住友電機(jī)工業(yè)有限公司開(kāi)發(fā)并生產(chǎn)了用于電動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)的高壓線束和連接器，這些產(chǎn)品已用于許多混合動(dòng)力汽車(HEV)。在過(guò)去的25年里，混合動(dòng)力汽車一直在積極發(fā)展，以防止CO2排放引起的全球變暖。不需要內(nèi)燃機(jī)的電動(dòng)汽車(電動(dòng)汽車)的發(fā)展也在加快。EV中使用的電動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)主要由高壓電池、逆變器和電機(jī)組成。本文介紹了我們?yōu)榛旌蟿?dòng)力汽車開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，也適用于電動(dòng)汽車。這些產(chǎn)品包括用于高壓電池和逆變器之間的鋁線的管道屏蔽線束，以及將逆變器連接到電機(jī)的電源線和直接連接器。

01介紹

在過(guò)去的二十年中，為了提高燃油效率和減少CO2排放，以防止全球變暖和化石燃料的枯竭，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(混合動(dòng)力汽車)和電動(dòng)汽車(ev)的發(fā)展得到了加速。特別是，混合動(dòng)力汽車迅速普及，因?yàn)楝F(xiàn)有的加油站可以用來(lái)加油。各國(guó)近期公布的內(nèi)燃機(jī)汽車禁售政策如表1所示，CO2排放法規(guī)收緊。因此，電動(dòng)汽車銷量呈現(xiàn)出如圖1所示的增長(zhǎng)趨勢(shì)。目前，預(yù)計(jì)混合動(dòng)力汽車與電動(dòng)汽車的比例將繼續(xù)居高不下。然而，非內(nèi)燃機(jī)電動(dòng)汽車的發(fā)展正在加速。因此，隨著電池和充電技術(shù)的發(fā)展，預(yù)計(jì)電動(dòng)汽車在電動(dòng)汽車銷售中的比例將會(huì)增加。

混合動(dòng)力汽車或電動(dòng)汽車的電動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)主要由高壓電池和電動(dòng)機(jī)組成。它們通過(guò)高壓線束連接在一起，以完成電力傳輸。住友電機(jī)工業(yè)有限公司已經(jīng)生產(chǎn)了近20年的高壓線束。此外，在電氣化的浪潮中，住友電機(jī)正在推動(dòng)高壓線束的開(kāi)發(fā)，以增加混合動(dòng)力汽車的電機(jī)功率，減輕重量以提高燃油效率，并進(jìn)一步應(yīng)用于電動(dòng)汽車。

表1：內(nèi)燃機(jī)汽車禁售政策

在本文中，我們描述了為混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEVs）開(kāi)發(fā)且同樣適用于電動(dòng)汽車（EVs）的以下部件的結(jié)構(gòu)和特性：電力電纜、直連連接器以及適用于鋁線的管道屏蔽線束。

圖1所示：內(nèi)燃機(jī)汽車與電動(dòng)汽車銷售比例預(yù)測(cè)

02電動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)和高壓線束

混合動(dòng)力汽車或電動(dòng)汽車的電力傳動(dòng)系統(tǒng)主要由高壓電池、逆變器和電動(dòng)機(jī)組成。如圖2所示，它們通過(guò)高壓線束相互連接。連接高壓蓄電池和逆變器的高壓線束稱為地板下線束，其線長(zhǎng)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，其線長(zhǎng)相對(duì)較短。這兩種高壓線束都需要屏蔽性能，以確保電磁噪聲不會(huì)影響周圍的電子設(shè)備。

噪聲不會(huì)影響周圍的電子設(shè)備和信號(hào)線。地板下線束布置在汽車地板下，因此保護(hù)電線免受外部損壞（如石擊）的保護(hù)器非常重要。保護(hù)器采用樹(shù)脂保護(hù)器和金屬管。

最近，由于變頻器和電機(jī)之間的距離越來(lái)越短，電源線的長(zhǎng)度也有變短的趨勢(shì)。住友電工根據(jù)這一趨勢(shì)開(kāi)發(fā)了兩種產(chǎn)品。一種是小型化、輕量化電力電纜。電力電纜的電線長(zhǎng)度從約 100 厘米減少到約 10 厘米。另一種是直接連接器，用高壓連接器直接連接變頻器和電機(jī)。這兩種產(chǎn)品的使用取決于車輛的特性。

圖2所示：HEV和電動(dòng)汽車的電動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)

03適用電動(dòng)汽車的混合動(dòng)力汽車專用產(chǎn)品

在本節(jié)中，我們將介紹已開(kāi)發(fā)的HEV產(chǎn)品，這些產(chǎn)品也適用于電動(dòng)汽車。

1?管道屏蔽線束和正負(fù)極 (PN) 連接器

如前所述，地板下線束的保護(hù)很重要。住友電工自2005年以來(lái)一直使用鋁管而不是樹(shù)脂保護(hù)器作為保護(hù)材料生產(chǎn)管屏蔽線束。(1)管屏蔽線束的特點(diǎn)之一是鋁管既起到保護(hù)作用，又起到屏蔽作用。此外，它具有良好的耐熱性和導(dǎo)熱性，并適應(yīng)利用三維彎曲工藝的管屏蔽線束的各種布局形狀等。

對(duì)于傳統(tǒng)的管屏蔽線束，通過(guò)管道插入的導(dǎo)線為銅線。然而，隨著混合動(dòng)力汽車功率的增大，需要更大的電流，導(dǎo)致導(dǎo)線截面積的增大。因此，導(dǎo)線重量的增加成為了一個(gè)問(wèn)題。從提高燃油效率的角度來(lái)看，需要減輕線材重量。為了解決這些問(wèn)題，我們開(kāi)發(fā)了一種鋁絲。用于管屏蔽線束的鋁線，既要有抗振動(dòng)的柔韌性，又要有良好的導(dǎo)電性。我們使用滿足這兩個(gè)要求的新型鋁材料實(shí)現(xiàn)了減重(圖1 (a)， (b))。

圖1：管屏蔽線束和PN連接器

另一方面，這種管道屏蔽線束中的另一個(gè)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品是一種高壓連接器，稱為PN連接器，用于逆變器側(cè)（圖1(c)）。由于大電流通過(guò)，管道屏蔽線束使用了橫截面積大的粗電線。當(dāng)車輛行駛時(shí)，安裝在車輛中的粗電線會(huì)隨著車輛的振動(dòng)而振動(dòng)。這種電線的振動(dòng)通過(guò)粗電線作用于連接器，這一作用可能會(huì)導(dǎo)致連接器的電觸點(diǎn)磨損，進(jìn)而可能導(dǎo)致端子發(fā)熱的結(jié)果。為了抑制這種振動(dòng)，有必要將電線、連接器和逆變器彼此牢固固定。然而，這可能會(huì)導(dǎo)致連接器電觸點(diǎn)的磨損，因?yàn)橛蓽囟茸兓鸬倪B接器組件的膨脹和收縮可能無(wú)法被吸收。

圖3顯示了考慮到這些因素而開(kāi)發(fā)的PN連接器。如圖3所示，盡管PN連接器具有牢固固定的結(jié)構(gòu)，柔性導(dǎo)體吸收了由于熱膨脹和收縮導(dǎo)致的組件尺寸變化。這種結(jié)構(gòu)提高了PN連接器的可靠性。

圖3所示：PN連接器尺寸變化的吸收

由于該連接器采用了一鍵式組裝結(jié)構(gòu)而非傳統(tǒng)的螺栓結(jié)構(gòu)，它在將管道屏蔽線束連接至逆變器時(shí)顯著提升了操作便利性。

2?電力電纜

如前所述，逆變器與電機(jī)之間的距離正在變得越來(lái)越短。本節(jié)描述了我們?yōu)閼?yīng)對(duì)這一趨勢(shì)而開(kāi)發(fā)的電力電纜。

該開(kāi)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（AC）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)的三根粗電線組成（總共六根粗電線），兩端連接到逆變器和電機(jī)的高壓連接器，以及用于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)之間的短距離部分，有必要減小其尺寸和重量。

在傳統(tǒng)的高壓連接器中，樹(shù)脂成型外殼被組裝到三根粗電線的兩端，并進(jìn)行密封。傳統(tǒng)電力電纜使用了兩套這樣的裝置。為了減小這種電力電纜的尺寸，我們采用了六相一體成型技術(shù)（圖4），在該技術(shù)中，六根電線一次進(jìn)行插入成型。因此，避免了使用橡膠密封，并且兩套電力電纜被整合為一體的結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)了小型化。

圖4所示：六相整體成型技術(shù)概念示意圖

在傳統(tǒng)電力電纜的屏蔽層中，電線由管狀編織屏蔽包裹。因此，由于屏蔽層的端子連接，電力電纜的尺寸減小受到了限制。這次，我們利用適用于短距離的優(yōu)勢(shì)，采用了布狀屏蔽材料。結(jié)果，我們實(shí)現(xiàn)了新型電力電纜的尺寸和重量減少（照片2）。

照片2：銅編織屏蔽

這些縮小尺寸和減輕重量的措施，使得開(kāi)發(fā)出照片3中所示的電力電纜成為可能，該電纜可以安裝在狹窄且有限的空間內(nèi)。

照片3：電力電纜的外觀

3?直接連接器

在本節(jié)中，我們描述了一種直連連接器，它使用高壓連接器直接連接逆變器和電機(jī)。

隨著車輛布局的趨勢(shì)，將逆變器直接安裝在電機(jī)上方。為了提高汽車裝配廠的工作效率，一直需求一種技術(shù)，能夠在不使用電纜的情況下，在將逆變器安裝到電機(jī)上方的同時(shí)連接逆變器和電機(jī)。作為解決方案，我們開(kāi)發(fā)了直連連接器，其中高壓連接器分別集成到逆變器和電機(jī)中（照片4）。

圖4所示：直連連接器外觀

為了在將逆變器安裝到電機(jī)上方的同時(shí)連接逆變器和電機(jī)，需要高精度的對(duì)齊。然而，在精細(xì)調(diào)整的同時(shí)安裝重型逆變器是困難的。因此，逆變器和電機(jī)的高壓連接器應(yīng)該能夠基于粗略對(duì)齊就相互配對(duì)。為了響應(yīng)這一要求，采用了兩步引導(dǎo)結(jié)構(gòu)。第一步是當(dāng)逆變器向電機(jī)移動(dòng)時(shí)連接器配對(duì)的初始階段。我們?cè)谀孀兤魍鈿ど显O(shè)置了定位引腳，調(diào)整了引腳的形狀，并設(shè)置了適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)余量，從而在避免高壓連接器干擾的同時(shí)實(shí)現(xiàn)最佳定位(圖5)。

圖5所示：逆變器和電機(jī)安裝操作(第一步)

第二步是端子接合開(kāi)始前的階段。在這一階段，端子接合需要進(jìn)一步的高精度對(duì)齊。為了滿足這一要求，在電機(jī)側(cè)的高壓連接器上設(shè)置了引導(dǎo)部件。同時(shí)，逆變器側(cè)的高壓連接器采用了浮動(dòng)結(jié)構(gòu)。這些措施使得自對(duì)齊成為可能。此外，在逆變器側(cè)的高壓連接器內(nèi)部應(yīng)用了柔性導(dǎo)體，以吸收由于自對(duì)齊導(dǎo)致的逆變器內(nèi)部的螺栓端子連接位置產(chǎn)生的間隙（圖6）。這些措施使得兩個(gè)高壓連接器能夠通過(guò)一次動(dòng)作和一個(gè)螺栓緊固來(lái)實(shí)現(xiàn)配對(duì)。結(jié)果，安裝逆變器和配對(duì)高壓連接器的操作性得到了極大的改善。

圖6所示：高壓連接器配合(第二步)

04設(shè)計(jì)說(shuō)明

本文報(bào)道的所有產(chǎn)品都是考慮到電動(dòng)汽車的應(yīng)用而開(kāi)發(fā)的。此外，它們還有助于減小產(chǎn)品的尺寸和重量，提高汽車裝配廠的產(chǎn)品可靠性和可加工性。它們已經(jīng)被安裝在大規(guī)模生產(chǎn)的混合動(dòng)力汽車上。