CN113808794A - 一种大型电驱车辆轻质化高屏蔽电缆设计及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型电驱车辆轻质化高屏蔽电缆设计及制作方法，属于电气制造领域。本方法通过对电缆进行组件分解(电连接器、尾部附件、导体、屏蔽层、外护套)，对每类组件的重量、电磁屏蔽效能进行量化表示，并利用不同的评价指标从重量、电磁屏蔽效能两方面评价其效果，将电缆设计模块化，根据不同的使用环境，选择适用的电缆组件，从而设计出在特定使用环境下的电缆，实现轻质化高屏蔽的设计目标；以需求出发，改进生产工艺方法，将过去的经验和需求具体落实到实际操作中，找到适合新导体、新屏蔽层的工艺生产方法，在满足高电磁屏蔽效能的要求下，减轻电缆重量，并符合涉水要求。

Description

一种大型电驱车辆轻质化高屏蔽电缆设计及制作方法

技术领域

本发明属于电气制造领域，具体为一种大型电驱车辆轻质化高屏蔽电缆设计 及制作方法。

背景技术

整车轻量化就是在保证整车强度和安全性能的前提下，尽可能降低整车的 整体质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。实验证明， 整车质量降低一半，燃料消耗降低近一倍。整车轻量化已经成为世界汽车发展 的潮流。电缆用于实现电驱车辆机电部分各设备的电气互联，包含供电及通信 信号传输，同时具备绝缘、屏蔽等防护能力。电缆组件作为整车一个必不可少 的组成部分，电缆组件的重量约占整车重量比重的5％左右。它的选型及发展趋 势对整车的轻量化起着举足轻重的作用。随着科技的发展，目前电驱车辆对电 缆的要求越来越高，即有高电磁屏蔽要求，又有减重要求，因此需要对电缆的 各组件进行全面分析，得到最优结果，从而满足技术要求。

目前，电缆组件大部分情况主要是由连接器、附件、电缆三部分组成。因此 电缆轻质化高屏蔽研究应主要从这三方面开展轻量化的研究。现今，高屏蔽电 缆通常采用增加屏蔽层的方法，但是屏蔽层越多，电缆整体重量越大，截面积 越粗。而电缆轻质化设计主要是尽可能地对电缆进行减重，因此两者之间存在 冲突。电缆的制作，主要包括标牌制作、毛坯下料及制作、屏蔽处理、压接及 焊接装配、尾罩封装等工艺技术，本发明设计及制作所使用的各类新型材料进 行创新性的工艺措施。本发明所采用的制作方法经过了测试项目验证符合轻质 化高屏蔽电缆的要求。

为了解决该问题，本发明主要解决如下问题：(1)符合高电磁屏蔽要求的 电缆组件轻质化选型，具体包括(电连接器、尾部附件、导体、屏蔽层、外护 套)，根据不同的组合方式从而选择出符合要求的最优电缆；(2)以需求出发， 改进生产工艺方法，将过去的经验和需求具体落实到实际操作中，找到适合新 导体、新屏蔽层的工艺生产方法，在满足高电磁屏蔽效能的要求下，减轻电缆 重量，并符合涉水要求；(3)充分考虑到车辆减重的需求，简化电缆设计和制 作方法，减轻电缆重量，提高电缆电磁屏蔽效能。

发明内容

本发明为解决大型电驱车辆实现轻质化高屏蔽电缆设计及制作过程中的如 下问题：(1)符合高电磁屏蔽要求的电缆组件轻质化选型，具体包括(电连接 器、尾部附件、导体、屏蔽层、外护套)，根据不同的组合方式从而选择出符 合要求的最优电缆；(2)以需求出发，改进生产工艺方法，将过去的经验和需 求具体落实到实际操作中，找到适合新导体、新屏蔽层的工艺生产方法，在满 足高电磁屏蔽效能的要求下，减轻电缆重量，并符合涉水要求；提出了一种大 型车辆轻质化高屏蔽电缆设计及制作方法。

一种大型车辆轻质化高屏蔽电缆设计及制作方法，包括以下步骤：

S1：对电缆组件进行分类，具体分为五类，电连接器、尾部附件、导体、屏 蔽层、外护套；然后对其中每类组件的重量、电磁屏蔽效能进行量化表示，其 中重量的量化标准就是自身重量，电磁屏蔽效能的量化指标就是每种材料的自 身屏蔽效能属性，并利用不同的评价指标从重量、电磁屏蔽效能两方面评价其 效果。

表1-4分别为不同电连接器、导体、屏蔽层、外护套的具体分析。

表1为不同电连接器的具体分析结果

表2不同导体的具体分析结果

表3不同屏蔽层的具体分析

表4不同外护套的具体分析

S2：根据S1中对不同电缆组件的重量、电磁屏蔽效果进行量化分析，确定 五类电缆组件的类型。

S3：根据S2的分析结果，对大型电驱车辆电缆进行分类设计及生产；根据 不同使用工况，将电缆分成舱内电缆和舱外电缆；舱外电缆环境条件要求高， 电磁屏蔽效能要求高；舱内电缆环境条件要求低，电磁屏蔽效能要求低。

S4：根据S3的分类，对舱内电缆、舱外电缆采用不同的制造方法进行电缆 生产；针对较高屏蔽处理要求，采用不同的屏蔽处理方式，在处理电缆屏蔽层 的时候，将该屏蔽层外套热缩套管，将该屏蔽层紧固，使其无法向外飞毛，然 后将其压入连接器尾部附件内，使其360度与连接器尾部附件相连接，起到屏 蔽作用。

本发明为解决上述问题，达到的技术指标：

(1)具体屏蔽效能指标，如表5所示；

(2)减重要求，相比传统电缆，减重效果不小于30％；

(3)在最大降雨量6mm～8mm/min下不影响正常使用；

(4)满足IP67涉水要求，具体条件如下：

1)电缆最低点，应低于水面150mm；

2)试验持续时间30min；

3)水温与试样温差不大于5K。

表5电缆屏蔽效能指标要求

涉水接受条件：

如果进水，应不足以影响电缆的正常操作或破环安全性；水不积聚在可能导 致沿爬电距离引起漏电起痕的绝缘部件上；水不进入带电部件，或进入不允许 在潮湿状态下运行的绕组；水不积聚在电缆头附近或进入电缆。

(5)温升及耐热

1)电缆在正常连接工作时，电缆各点温升不应大于55K；

2)电缆耐温等级不低于125℃，端子耐温不低于140℃。

(6)绝缘电阻

在彼此绝缘的两根芯线之间及芯线与连接器外壳之间的绝缘电阻应满足下列要求：

1)温度20℃±5℃，相对湿度不大于80％，绝缘电阻大于200MΩ。

2)温度40℃±2℃，相对湿度95％±3％，高压直流电电缆绝缘电阻大于10MΩ， 其余线缆大于2MΩ。

(7)抗电强度

1)高压供电电缆：在交流2500V/50Hz击穿电压下，持续时间为1min，漏 电流小于10mA，不发生闪烁击穿现象；

2)低压电缆及普通通信电缆：在直流500V击穿电压下，持续时间1min， 漏电流小于10mA，不发生闪烁击穿现象；

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1.本发明与现有电驱车辆的电缆相比，在满足相同屏蔽效能要求的情况下， 根据不同的组合方式从而选择出符合要求的最优电缆。

2.以需求出发，改进生产工艺方法，将过去的经验和需求具体落实到实际操 作中，找到适合新导体、新屏蔽层的工艺生产方法，在满足高电磁屏蔽效能的 要求下，减轻电缆重量，并符合涉水要求；

3.本发明简化了设计及制作方法，将电缆设计模块化，根据所建立的电缆组 件及组件间组合关系，为实现不同使用要求、使用环境下的电缆设计、制造提 供了明确的选型及制作依据，避免了传统电缆设计中人为选择主观性强调问题。

附图说明

图1为本发明流程图；

图2铝合金导线转换铜合金导线效果图。

具体实施方式

一种大型电驱车辆轻质化高屏蔽电缆设计及制作方法，包括以下步骤：

S1：对电缆组件进行分类，具体分为五类(电连接器、尾部附件、导体、屏 蔽层、外护套)。其中每类组件都可以对其重量、电磁屏蔽效能进行量化表示， 并利用不同的评价指标从重量、电磁屏蔽效能两方面评价其效果。

S2：根据S1中对不同电缆组件的重量、电磁屏蔽效果进行量化分析，确定 五类电缆组件的类型。其中不同电连接器的具体分析结果如表1所示，不同导 体的具体分析结果如表2所示，不同屏蔽层的具体分析结果如表3所示，不同 外护套的具体分析结果如表4所示。尾部附件的分析结果与电连接器一致，不 做具体分析。

S3：根据S2的分析结果，对大型电驱车辆电缆进行分类设计及生产。根据 不同使用工况，将电缆分成舱内电缆和舱外电缆。舱外电缆环境条件要求高， 电磁屏蔽效能要求高；舱内电缆环境条件要求低，电磁屏蔽效能要求低。

S31：对于载流量大于50A的电缆，其导体采用铝合金导体材料；小于50A 的电缆，其导体材料采用铜合金导体材料；

S32：在舱外的电连接器(包括尾部附件)统一采用不锈钢材质电连接器； 对于在舱内的电连接器统一采用铝合金材质电连接器；

S33：舱外电缆统一采用导电纤维编制屏蔽布作为屏蔽材料，其优势在于屏 蔽效能高，屏蔽效能可以达到不小于60dB，质量轻；舱内电缆统一采用多层屏 蔽(金属丝网套+聚酯铝复合薄膜+磷铜网)，多层屏蔽层更适用于散线制作电 缆，且重量轻，屏蔽效能也能达到不小于30dB。

S34：舱外电缆统一采用TPU弹性体外护套，TPU弹性体外护套其韧性好， 弯曲半径要求相对较低，重量较轻，且防磨防切割；舱内电缆统一采用尼龙护 套，其质量轻，虽然不耐磨，不防切割，但是可以符合舱内电缆的使用工况。

S4：根据S3的分类，对舱内电缆、舱外电缆采用不同的制造方法进行电缆 生产。针对较高屏蔽处理要求，采用不同的屏蔽处理方式，利用新的工艺方法， 保证所生产电缆符合设计要求。其中，由于该电缆结构采用镀镍碳纤维的材料， 该材料为丝状编制结构，其容易产生脱毛情况，且脱毛容易成为多余物，且该 材料为导电材料，容易引发事故。新的工艺方法为，在处理电缆屏蔽层的时候， 将该屏蔽层外套热缩套管，将该屏蔽层紧固，使其无法向外飞毛，然后将其压 入连接器尾部附件内，使其360度与连接器尾部附件相连接，起到屏蔽作用。

S41：舱外电缆的制作：电缆端头用单面刀片剥去绝缘护套，确保电缆与电 连接器装联后，其绝缘护套、屏蔽层应深入电连接器的尾部附件内；电缆与电 连接器焊杯的焊接，其中铝合金导线采用图2的转接方法将铝合金导线通过转 接成铜导线后，将其焊接到电连接器的焊杯中；安装电连接器的尾部附件时， 将电缆绝缘外护套上面的铠带、屏蔽层翻下，根据屏蔽尾部附件端口尺寸修剪 铠带、屏蔽层的长度，使其完全搭接在端口上。修剪时，应防止碎屑掉入电连 接器内。将电缆屏蔽层、铠带均匀分布在屏蔽尾部附件端口处，即360o环绕搭 接，在绝缘护套端口处绑扎线箍，安装电连接器尾部附件。电连接器内灌注高 温胶HM305，室温固化24h，灌注前应对灌注部位进行清洁处理。使用屏蔽布 缠绕从尾部附件出线口至电缆外皮一定距离,缠绕至与出线口直径一致后,再向 连接器方向缠绕至盖住屏蔽处理的焊点部位,缠绕层数不少于3层。本方案的创 新点在于不是利用常规的电缆制作方法，而是根据特殊的屏蔽层材料—镀镍碳 纤维材料和铝合金导体材料攻关的新型工艺方法。该方法既能解决屏蔽材料丝 状结构容易脱毛的问题，也能解决铝合金导体材料质软，力学性能、耐温性能 不好的问题，从而在满足屏蔽效能指标的情况下进行减重，还可以满足涉水、 淋雨的要求。

S42：舱内电缆的制作：电缆端头用单面刀片剥去绝缘护套，确保电缆与电 连接器装联后，其绝缘护套、屏蔽层应深入电连接器的尾部附件内；将导线焊 接到电连接器的焊杯中；导线外缠绕屏蔽层(金属丝网套+聚酯铝复合薄膜+磷 铜网)，屏蔽层缠绕后外套尼龙护套；安装电连接器的尾部附件时，将电缆绝 缘外护套上面的铠带、屏蔽层翻下，根据屏蔽尾部附件端口尺寸修建铠带、屏 蔽层的长度，使其完全搭接在端口上。修剪时，应防止碎屑掉入电连接器内。 将电缆屏蔽层、铠带均匀分布在屏蔽尾部附件端口处，即360o环绕搭接，在绝 缘护套端口处绑扎线箍，安装电连接器尾部附件。电连接器内灌注高温胶 HM305，室温固化24h，灌注前应对灌注部位进行清洁处理。使用屏蔽布缠绕从 尾部附件出线口至电缆外皮一定距离,缠绕至与出线口直径一致后,再向连接器 方向缠绕至盖住屏蔽处理的焊点部位,缠绕层数不少于3层。

S5：根据S4的制造方法，生产大型电驱车辆轻质化高屏蔽电缆，从设计、 制造两方面保证所生产电缆满足轻质化和高屏蔽效能要求。

S6：将所生产的电缆送至具有检测资质单位进行电磁屏蔽效能及核电磁脉冲 屏蔽效能试验，验证其屏蔽效能。并进行称重，得出具体的重量指标。

本专利于在满足屏蔽效能指标要求的情况下，实现轻量化。常规屏蔽材料为 铜丝编制的防波套，其密度为8.9g/cm3，本方法选用的屏蔽材料为镀镍炭纤维 材料，密度为1.5g/cm3，在满足屏蔽指标要求的情况下，屏蔽层层面既可以进 行大大减重。在导体层面，常规电缆选用铜作为导体材料，其密度为8.9g/cm3， 本方法选用铝合金导体材料，其密度为2.7g/cm3，在满足相同载流量的同时， 铝合金导体材料虽然截面积会增大，其体积也会增大，但是也会比铜导体轻， 在这两个方面对电缆结构和选型进行优化，可以达到在满足屏蔽效能指标情况 下，对电缆进行减重。

由于铝合金导体的力学性能、耐温性差，导致其作为导体材料的电缆在生产 过程中产生一系列问题，例如铝合金导体电缆在与连接器接触的位置容易发生 断裂，且铝合金易生锈等问题。镀镍碳纤维屏蔽材料为丝状编制结构，其容易 产生脱毛情况，且脱毛容易成为多余物，且该材料为导电材料，容易引发事故。 因此根据新型电缆结构，攻关新型工艺制作方法，从而解决以上问题。且该电 缆适用领域为大型电驱车辆，在该使用环境下，该电缆结构及制作方法，可以 满足在满足屏蔽效能指标要求的情况下，尽可能减重。

Claims (5)

1.一种大型电驱车辆轻质化高屏蔽电缆设计方法，其特征包括以下步骤：

S1：对电缆组件进行分类，具体分为五类，电连接器、尾部附件、导体、屏蔽层、外护套；然后对其中每类组件的重量、电磁屏蔽效能进行量化表示，其中重量的量化标准就是自身重量，电磁屏蔽效能的量化指标就是每种材料的自身屏蔽效能属性，并利用不同的评价指标从重量、电磁屏蔽效能两方面评价其效果；

S2：根据S1中对不同电缆组件的重量、电磁屏蔽效果进行量化分析，确定五类电缆组件的类型；

S3：根据S2的分析结果，对大型电驱车辆电缆进行分类设计及生产；根据不同使用工况，将电缆分成舱内电缆和舱外电缆；舱外电缆环境条件要求高，电磁屏蔽效能要求高；舱内电缆环境条件要求低，电磁屏蔽效能要求低；

S4：根据S3的分类，对舱内电缆、舱外电缆采用不同的制造方法进行电缆生产；针对较高屏蔽处理要求，采用不同的屏蔽处理方式，在处理电缆屏蔽层的时候，将该屏蔽层外套热缩套管，进而该屏蔽层紧固，使其无法向外飞毛，然后将其压入连接器尾部附件内，使其360度与连接器尾部附件相连接，起到屏蔽作用。

2.根据权利要求1所述一种大型电驱车辆轻质化高屏蔽电缆的设计方法，其特征在于，所述S4包括以下步骤：

S41：舱外电缆的制作；电缆端头用刀片剥去绝缘护套，确保电缆与电连接器装联后，其绝缘护套、屏蔽层应深入电连接器的尾部附件内；电缆与电连接器焊杯的焊接，其中铝合金导线采用转接将铝合金导线转接成铜导线后，将其焊接到电连接器的焊杯中；安装电连接器的尾部附件时，将电缆绝缘外护套上面的铠带、屏蔽层翻下，根据屏蔽层尾部附件端口尺寸修剪铠带、屏蔽层的长度，使其完全搭接在端口上；

S42：舱内电缆的制作；电缆端头用刀片剥去绝缘护套，确保电缆与电连接器装联后，其绝缘护套、屏蔽层应深入电连接器的尾部附件内；将导线焊接到电连接器的焊杯中；导线外缠绕屏蔽层，屏蔽层缠绕后外套尼龙护套；安装电连接器的尾部附件时，将电缆绝缘外护套上面的铠带、屏蔽层翻下，根据屏蔽尾部附件端口尺寸修剪铠带、屏蔽层的长度，使其完全搭接在端口上。

3.根据权利要求2所述一种大型电驱车辆轻质化高屏蔽电缆的设计方法，其特征在于，所述S41、S42中修剪包括以下步骤：修剪时，应防止碎屑掉入电连接器内；将电缆屏蔽层、铠带均匀分布在屏蔽尾部附件端口处，即360°环绕搭接，在绝缘护套端口处绑扎线箍，安装电连接器尾部附件；电连接器内灌注高温胶HM305，室温固化24h，灌注前应对灌注部位进行清洁处理；使用屏蔽布缠绕从尾部附件出线口至电缆外皮一定距离,缠绕至与出线口直径一致后,再向连接器方向缠绕至盖住屏蔽处理的焊点部位。

4.根据权利要求2所述一种大型电驱车辆轻质化高屏蔽电缆的设计方法，其特征在于，导线外缠绕的屏蔽层为金属丝网套、聚酯铝复合薄膜和磷铜网的复合结构。

5.根据权利要求3所述一种大型电驱车辆轻质化高屏蔽电缆的设计方法，其特征在于，缠绕层数不少于3层。

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