مقارنة مواد كابلات الجهد العالي لمركبات الطاقة الجديدة: البولي إيثيلين المتشابك مقابل مطاط السيليكون

في مجال مركبات الطاقة الجديدة (الكهربائية، والهجينة القابلة للشحن، والهجينة)، يُعد اختيار مواد كابلات الجهد العالي أمرًا بالغ الأهمية لسلامة المركبة ومتانتها وأدائها. يُعد البولي إيثيلين المتشابك (XLPE) ومطاط السيليكون من أكثر مواد العزل شيوعًا، لكنهما يختلفان اختلافًا كبيرًا في أدائهما عند درجات الحرارة العالية، وخصائص العزل، والقوة الميكانيكية، وغيرها.

بشكل عام، كلاهماXLPEيُستخدم كل من المطاط السيليكوني والمطاط العادي على نطاق واسع في كابلات السيارات الداخلية. إذن، ما هي المادة الأنسب لكابلات الجهد العالي في مركبات الطاقة الجديدة؟

لماذا تتطلب كابلات الجهد العالي لمركبات الطاقة الجديدة مواد عزل عالية الأداء؟

تُستخدم كابلات الجهد العالي في مركبات الطاقة الجديدة بشكل أساسي لحزمة البطارية والمحرك ونظام التحكم الإلكتروني ونظام الشحن، مع جهد تشغيل يتراوح من 600 فولت إلى 1500 فولت، أو حتى أعلى من ذلك.

يتطلب ذلك أن تحتوي الكابلات على ما يلي:
1) أداء عزل ممتاز لمنع الأعطال الكهربائية وضمان السلامة.
2) مقاومة فائقة 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.

تستخدم طبقات العزل في كابلات الجهد العالي في مركبات الطاقة الجديدة حاليًا بشكل أساسي البولي إيثيلين المتشابك (XLPE) أو مطاط السيليكون. فيما يلي، سنقدم مقارنة تفصيلية بين هاتين المادتين.

من الجدول، يمكن ملاحظة أن مادة XLPE تؤدي أداءً أفضل من حيث مقاومة الجهد، والقوة الميكانيكية، ومقاومة التقادم، والتحكم في التكلفة، بينما يتمتع مطاط السيليكون بمزايا في مقاومة درجات الحرارة العالية والمرونة.

لماذا يعتبر البولي إيثيلين المتشابك (XLPE) المادة المفضلة لكابلات الجهد العالي في مركبات الطاقة الجديدة؟

1) أداء عزل أقوى: تتميز مادة العزل XLPE بقوة عزل كهربائي أعلى (≥30 كيلو فولت/مم)، مما يجعلها أكثر مقاومة لمخاطر الانهيار الكهربائي في بيئات الجهد العالي مقارنةً بمطاط السيليكون. إضافةً إلى ذلك، تتميز مادة العزل XLPE بفقد عزل كهربائي منخفض، مما يضمن أداءً مستقرًا على المدى الطويل، ويجعلها مناسبة لأنظمة الطاقة في مركبات الطاقة الجديدة.
٢) خصائص ميكانيكية أفضل: أثناء القيادة، قد تُسبب اهتزازات هيكل السيارة إجهادًا 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 من تكاليف الصيانة مقارنةً بمطاط السيليكون.
3) مقاومة أفضل للتقادم: تتميز مادة العزل XLPE بمقاومة ممتازة لتقادم التشعب المائي، مما يضمن استقرار الكابل في بيئات ذات رطوبة عالية ومجالات كهربائية قوية. وهذا أمر بالغ الأهمية لمركبات الطاقة الجديدة، لا سيما في التطبيقات ذات الأحمال العالية مثل حزم البطاريات عالية الجهد وأنظمة الشحن السريع.
4) مرونة معتدلة لتلبية متطلبات التوصيلات الكهربائية: بالمقارنة مع مطاط السيليكون، يوفر البولي إيثيلين المتشابك (XLPE) مرونة معتدلة، مما يوازن بين مرونة التوصيلات الكهربائية والقوة الميكانيكية. ويؤدي أداءً ممتازًا في تطبيقات مثل أسلاك الجهد العالي داخل المركبات، وخطوط التحكم في المحركات، ووصلات حزم البطاريات.
5) أكثر فعالية من حيث التكلفة: يُعد البولي إيثيلين المتشابك (XLPE) أكثر فعالية من حيث التكلفة من مطاط السيليكون، مما يدعم الإنتاج الضخم. وقد أصبح المادة السائدة لكابلات الجهد العالي في مركبات الطاقة الجديدة.

تحليل سيناريوهات التطبيق: البولي إيثيلين المتشابك مقابل مطاط السيليكون

تعتبر مادة XLPE، بمقاومتها الممتازة للجهد وقوتها الميكانيكية ومزاياها من حيث التكلفة، أكثر تنافسية في تطبيق كابلات الجهد العالي لمركبات الطاقة الجديدة.

مع استمرار تطور تكنولوجيا مركبات الطاقة الجديدة، يتم أيضاً تطوير مواد XLPE لتلبية المتطلبات المتزايدة في سيناريوهات التطبيق:

1) مادة XLPE المقاومة لدرجات الحرارة العالية (150 درجة مئوية - 200 درجة مئوية): مناسبة لأنظمة القيادة الكهربائية عالية الكفاءة من الجيل التالي.
2) البولي إيثيلين المتشابك منخفض الدخان والخالي من الهالوجين (LSZH): يتوافق مع المعايير البيئية لمركبات الطاقة الجديدة.
3) طبقة الحماية المحسّنة: تعزز مقاومة التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) وتحسن التوافق الكهرومغناطيسي (EMC) العام للمركبة.

بشكل عام، يحتل البولي إيثيلين المتشابك (XLPE) مكانة رائدة في قطاع كابلات الجهد العالي لمركبات الطاقة الجديدة، وذلك بفضل أدائه الممتاز في العزل، ومقاومته العالية للجهد، وقوته الميكانيكية، ومزاياه الاقتصادية. في حين أن مطاط السيليكون مناسب للبيئات ذات درجات الحرارة العالية للغاية، إلا أن ارتفاع تكلفته يجعله مناسبًا للاحتياجات الخاصة. أما بالنسبة لكابلات الجهد العالي الشائعة في مركبات الطاقة الجديدة، فيُعد البولي إيثيلين المتشابك (XLPE) الخيار الأمثل، ويمكن استخدامه على نطاق واسع في مجالات رئيسية مثل أسلاك البطاريات، وكابلات المحركات ذات الجهد العالي، وكابلات الشحن السريع.

في سياق التطور السريع لصناعة مركبات الطاقة الجديدة، ينبغي على الشركات مراعاة عوامل مثل سيناريوهات التطبيق ومتطلبات مقاومة درجات الحرارة وميزانيات التكاليف عند اختيار مواد كابلات الجهد العالي لضمان سلامة الكابلات ومتانتها.