Por quanyu lee
2025-03-21 07:16:21
Aplicación de alambre de aluminio en arneses de cableado de alta tensión para nuevas energías.
Con la rápida expansión de los vehículos eléctricos (VE), los vehículos eléctricos híbridos (VEH/VEH) y los sistemas de almacenamiento de energía, la arquitectura eléctrica de los vehículos está evolucionando hacia un mayor voltaje, una mayor corriente y una mayor densidad de potencia. Para mejorar el rendimiento y, al mismo tiempo, reducir el peso y el costo de los vehículos, los arneses de cableado de cobre tradicionales resultan cada vez más insuficientes para cumplir con los requisitos de optimización de los nuevos sistemas energéticos.
En este contexto, los "arneses de cableado de alta tensión con alambre de aluminio" se han convertido en un área clave de inversión para los principales fabricantes de equipos originales (OEM), fabricantes de baterías y empresas de distribución de energía de alta tensión.
Este artículo explicará sistemáticamente el valor del alambre de aluminio en el campo de los arneses de cableado de alta tensión para nuevas energías, abarcando las propiedades del material, el rendimiento eléctrico, la ingeniería de confiabilidad, los escenarios de aplicación, las ideas erróneas comunes y las tendencias futuras.
I. ¿Por qué los vehículos de nueva energía están empezando a utilizar cables de aluminio?
1. Beneficios significativos en la reducción de peso
Aluminum has a density approximately 30% that of copper, allowing for a 35-50% reduction in wiring harness weight for the same current capacity.
For new energy vehicles containing hundreds of HV branches, including charging systems, high-voltage distribution boxes, PTC heaters, and three-in-one electric drives, weight reduction can significantly improve driving range.
2. Costes de materiales más competitivos
El precio de la materia prima de aluminio es aproximadamente entre un tercio y la mitad del de cobre. Teniendo en cuenta los metros de cableado de alta tensión que hay en un vehículo, esto puede suponer un ahorro del 20 al 40 % en los costes del mazo de cables.
3. Resistencia ligeramente superior, pero compensable mediante modificación estructural.
Aunque el cable de aluminio tiene una resistencia mayor que el cobre, los requisitos de conducción de corriente de las plataformas de 400 V/800 V se pueden satisfacer completamente mediante métodos como el aumento del área de la sección transversal, el uso de estructuras trenzadas de múltiples hilos y el revestimiento superficial.
4. Más adecuado para transmisiones de alta corriente y larga distancia
El aluminio presenta un rendimiento estable en alta densidad de corriente y transmisión a larga distancia, lo que lo hace adecuado para líneas de alta tensión de larga distancia entre el bus principal y el paquete de baterías en vehículos eléctricos.
II. Aspectos técnicos clave del cable de aluminio en mazos de cables de alta tensión
1. Estructura del conductor: El cable de aluminio no es simplemente una cuestión de "cambiar los materiales".
Los cables de aluminio utilizados en los vehículos de nueva energía generalmente se clasifican en las siguientes tres categorías:
- Conductores de aleación de aluminio para automoción serie AA-8000
- Conductores de aluminio trenzados
- El aluminio revestido de cobre (CCA) se utiliza para la detección de alta tensión relacionada con la señal en ramas de corriente no principales.
En comparación con los alambres de aluminio tradicionales utilizados en la decoración del hogar, las aleaciones de aluminio de grado automotriz incorporan oligoelementos como silicio y hierro, lo que les confiere mayor flexibilidad y resistencia al corte.
2. Tecnología de terminales de conectores: El mayor desafío en el cableado de alambre de aluminio
Aluminium is prone to oxidation, has low hardness, and exhibits significant creep; therefore, terminals are crucial in determining the safety of aluminium wire harnesses.
Entre las soluciones comunes del sector se incluyen:
- Terminal de aluminio estañado para protección contra la corrosión de cables de aluminio
- Soldadura por fricción de aluminio a cobre (metales disímiles)
- Unión ultrasónica de aluminio
- Tecnología de conexión de barras colectoras para placas de transición de aluminio a cobre
El propósito de estas tecnologías:
- Reduce la resistencia de contacto
- Evita la generación de calor por oxidación
- Mejora la resistencia a las vibraciones a largo plazo
- Previene la formación de arcos eléctricos localizados en condiciones de alto voltaje
3. Compatibilidad entre el material aislante y la estructura de la vaina
El alambre de aluminio se usa comúnmente:
- XLPE (polietileno reticulado)
- ETFE/XL-FEP
- TPE resistente a altas temperaturas
La razón es que el cable de aluminio tiene un rendimiento de disipación de calor diferente al del cobre, lo que requiere un material aislante más estable para mantener el espesor del aislamiento y la rigidez dieléctrica.
4. Diseño de blindaje EMC y seguridad de alto voltaje
Los cables de aluminio utilizados en las líneas de transmisión de alta tensión (HV) se encuentran principalmente en áreas de alta radiación, lo que requiere un blindaje exhaustivo.
Métodos comunes:
- Blindaje trenzado de aleación de aluminio y magnesio
- Blindaje trenzado de cobre + blindaje compuesto de conductor de aluminio
- Capa de blindaje exterior de lámina de aluminio
La integridad del blindaje afecta directamente a la capacidad antiinterferencias de los controladores OBC/DC-DC/de motor.
III. Escenarios de aplicación típicos de los cables de aluminio en vehículos de nueva energía
1. Cable principal de alto voltaje del paquete de baterías (cable HV de la batería)
Utilizado para conectar el paquete de baterías, la caja de distribución y el puerto de carga rápida, este es el escenario de aplicación más maduro para los cables de aluminio.
2. Plataforma de 800 V con ruta de alta corriente
Los sistemas de accionamiento eléctrico tres en uno de alta potencia tienen altos requisitos de sección transversal del cable, donde el alambre de aluminio ofrece ventajas significativas.
3. OBC (Cargador a bordo) y PDU (Unidad de distribución de energía)
Para barras colectoras de alta tensión de largo recorrido, el cable de aluminio ahorra costes y peso.
4. Sistema de gestión térmica de alta potencia
Los cables de aluminio se están utilizando gradualmente en las ramas de alto voltaje de los calentadores PTC y los sistemas de bombas de calor con baterías.
IV. Ideas erróneas comunes: ¿Son los cables de aluminio menos seguros que los de cobre?
Idea errónea 1: Los cables de aluminio se rompen fácilmente.
Las aleaciones de aluminio de la serie AA-8000 de Hyundai cumplen plenamente con los requisitos de grado automotriz en términos de resistencia a la tracción y flexibilidad.
Idea errónea 2: Los cables de aluminio se oxidan fácilmente.
Esto se puede solucionar completamente mediante el estañado, el uso de terminales resistentes a la corrosión y juntas tóricas de sellado.
Idea errónea 3: Los cables de aluminio generan más calor.
La generación de calor depende de la resistencia de contacto. Un buen procesamiento de terminales y técnicas de crimpado pueden hacer que la temperatura de funcionamiento de los cables de aluminio sea comparable a la de los cables de cobre.
Idea errónea 4: El cable de aluminio no es apto para alto voltaje.
De hecho, los cables de alta tensión son un área donde el aluminio destaca (por ejemplo, el 99% de las líneas de transmisión de energía utilizan aluminio).
V. Proceso de prueba y verificación de arneses de cableado de aluminio de alta tensión
Para cumplir con los requisitos de grado automotriz, los arneses de cableado de aluminio generalmente deben superar las siguientes pruebas:
- Ensayos de cables según ISO 6722-1 / 6722-2
- Normas de arneses de alta tensión LV216 / LV214
- Durabilidad ante vibraciones: 100–200 h, Clase VI
- Ciclos de temperatura: –40 °C a 150 °C
- Corrosión por niebla salina: más de 500 h
- Monitoreo a largo plazo de la impedancia de contacto
- Prueba de resistencia al arco de alto voltaje (HVIL)
- Prueba de choque térmico y calor húmedo
Estas verificaciones garantizan la estabilidad a largo plazo del arnés de alta tensión de cable de aluminio.
VI. Perspectivas sobre la tendencia del alambre de aluminio a sustituir al alambre de cobre
| Dirección técnica | Tendencia |
| Plataforma 800V | La proporción de alambre de aluminio está aumentando rápidamente. |
| Alta corriente de carga | El alambre de aluminio de gran sección transversal se está convirtiendo en tendencia. |
| Sistema de gestión térmica de baterías | El alambre de aluminio se utiliza a menudo para reducir el peso. |
| Regulaciones ligeras | Promover la adopción generalizada de materiales de aluminio en los sistemas de vehículos |
| Tecnología de unión de metales disímiles | Esto reducirá aún más el riesgo de fallo del cable de aluminio. |
Con el desarrollo de plataformas de alto voltaje, carga rápida y accionamientos eléctricos de alta potencia, los arneses de alto voltaje con cable de aluminio se convertirán en una de las tecnologías clave para los vehículos de nueva energía.
VII. Fabricación de arneses de cableado de aluminio de alta tensión: La importancia de colaborar con fábricas especializadas
El desarrollo de arneses de cableado de aluminio de alta tensión implica una complejidad de ingeniería extremadamente alta, que incluye métodos de crimpado de terminales, conexiones de metales diferentes, compatibilidad de materiales aislantes, resistencia a la vibración y protección contra la corrosión por niebla salina. Por ello, muchos fabricantes de vehículos de nueva energía colaboran con proveedores con experiencia en la fabricación de arneses de cableado de aluminio, como WIRE HARNESS ASSEMBLY (una fábrica especializada en la personalización de arneses de cableado perteneciente a Kaweei). Estas fábricas suelen contar con capacidades como soldadura por fricción, soldadura ultrasónica de metales, verificación del crimpado de terminales de alta corriente y pruebas de resistencia a la tensión, lo que garantiza el funcionamiento estable a largo plazo de los arneses de cableado de aluminio de alta tensión en condiciones de 400 V/800 V.
VIII. Conclusión
La aplicación de alambre de aluminio en los arneses de cableado de alto voltaje para vehículos de nuevas energías no es simplemente una cuestión de "sustitución de material", sino más bien el resultado de un desarrollo coordinado entre la ingeniería de materiales, la tecnología de conexión eléctrica, las normas de seguridad y la arquitectura del vehículo.
Para los fabricantes de equipos originales (OEM), el alambre de aluminio reduce los costos y mejora las capacidades de aligeramiento; para la cadena de suministro, tecnologías como los terminales de alambre de aluminio, la soldadura por fricción y la soldadura ultrasónica son ventajas competitivas fundamentales.
Con la llegada de la era de la carga rápida de 800 V, el cable de aluminio ya no será un "sustituto", sino una de las soluciones principales para los sistemas de alto voltaje.
