Utilisation du fil d'aluminium dans les faisceaux de câbles haute tension pour les énergies nouvelles

Avec le développement rapide des véhicules électriques (VE), des véhicules hybrides électriques (VHE/VHR) et des systèmes de stockage d'énergie, l'architecture électrique des véhicules évolue vers une tension, un courant et une densité de puissance plus élevés. Afin d'améliorer les performances tout en réduisant le poids et le coût des véhicules, les faisceaux de câbles en cuivre traditionnels deviennent progressivement insuffisants pour répondre aux exigences d'optimisation globale des nouveaux systèmes énergétiques.

Dans ce contexte, les faisceaux de câbles haute tension en fil d'aluminium sont devenus un domaine d'investissement clé pour les principaux équipementiers, les fabricants de batteries et les sociétés de distribution d'énergie haute tension.

Cet article expliquera de manière systématique la valeur du fil d'aluminium dans le domaine des faisceaux de câbles haute tension pour les énergies nouvelles, en abordant les propriétés des matériaux, les performances électriques, l'ingénierie de la fiabilité, les scénarios d'application, les idées fausses courantes et les tendances futures.

I. Pourquoi les véhicules à énergies nouvelles commencent-ils à utiliser des câbles en aluminium ?

1. Bénéfices significatifs en matière de perte de poids

L'aluminium ayant une densité environ 30 % inférieure à celle du cuivre, on peut réduire le poids des faisceaux de câbles de 35 à 50 % pour une même capacité de courant.

Pour les véhicules à énergies nouvelles comportant des centaines de composants haute tension, notamment les systèmes de recharge, les boîtes de distribution haute tension, les résistances chauffantes PTC et les groupes motopropulseurs électriques trois-en-un, la réduction du poids peut améliorer considérablement l'autonomie.

2. Des coûts de matériaux plus compétitifs

Le prix de l'aluminium, matière première, est environ trois à deux fois inférieur à celui du cuivre. Compte tenu des dizaines de mètres de câblage haute tension présents dans un véhicule, cela peut représenter une économie de 20 à 40 % sur le coût des faisceaux de câbles haute tension.

3. Résistance légèrement supérieure, mais compensable par une modification structurelle

Bien que le fil d'aluminium ait une résistance plus élevée que le cuivre, les exigences de transport de courant des plateformes 400V/800V peuvent être pleinement satisfaites par des méthodes telles que l'augmentation de la section transversale, l'utilisation de structures multibrins et le plaquage de surface.

4. Plus adapté aux courants élevés et à la transmission sur de longues distances

L'aluminium présente des performances stables en cas de forte densité de courant et de transmission sur de longues distances, ce qui le rend adapté aux lignes haute tension longue distance entre le bus principal et le pack de batteries des véhicules électriques.

II. Principaux aspects techniques du fil d'aluminium dans les faisceaux de câbles haute tension

1. Structure du conducteur : Le fil d’aluminium ne se résume pas à un simple « changement de matériaux ».

Les câbles en aluminium utilisés dans les véhicules à énergies nouvelles se répartissent généralement en trois catégories :

• Conducteurs automobiles en alliage d'aluminium série AA-8000
• Conducteurs en aluminium multibrins
• L'aluminium cuivré (CCA) est utilisé pour la détection haute tension liée au signal dans les branches de courant non principales.

Comparés aux fils d'aluminium traditionnels utilisés en décoration intérieure, les alliages d'aluminium de qualité automobile incorporent des oligo-éléments tels que le silicium et le fer, ce qui leur confère une plus grande flexibilité et une meilleure résistance au cisaillement.

2. Technologie des bornes de connexion : le plus grand défi du câblage en aluminium

L'aluminium est sujet à l'oxydation, possède une faible dureté et présente un fluage important ; par conséquent, les bornes sont cruciales pour déterminer la sécurité des faisceaux de câbles en aluminium.

Les solutions courantes du secteur comprennent :

• Borne en aluminium étamé pour la protection contre la corrosion des fils d'aluminium
• Soudage par friction de métaux dissemblables aluminium-cuivre
• Collage ultrasonique de l'aluminium
• Technologie de connexion par barres omnibus pour plaques de transition aluminium-cuivre

Objectif de ces technologies :

• Réduire la résistance de contact
• Prévenir la génération de chaleur due à l'oxydation
• Améliorer la résistance aux vibrations et prolonger la durée de vie
• Prévenir la formation d'arcs électriques localisés sous haute tension

3. Compatibilité entre le matériau isolant et la structure de la gaine

Le fil d'aluminium est couramment utilisé :

• XLPE (polyéthylène réticulé)
• ETFE/XL-FEP
• TPE résistant aux hautes températures

La raison est que le fil d'aluminium a des performances de dissipation thermique différentes de celles du cuivre, ce qui nécessite un matériau isolant plus stable pour maintenir l'épaisseur de l'isolation et la rigidité diélectrique.

4. Conception du blindage CEM et de la sécurité haute tension

Les fils d'aluminium utilisés dans les lignes de transport HT (High-Voltage Orange) sont principalement situés dans des zones à fort rayonnement, nécessitant un blindage complet.

Méthodes courantes :

• Blindage tressé en alliage aluminium-magnésium
• Blindage tressé en cuivre + blindage composite à conducteur en aluminium
• Couche de blindage externe en feuille d'aluminium

L'intégrité du blindage affecte directement la capacité anti-interférences des contrôleurs OBC/DC-DC/moteur.

III. Scénarios d'application typiques des fils d'aluminium dans les véhicules à énergies nouvelles

1. Câble principal haute tension du bloc-batterie (câble HT de la batterie)

Utilisé pour connecter la batterie, le boîtier de distribution et le port de charge rapide, il s'agit du scénario d'application le plus abouti pour les câbles en aluminium.

2. Plateforme 800 V Chemin de courant élevé

Les systèmes d'entraînement électrique trois-en-un haute puissance ont des exigences élevées en matière de section transversale des câbles, domaine dans lequel le fil d'aluminium offre des avantages significatifs.

3. Chargeur embarqué (OBC) et unité de distribution d'énergie (PDU)

Pour les barres omnibus haute tension à long trajet, le fil d'aluminium permet de réaliser des économies de coût et de poids.

4. Système de gestion thermique haute puissance

Les fils d'aluminium sont progressivement utilisés dans les circuits haute tension des résistances PTC et des systèmes de pompes à chaleur à batterie.

IV. Idées fausses courantes : Les fils d'aluminium sont-ils moins sûrs que les fils de cuivre ?

Idée fausse n° 1 : Les fils d’aluminium se cassent facilement.

Les alliages d'aluminium de la série Hyundai AA-8000 répondent pleinement aux exigences de qualité automobile en termes de résistance à la traction et de flexibilité.

Idée fausse n° 2 : Les fils d’aluminium s’oxydent facilement.

Ce problème peut être entièrement résolu par étamage, utilisation de bornes résistantes à la corrosion et de joints toriques d'étanchéité.

Idée fausse n° 3 : Les fils d’aluminium génèrent plus de chaleur.

La génération de chaleur dépend de la résistance de contact. Un traitement et un sertissage appropriés des bornes permettent d'atteindre une température de fonctionnement des fils d'aluminium comparable à celle des fils de cuivre.

Idée fausse n° 4 : Le fil d’aluminium ne convient pas à la haute tension.

En fait, les câbles à haute tension sont un domaine où l'aluminium excelle (par exemple, 99 % des lignes de transport d'électricité utilisent de l'aluminium).

V. Processus de test et de vérification des faisceaux de câbles haute tension en aluminium

Pour répondre aux exigences du secteur automobile, les faisceaux de câbles en aluminium doivent généralement réussir les tests suivants :

• Essais de câbles ISO 6722-1 / 6722-2
• Normes relatives aux faisceaux de câbles haute tension LV216 / LV214
• Durabilité aux vibrations : 100 à 200 h, classe VI
• Cycles de température : -40 °C à 150 °C
• Corrosion par brouillard salin : plus de 500 h
• Surveillance de l’impédance de contact à long terme
• Essai de résistance à l’arc haute tension (HVIL)
• Essai de choc thermique et de chaleur humide

Ces vérifications garantissent la stabilité à long terme du faisceau de câbles haute tension en fil d'aluminium.

VI. Perspectives sur la tendance du fil d'aluminium à remplacer le fil de cuivre

Avec le développement des plateformes haute tension, de la recharge rapide et des moteurs électriques de forte puissance, les faisceaux de câbles haute tension en fil d'aluminium deviendront l'une des technologies clés des véhicules à énergies nouvelles.

VII. Fabrication technique des faisceaux de câbles haute tension en aluminium : l’importance de la collaboration avec des usines spécialisées

La fabrication de faisceaux de câbles haute tension en aluminium requiert une ingénierie extrêmement complexe, notamment pour le sertissage des bornes, les connexions entre métaux dissemblables, l'adéquation des matériaux isolants, la résistance aux vibrations et la protection contre la corrosion par brouillard salin. C'est pourquoi de nombreux constructeurs de véhicules à énergies nouvelles collaborent avec des fournisseurs expérimentés dans la fabrication de faisceaux de câbles en aluminium, comme WIRE HARNESS ASSEMBLY (une usine spécialisée dans la personnalisation de faisceaux de câbles, filiale de Kaweei). Ces usines disposent généralement de capacités telles que le soudage par friction, le soudage par ultrasons, la vérification du sertissage des bornes à courant élevé et les essais de tenue en tension, garantissant ainsi le fonctionnement stable et durable des faisceaux de câbles haute tension en aluminium sous 400 V/800 V.

VIII. Conclusion

L'utilisation de fils d'aluminium dans les faisceaux de câbles haute tension des véhicules à énergies nouvelles ne se résume pas à un simple « remplacement de matériau », mais résulte plutôt d'un développement coordonné entre l'ingénierie des matériaux, la technologie de connexion électrique, les normes de sécurité et l'architecture du véhicule.

Pour les équipementiers, le fil d'aluminium réduit les coûts et améliore les capacités d'allègement ; pour la chaîne d'approvisionnement, des technologies telles que les bornes en fil d'aluminium, le soudage par friction et le soudage par ultrasons constituent des avantages concurrentiels essentiels.

Avec l'avènement de l'ère de la recharge rapide à 800 V, le fil d'aluminium ne sera plus un « substitut », mais plutôt l'une des solutions courantes pour les systèmes à haute tension.