電動(dòng)與混合動(dòng)力汽車的線束和連接器
發(fā)布時(shí)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(dòng)力電動(dòng)汽車(HEV)和電動(dòng)汽車(EVS)的發(fā)展。特別是，混合動(dòng)力汽車迅速蔓延，因?yàn)楝F(xiàn)有的汽油服務(wù)站可以用于加油。最近在每個(gè)國(guó)家公布的內(nèi)燃機(jī)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(zhǎng)，如圖1所示。目前，預(yù)測(cè)混合動(dòng)力汽車與電氣化車輛的比率將繼續(xù)很高。然而，沒有內(nèi)燃機(jī)的EVs的發(fā)展正在加速。因此，隨著電池和充電技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)汽車在電動(dòng)汽車銷售中的百分比預(yù)計(jì)將增加。電動(dòng)汽車或電動(dòng)汽車的電動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)主要由高壓電池和電機(jī)組成。它們通過高壓線束連接以進(jìn)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(dòng)高壓線束的發(fā)展，因?yàn)镠EV的電機(jī)功率越來越大，為了提高燃料效率而減少重量，并進(jìn)一步應(yīng)用于EVS。
| 內(nèi)燃機(jī)車銷售禁令的預(yù)定時(shí)刻 |
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圖1. 內(nèi)燃機(jī)車和電氣化車銷售比例預(yù)測(cè)本文描述了為HEVs開發(fā)的、也可用于EVs的以下部件的結(jié)構(gòu)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。2. 電動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)和高電壓線束電動(dòng)汽車或電動(dòng)汽車的電動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)主要由高壓電池、逆變器和電機(jī)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(zhǎng)度相對(duì)較長(zhǎng)。連接逆變器和電機(jī)的高壓線束稱為電力電纜，其電線長(zhǎng)度相對(duì)較短。兩個(gè)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(shè)備和信號(hào)線。地板下的線束設(shè)置在車輛的地板下，因此保護(hù)電線免受外部損壞，如石屑是非常重要的。保護(hù)器采用樹脂保護(hù)器和金屬管道。近年來，由于逆變器與電機(jī)的距離越來越短，電力電纜的長(zhǎng)度逐漸變短。住友電氣基于這一趨勢(shì)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(zhǎng)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(jī)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(diǎn)。圖2. 電動(dòng)汽車和電動(dòng)汽車的傳動(dòng)系統(tǒng)3. 開發(fā)了適用于電動(dòng)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。3-1 管道屏蔽線束和正負(fù)極(PN)連接器*1正如前面提到的，保護(hù)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(hù)器以外的鋁管作為保護(hù)材料。(1)管道屏蔽線束的特點(diǎn)之一是鋁管既起保護(hù)作用，又起屏蔽作用。此外，它具有良好的耐熱性和導(dǎo)熱性，并適應(yīng)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(duì)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(dǎo)致導(dǎo)線截面面積的增大。因此，電線重量增加成為一個(gè)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(dòng)的柔性電阻，又需要良好的導(dǎo)電性。我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了重量減少使用新的鋁材料滿足這兩個(gè)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(cè)(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(dāng)車輛行駛時(shí)，安裝在車輛上的粗線與車輛的振動(dòng)有關(guān)。這種電線振動(dòng)通過粗線作用于連接器。因此，這種作用可能導(dǎo)致連接器的電氣觸點(diǎn)磨損，這可能導(dǎo)致端子的熱產(chǎn)生。為了抑制這種振動(dòng)，必須嚴(yán)格地將電線、連接器和逆變器固定在一起。然而，這可能導(dǎo)致連接器電氣觸點(diǎn)的磨損，因?yàn)闇囟茸兓鸬倪B接器部件的膨脹和收縮可能不會(huì)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(jié)構(gòu)，但柔性導(dǎo)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(jié)構(gòu)提高了PNl連接器的可靠性。由于連接器采用一觸式裝配結(jié)構(gòu)，而不是傳統(tǒng)的螺栓結(jié)構(gòu)，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(jī)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(yīng)對(duì)這一趨勢(shì)的措施之一。本開發(fā)目標(biāo)車輛的電力電纜連接逆變器和兩個(gè)三相交流電機(jī)（ 一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)車輛， 另一個(gè)用于發(fā)電）。電力電纜由每臺(tái)電機(jī)的三根粗線組成（共六根粗線），兩端連接逆變器和電機(jī)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(yīng)用于逆變器和電機(jī)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，我們采用了六相整體成型技術(shù)(圖。4)六根電線的插入成型一次處理。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(shí)現(xiàn)小型化。在常規(guī)電力電纜的屏蔽層中，導(dǎo)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(yīng)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(gè)直接連接器，它直接將逆變器和電機(jī)與高壓連接器連接起來。作為一種車輛布局，有一種趨勢(shì)是將逆變器直接安裝在電機(jī)的頂部。為了提高汽車裝配廠的工作能力，有一種技術(shù)需要能夠在不使用電纜的情況下將逆變器與電機(jī)同時(shí)安裝在電機(jī)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(jī)（照片4）。為了連接逆變器和電機(jī)，同時(shí)安裝在電機(jī)頂部，需要高精度的對(duì)準(zhǔn)。然而，在進(jìn)行精細(xì)調(diào)整的同時(shí)，很難安裝重型逆變器。因此，逆變器和電機(jī)的高壓連接器應(yīng)該能夠在粗糙對(duì)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上相互匹配。為了滿足這一要求，采用了兩步導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。第一步是當(dāng)逆變器向電機(jī)移動(dòng)時(shí)，連接器匹配的初始階段。我們?cè)谀孀兤魍鈿ど显O(shè)置定位銷，調(diào)整銷的形狀，并設(shè)置適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向裕度，以達(dá)到最佳定位，同時(shí)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(gè)階段，需要進(jìn)一步的高精度對(duì)準(zhǔn)終端接合。為了滿足這一要求，在電機(jī)側(cè)的高壓連接器上設(shè)置了導(dǎo)向部件。并對(duì)逆變器側(cè)高壓連接器采用浮動(dòng)結(jié)構(gòu)。這些措施使自對(duì)準(zhǔn)成為可能。此外，在逆變器側(cè)的高壓連接器內(nèi)施加柔性導(dǎo)體，以吸收由于逆變器內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)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(duì)準(zhǔn)(圖6)。這些措施使兩個(gè)高壓連接器可以在一個(gè)運(yùn)動(dòng)和一個(gè)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(bào)道的所有產(chǎn)品都是考慮到EVS的應(yīng)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(jìn)行批量生產(chǎn)。2極連接正/負(fù)端子的連接器高壓電池和逆變器。
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