في مجال مركبات الطاقة الجديدة (EV، PHEV، HEV)، يُعد اختيار مواد كابلات الجهد العالي أمرًا بالغ الأهمية لسلامة المركبة ومتانتها وأدائها. يُعدّ البولي إيثيلين المتشابك (XLPE) والمطاط السيليكوني من أكثر مواد العزل شيوعًا، إلا أنهما يختلفان اختلافًا كبيرًا في الأداء في درجات الحرارة العالية، وخصائص العزل، والقوة الميكانيكية، وغيرها.
بشكل عام، كلاهمابولي إيثيلين مشبع بالبولي إيثيلينيُستخدم المطاط السيليكوني والمطاط السيليكوني على نطاق واسع في الكابلات الداخلية للسيارات. إذًا، ما هي المادة الأنسب لكابلات الجهد العالي في مركبات الطاقة الجديدة؟
لماذا تتطلب كابلات الجهد العالي للمركبات التي تعمل بالطاقة الجديدة مواد عزل عالية الأداء؟
تُستخدم كابلات الجهد العالي في المركبات ذات الطاقة الجديدة بشكل أساسي في حزمة البطارية والمحرك ونظام التحكم الإلكتروني ونظام الشحن، مع جهد تشغيل يتراوح من 600 فولت إلى 1500 فولت، أو حتى أعلى.
يتطلب هذا أن تحتوي الكابلات على:
1) أداء عزل ممتاز لمنع الأعطال الكهربائية وضمان السلامة.
2) مقاومة ممتازة لدرجات الحرارة العالية لتحمل بيئات التشغيل القاسية ومنع تدهور العزل.
3) مقاومة قوية للإجهادات الميكانيكية والانحناء والاهتزاز والتآكل.
4) مقاومة جيدة للتآكل الكيميائي للتكيف مع البيئات المعقدة وإطالة عمر الخدمة.
حاليًا، تُستخدم مواد XLPE أو مطاط السيليكون بشكل أساسي في عزل كابلات الجهد العالي في مركبات الطاقة الجديدة. فيما يلي مقارنة تفصيلية بين هاتين المادتين.
ومن الجدول، يمكن ملاحظة أن أداء XLPE أفضل من حيث مقاومة الجهد والقوة الميكانيكية ومقاومة الشيخوخة والتحكم في التكاليف، في حين يتمتع المطاط السيليكوني بمزايا في مقاومة درجات الحرارة العالية والمرونة.
لماذا يعد XLPE المادة المفضلة للكابلات ذات الجهد العالي في المركبات التي تعمل بالطاقة الجديدة؟
1) أداء عزل أقوى:بولي إيثيلين مشبع بالبولي إيثيلينيتميز بقوة عزل أعلى (≥30 كيلو فولت/مم)، مما يجعله أكثر مقاومة لمخاطر الأعطال الكهربائية في بيئات الجهد العالي مقارنةً بالمطاط السيليكوني. بالإضافة إلى ذلك، يتميز XLPE بفقدان عزل منخفض، مما يضمن أداءً مستقرًا على المدى الطويل، مما يجعله مناسبًا لأنظمة طاقة المركبات الجديدة.
٢) خصائص ميكانيكية أفضل: أثناء القيادة، قد تُسبب اهتزازات هيكل السيارة ضغطًا ميكانيكيًا على الكابلات. يتميز البولي إيثيلين المتشابك (XLPE) بقوة شد أعلى، ومقاومة أفضل للتآكل، ومقاومة فائقة للقطع، مما يجعله أكثر ملاءمة للاستخدام طويل الأمد، ويقلل تكاليف الصيانة مقارنةً بالمطاط السيليكوني.
٣) مقاومة أفضل للشيخوخة: يتميز البولي إيثيلين المتشابك (XLPE) بمقاومة ممتازة لشيخوخة الأشجار المائية، مما يضمن ثبات الكابل في بيئات الرطوبة العالية والمجال الكهربائي العالي. يُعد هذا أمرًا بالغ الأهمية لمركبات الطاقة الجديدة، وخاصةً في التطبيقات عالية الأحمال مثل بطاريات الجهد العالي وأنظمة الشحن السريع.
٤) مرونة متوسطة لتلبية متطلبات الأسلاك: مقارنةً بالمطاط السيليكوني، يوفر XLPE مرونة متوسطة، حيث يوازن بين مرونة الأسلاك والقوة الميكانيكية. ويُقدم أداءً ممتازًا في تطبيقات مثل حزم الجهد العالي في المركبات، وخطوط التحكم في المحركات، ووصلات البطاريات.
٥) أكثر فعالية من حيث التكلفة: يُعدّ XLPE أكثر فعالية من حيث التكلفة من مطاط السيليكون، مما يدعم الإنتاج الضخم. وقد أصبح المادة الرئيسية المستخدمة في كابلات الجهد العالي في مركبات الطاقة الجديدة.
تحليل سيناريو التطبيق: XLPE مقابل المطاط السيليكوني
تتميز مادة XLPE بمقاومتها الممتازة للجهد، وقوتها الميكانيكية، ومزايا التكلفة، وهي أكثر قدرة على المنافسة في تطبيق كابلات الجهد العالي للمركبات ذات الطاقة الجديدة.
مع استمرار تقدم تكنولوجيا المركبات ذات الطاقة الجديدة، يتم أيضًا ترقية مواد XLPE لتلبية المتطلبات الأعلى في سيناريوهات التطبيق:
1) XLPE المقاوم لدرجات الحرارة العالية (150℃-200℃): مناسب لأنظمة القيادة الكهربائية عالية الكفاءة من الجيل التالي.
2) البولي إيثيلين المترابط الخالي من الهالوجين ومنخفض الدخان (LSZH): يتوافق مع المعايير البيئية للمركبات التي تعمل بالطاقة الجديدة.
3) طبقة الحماية المحسنة: تعمل على تعزيز مقاومة التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) وتحسين التوافق الكهرومغناطيسي الشامل (EMC) للمركبة.
بشكل عام، يحتل XLPE مكانة رائدة في قطاع كابلات الجهد العالي لمركبات الطاقة الجديدة بفضل أدائه العازل الممتاز، ومقاومته للجهد، ومتانته الميكانيكية، ومزاياه من حيث التكلفة. وبينما يُعد مطاط السيليكون مناسبًا للبيئات شديدة الحرارة، فإن تكلفته العالية تجعله مناسبًا للاحتياجات الخاصة. يُعد XLPE الخيار الأمثل لكابلات الجهد العالي الشائعة في مركبات الطاقة الجديدة، ويمكن استخدامه على نطاق واسع في مجالات رئيسية مثل حزم البطاريات، وكابلات المحركات عالية الجهد، وكابلات الشحن السريع.
في سياق التطور السريع لصناعة المركبات ذات الطاقة الجديدة، ينبغي للشركات أن تأخذ في الاعتبار عوامل مثل سيناريوهات التطبيق ومتطلبات مقاومة درجة الحرارة وميزانيات التكلفة عند اختيار مواد الكابلات ذات الجهد العالي لضمان سلامة ومتانة الكابلات.
وقت النشر: ٢٨ فبراير ٢٠٢٥