電動與混合動力汽車的線束和連接器
發(fā)布時間：07/08 —— 2022
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在過去的二十年里，為了提高燃料效率和減少二氧化碳排放，以防止全球變暖和化石燃料枯竭，加速了混合動力電動汽車(HEV)和電動汽車(EVS)的發(fā)展。特別是，混合動力汽車迅速蔓延，因為現(xiàn)有的汽油服務站可以用于加油。最近在每個國家公布的內燃機車銷售禁令政策如表1所示，CO2排放條例已經(jīng)收緊。因此，電氣化車輛的銷售顯示出增長，如圖1所示。目前，預測混合動力汽車與電氣化車輛的比率將繼續(xù)很高。然而，沒有內燃機的EVs的發(fā)展正在加速。因此，隨著電池和充電技術的發(fā)展，電動汽車在電動汽車銷售中的百分比預計將增加。電動汽車或電動汽車的電動傳動系統(tǒng)主要由高壓電池和電機組成。它們通過高壓線束連接以進行功率傳輸。住友電氣工業(yè)有限公司生產(chǎn)這些高壓線束已有近20年。(1)-(4) 此外，在電氣化的浪潮中，住友電氣正在推動高壓線束的發(fā)展，因為HEV的電機功率越來越大，為了提高燃料效率而減少重量，并進一步應用于EVS。
本文描述了為HEVs開發(fā)的、也可用于EVs的以下部件的結構和特性：適用于鋁線的電力電纜、直接連接器和管道屏蔽線束。電動汽車或電動汽車的電動傳動系統(tǒng)主要由高壓電池、逆變器和電機組成。如圖2所示,它們之間用高壓線束相互連接。連接高壓電池和逆變器的高壓線束稱為地板下線束，其電線長度相對較長。連接逆變器和電機的高壓線束稱為電力電纜，其電線長度相對較短。兩個高壓線束要求屏蔽性能，使電磁噪聲不影響其周圍的電子設備和信號線。地板下的線束設置在車輛的地板下，因此保護電線免受外部損壞，如石屑是非常重要的。保護器采用樹脂保護器和金屬管道。近年來，由于逆變器與電機的距離越來越短，電力電纜的長度逐漸變短。住友電氣基于這一趨勢開發(fā)了兩種產(chǎn)品。一種是縮小和重量減少的電力電纜。電力電纜的電線長度從大約100厘米減少到大約10厘米。另一種是直接連接器，直接將逆變器和電機與高壓連接器連接。這兩種產(chǎn)品的使用取決于車輛的特點。3. 開發(fā)了適用于電動汽車的HEV產(chǎn)品在本節(jié)中，我們介紹了開發(fā)的HEV產(chǎn)品，這些產(chǎn)品也適用于EVs。正如前面提到的，保護地板下的線束是很重要的。自2005年以來，住友電氣一直在生產(chǎn)管道屏蔽線束，使用除樹脂保護器以外的鋁管作為保護材料。(1)管道屏蔽線束的特點之一是鋁管既起保護作用，又起屏蔽作用。此外，它具有良好的耐熱性和導熱性，并適應各種布局形狀的管道屏蔽線束利用三維彎曲過程等。(3),(4)對于傳統(tǒng)的管道屏蔽線束，插入管道的電線是銅的電線。然而，由于HEV的功率增加，需要更大的電流，從而導致導線截面面積的增大。因此，電線重量增加成為一個問題。從提高燃油效率的角度來看，需要降低電線重量。為了解決這些問題，我們開發(fā)了一種鋁線。管道屏蔽線束的鋁線既需要承受振動的柔性電阻，又需要良好的導電性。我們已經(jīng)實現(xiàn)了重量減少使用新的鋁材料滿足這兩個要求(照片1(A)，(B))。另一方面，這種管道屏蔽線束中的另一種開發(fā)產(chǎn)品是高壓連接器，稱為PN連接器，用于逆變側(照片1(C))。由于大電流流過管道屏蔽線束，所以使用了具有較大橫截面積的粗線。當車輛行駛時，安裝在車輛上的粗線與車輛的振動有關。這種電線振動通過粗線作用于連接器。因此，這種作用可能導致連接器的電氣觸點磨損，這可能導致端子的熱產(chǎn)生。為了抑制這種振動，必須嚴格地將電線、連接器和逆變器固定在一起。然而，這可能導致連接器電氣觸點的磨損，因為溫度變化引起的連接器部件的膨脹和收縮可能不會被吸收。圖3顯示了考慮到這些因素而開發(fā)的PN連接器。如圖所示。雖然PN連接器具有剛性固定結構，但柔性導體吸收了由于熱膨脹和收縮而引起的元件尺寸變化。這種結構提高了PNl連接器的可靠性。由于連接器采用一觸式裝配結構，而不是傳統(tǒng)的螺栓結構，它大大提高了連接管道屏蔽線束到逆變器的工作性能。如前所述，逆變器和電機之間的距離越來越短。本節(jié)描述了我們開發(fā)的電力電纜，作為應對這一趨勢的措施之一。本開發(fā)目標車輛的電力電纜連接逆變器和兩個三相交流電機（ 一個用于驅動車輛， 另一個用于發(fā)電）。電力電纜由每臺電機的三根粗線組成（共六根粗線），兩端連接逆變器和電機的高壓連接器，以及屏蔽電磁噪聲的屏蔽層。為了將這種電力電纜應用于逆變器和電機之間的短距離段，有必要減小其尺寸和在傳統(tǒng)的高壓連接器中，樹脂模壓外殼被組裝到具有密封的三根粗線的兩端。傳統(tǒng)的電力電纜使用了兩套。為了減小這種電力電纜的尺寸，我們采用了六一次處理。因此，避免了橡膠密封的使用，并將兩套電力電纜集成在一起。從而實現(xiàn)小型化。在常規(guī)電力電纜的屏蔽層中，導線由管狀編織屏蔽包裹。因此，由于屏蔽層的終端連接，電力電纜的尺寸減小受到限制。這一次，我們采用了布狀屏蔽材料，利用短距離的應用。因此，我們減少了新的電力電纜的尺寸和重量（照片2）。這些縮小和減輕重量的措施使開發(fā)照片3所示的電力電纜成為可能，該電纜可以安裝到狹窄和有限的空間。
在本節(jié)中，我們描述了一個直接連接器，它直接將逆變器和電機與高壓連接器連接起來。作為一種車輛布局，有一種趨勢是將逆變器直接安裝在電機的頂部。為了提高汽車裝配廠的工作能力，有一種技術需要能夠在不使用電纜的情況下將逆變器與電機同時安裝在電機上。作為解決方案，我們開發(fā)了直接連接器，其中高壓連接器分別集成到逆變器和電機（照片4）。為了連接逆變器和電機，同時安裝在電機頂部，需要高精度的對準。然而，在進行精細調整的同時，很難安裝重型逆變器。因此，逆變器和電機的高壓連接器應該能夠在粗糙對準的基礎上相互匹配。為了滿足這一要求，采用了兩步導向結構。第一步是當逆變器向電機移動時，連接器匹配的初始階段。我們在逆變器外殼上設置定位銷，調整銷的形狀，并設置適當?shù)膶蛟６?，以達到最佳定位，同時避免高壓連接器的干擾(圖5).第二步是在終端訂婚開始之前的階段。在這個階段，需要進一步的高精度對準終端接合。為了滿足這一要求，在電機側的高壓連接器上設置了導向部件。并對逆變器側高壓連接器采用浮動結構。這些措施使自對準成為可能。此外，在逆變器側的高壓連接器內施加柔性導體，以吸收由于逆變器內部的運動而在螺栓端子連接位置產(chǎn)生的間隙逆變器上的連接器由自對準(圖6)。這些措施使兩個高壓連接器可以在一個運動和一個螺栓緊固。因此，安裝逆變器和配套高壓連接器的工作性能得到了很大的提高。本文報道的所有產(chǎn)品都是考慮到EVS的應用而開發(fā)的。此外，它們還有助于減少產(chǎn)品的尺寸和重量，提高汽車裝配廠的產(chǎn)品可靠性和工作性。它們已經(jīng)安裝在HEVS中進行批量生產(chǎn)。
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