件、更低的制造成本等)，降低了复杂性(例如零部件数量减少、工艺简化和减少供应商的管理)；（3）具有非常好的电磁屏蔽性能，这对于高功率的超级快充显得格外重要；（4）具有比较好的弯折性，能够适应整车内部不规则的空间。

导线体最重要的一个结构设计是金属导电芯截面积的大小，这个参数不仅决定着快充功率，也影响着导线的重量。特斯拉在专利中给出的一个案例数据是200mm^2，推算下，导电芯的直径大约为15.96mm，这与4680版Model Y的实测数据很接近。另两个参数是绝缘层的厚度和屏蔽层的厚度，分别大约为1mm、1mm，这两个数据与4680版Model Y的实测值差异较大。

这三个参数可以处于的范围值为：

－金属导电芯截面积，3~300mm^2；

－绝缘层厚度，0.5~2mm；

－屏蔽层厚度，0.5~2mm。

另外一个重要的设计考量点是关于导线体在不同电压平台下的快充能力，这个能力主要以充电功率和相应的导线温度来体现。从专利中我们可以看到特斯拉给了三个案例，参数信息概况如下：

2、导线体两端连接头设计

采用busbar式的快充导线还有一个潜在好处在于它的金属导电芯是金属件一体成型的，这样它的连接头与线体本身是不需要额外的工艺，如焊接等再去连接，使得整个高压导线具有更好的力学和电气性能。连接头的设计可以有各种形状，可以有扁平式的，也可以是有一定角度的，Model Y实际采用是有一定角度弯曲的设计，这样便与和插座处进行配合连接。这个地方的各种案例不再详细展开，大家可以参考下专利，我会放到知识星球中。

导线体两端的接头组件（连接器）装配如下：

3、semi-truck的快充导线设计

一体式三层高压快充导线还可以支持分布式的充电方案，这种往往是应用在有多个电池包的车型，如大巴、电动重卡。特斯拉就在semi-truck上应用了这个思路。概况地讲，就是由充电端口进来的电流，通过多个支流同时并联流入到相应数量的电池包中，从而在同等电流的情况下更快速的完成充电。

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Model Y超级快充高压导线的设计

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