新エネルギー向け高電圧配線ハーネスにおけるアルミ電線の応用

電気自動車（EV）、ハイブリッド電気自動車（HEV/PHEV）、そしてエネルギー貯蔵システムの急速な普及に伴い、車両の電気アーキテクチャは高電圧、高電流、高電力密度へと進化しています。車両の軽量化とコスト削減を図りながら性能を向上させるためには、従来の銅製ワイヤーハーネスでは、新エネルギーシステムの全体最適化要件を満たすことが徐々に困難になりつつあります。

こうした背景から、「アルミ電線高電圧ワイヤーハーネス」は、大手OEM、バッテリーメーカー、そして高電圧配電会社にとって重要な投資分野となっています。

本稿では、新エネルギー高電圧ワイヤーハーネス分野におけるアルミ電線の価値を体系的に解説し、材料特性、電気性能、信頼性工学、適用シナリオ、よくある誤解、そして将来の動向を網羅します。

Ⅰ.新エネルギー車がアルミ電線を使い始めているのはなぜですか？

1. 大幅な減量効果

アルミニウムの密度は銅の約30%であるため、同じ電流容量であればワイヤーハーネスの重量を35～50%削減できます。

充電システム、高電圧配電ボックス、PTCヒーター、3in1電動駆動装置など、数百ものHVブランチを備えた新エネルギー車の場合、軽量化によって航続距離を大幅に向上させることができます。

2. より競争力のある材料コスト

アルミニウムの原材料価格は銅の約1/3から1/2です。車両に数十メートルもの高電圧配線が敷設されていることを考えると、高電圧ワイヤーハーネスのコストを20～40%削減できます。

3. 抵抗はわずかに高いが、構造変更で補える

アルミ線は銅線よりも抵抗が大きいですが、断面積の増加、多重撚線構造の使用、表面メッキなどの方法により、400V/800V プラットフォームの電流容量要件を十分に満たすことができます。

4.大電流・長距離伝送に適している

アルミニウムは、高電流密度と長距離伝送において安定した性能を発揮するため、EVのメインバスとバッテリーパック間の長距離HVラインに適しています。

II. 高電圧ワイヤーハーネスにおけるアルミ電線の主要な技術的側面

1. 導体構造：アルミ線は単に「材質を変える」だけの問題ではない

新エネルギー車に使用されるアルミ線は、一般的に次の 3 つのカテゴリに分類されます：

• AA-8000シリーズ 自動車用アルミニウム合金導体
• 撚線アルミニウム導体
• 銅被覆アルミニウム（CCA）は、主電流分岐以外の高電圧信号検知に使用されます。

家庭の装飾に使用される従来のアルミ線と比較して、自動車グレードのアルミ合金にはシリコンや鉄などの微量元素が組み込まれており、柔軟性とせん断耐性が向上しています。

2. コネクタ端子技術：アルミ電線配線における最大の課題

アルミニウムは酸化しやすく、硬度が低く、大きなクリープを示すため、端子はアルミニウムワイヤーハーネスの安全性を決定する上で非常に重要です。

業界の一般的なソリューションには次のようなものがあります。

• アルミ電線の腐食防止用錫メッキAl端子
• アルミニウムと銅の異種金属間の摩擦圧接
• 超音波Al接合
• アルミニウムと銅の接合プレート用バスバー接続技術

これらのテクノロジーの目的:

• 接触抵抗を低減
• 酸化による発熱を防止
• 長寿命・耐振動性の向上
• 高電圧環境下における局所的なアーク放電を防止

3. 絶縁材料とシース構造の適合性

アルミ線は一般的に以下の用途に使用されます。

• XLPE（架橋ポリエチレン）
• ETFE/XL-FEP
• 耐熱性TPE

その理由は、アルミ線の放熱性能が銅線と異なるため、絶縁厚さと絶縁強度を維持するために、より安定した絶縁材料が必要になるからです。

4. EMCシールドと高電圧安全設計

HV（高電圧オレンジ）送電線に使用されるアルミ線は主に高放射線エリアに設置されるため、徹底した遮蔽が必要です。

一般的な方法:

• アルミニウム-マグネシウム合金編組シールド
• 銅編組シールド + アルミニウム導体複合シールド
• 外部アルミ箔による全体シールド層

シールドの完全性は、OBC/DC-DC/モーター コントローラーの耐干渉機能に直接影響します。

III. 新エネルギー車におけるアルミ電線の典型的な応用シナリオ

1. バッテリーパック高電圧メインケーブル（バッテリーHVケーブル）

バッテリー パック、配電ボックス、急速充電ポートを接続するために使用される、これはアルミ線の最も成熟したアプリケーション シナリオです。

2. 800Vプラットフォームの高電流パス

高出力 3 in 1 電気駆動システムではケーブル断面積に対する要件が厳しく、アルミ線が大きな利点をもたらします。

3. OBC（オンボード充電器）とPDU（配電ユニット）

長距離高電圧バスバーの場合、アルミニウム線を使用するとコストと重量が削減されます。

4. 高出力熱管理システム

PTC ヒーターやバッテリー ヒート ポンプ システムの高電圧分岐には、アルミ線が徐々に使用されるようになっています。

IV. よくある誤解: アルミ線は銅線よりも安全性が低いのでしょうか?

誤解1: アルミ線は簡単に切れる。

Hyundai AA-8000 シリーズアルミニウム合金は、引張強度と柔軟性の点で自動車グレードの要件を完全に満たしています。

誤解2: アルミニウム線は酸化しやすい。

これは、スズメッキ、耐腐食性端子の使用、O リングのシールによって完全に解決できます。

誤解3: アルミ線はより多くの熱を発生します。

発熱は接触抵抗に依存します。適切な端子処理と圧着技術により、アルミ線の動作温度は銅線と同等になります。

誤解4：アルミ線は高電圧には適していない

実際、高電圧ケーブルはアルミニウムが優れている分野です (例: 送電線の 99% にアルミニウムが使用されています)。

V. アルミ高電圧配線ハーネスの試験および検証プロセス

自動車グレードの要件を満たすには、アルミニウム配線ハーネスは通常、次のテストに合格する必要があります。

• ISO 6722-1 / 6722-2 ケーブル試験
• LV216 / LV214 高電圧ハーネス規格
• 振動耐久性：100～200時間 クラスVI
• 温度サイクル：-40℃～150℃
• 塩水噴霧腐食：500時間以上
• 長期接触インピーダンスモニタリング
• 高電圧アーク耐性試験 (HVIL)
• 熱衝撃および耐湿熱試験

これらの検証により、アルミ線高電圧ハーネスの長期安定性が保証されます。

VI. 銅線代替アルミ線の動向展望

高電圧プラットフォーム、急速充電、高出力電動駆動の開発に伴い、アルミ線高電圧ハーネスは新エネルギー車の中核技術の 1 つになります。

VII. アルミ高電圧ワイヤーハーネスのエンジニアリング製造：専門工場との連携の重要性

アルミ高電圧ワイヤーハーネスの開発は、端子圧着方法、異種金属接続、絶縁材のマッチング、振動寿命、塩水噴霧腐食対策など、極めて高度なエンジニアリングを伴います。そのため、多くの新エネルギー車メーカーは、WIRE HARNESS ASSEMBLY（Kaweei傘下のワイヤーハーネスカスタマイズ専門工場）など、アルミワイヤーハーネス製造工程の経験豊富なサプライヤーと提携しています。これらの工場は、摩擦圧接、超音波金属溶接、大電流端子圧着検証、耐電圧試験などの設備を備えており、400V/800V環境下におけるアルミ高電圧ワイヤーハーネスの長期安定稼働を保証しています。

Ⅷ.結論

新エネルギー車の高電圧ワイヤーハーネスにアルミ線を採用することは、単に「材料の置き換え」ではなく、材料工学、電気接続技術、安全基準、車両構造にわたる協調開発の結果です。

OEMにとって、アルミ電線はコスト削減と軽量化の実現に貢献します。サプライチェーンにとって、アルミ電線端子、摩擦圧接、超音波溶接といった技術は、競争優位性の中核となります。

800V急速充電時代の到来により、アルミ電線はもはや「代替品」ではなく、高電圧システムの主流ソリューションの一つとなるでしょう。