La nouvelle ère de l'industrie automobile à énergies nouvelles repose sur une double mission : transformation industrielle, modernisation et protection de l'environnement atmosphérique. Ce qui stimule fortement le développement industriel des câbles haute tension et autres accessoires pour véhicules électriques. Les fabricants de câbles et les organismes de certification investissent massivement dans la recherche et le développement de câbles haute tension pour véhicules électriques. Ces câbles doivent répondre à des exigences de performance élevées à tous égards et doivent être conformes à la norme RoHSb, à la norme UL94V-0 en matière de retardateur de flamme et aux exigences de performance souple. Cet article présente les matériaux et la technologie de préparation des câbles haute tension pour véhicules électriques.
1. Le matériau du câble haute tension
(1) Matériau conducteur du câble
Actuellement, deux principaux matériaux sont utilisés pour la couche conductrice des câbles : le cuivre et l'aluminium. Certaines entreprises estiment que l'utilisation d'une âme en aluminium permet de réduire considérablement leurs coûts de production. En ajoutant du cuivre, du fer, du magnésium, du silicium et d'autres éléments à l'aluminium pur, des procédés spéciaux tels que la synthèse et le recuit améliorent la conductivité électrique, la résistance à la flexion et la résistance à la corrosion du câble. L'objectif est de répondre aux exigences de capacité de charge, d'obtenir des performances équivalentes, voire supérieures, à celles des conducteurs à âme en cuivre. Les coûts de production sont ainsi considérablement réduits. Cependant, la plupart des entreprises continuent de privilégier le cuivre pour la couche conductrice. Sa faible résistivité et ses performances, supérieures à celles de l'aluminium à niveau équivalent, sont importantes : capacité de charge élevée, faibles pertes de tension, faible consommation d'énergie et grande fiabilité. Actuellement, la sélection des conducteurs s'appuie généralement sur la norme nationale 6 pour les conducteurs souples (l'allongement d'un fil de cuivre doit être supérieur à 25 % et le diamètre du monofilament inférieur à 0,30) afin de garantir la souplesse et la ténacité du monofilament de cuivre. Le tableau 1 répertorie les normes à respecter pour les matériaux conducteurs en cuivre couramment utilisés.
(2) Matériaux de la couche isolante des câbles
L'environnement interne des véhicules électriques est complexe. Le choix des matériaux isolants doit, d'une part, garantir la sécurité de la couche isolante et, d'autre part, privilégier des matériaux faciles à mettre en œuvre et largement utilisés. Actuellement, les matériaux isolants les plus couramment utilisés sont le polychlorure de vinyle (PVC).polyéthylène réticulé (XLPE), caoutchouc de silicone, élastomère thermoplastique (TPE), etc., et leurs principales propriétés sont présentées dans le tableau 2.
Parmi eux, le PVC contient du plomb, mais la directive RoHS interdit l'utilisation du plomb, du mercure, du cadmium, du chrome hexavalent, des polybromodiphényléthers (PBDE) et des polybromobiphényles (PBB) et d'autres substances nocives. Ces dernières années, le PVC a donc été remplacé par le XLPE, le caoutchouc de silicone, le TPE et d'autres matériaux respectueux de l'environnement.
(3) Matériau de la couche de blindage du câble
La couche de blindage est divisée en deux parties : la couche de blindage semi-conductrice et la couche de blindage tressée. La résistivité volumique du matériau de blindage semi-conducteur à 20 °C et 90 °C, ainsi qu'après vieillissement, est un indice technique important pour mesurer le matériau de blindage, déterminant indirectement la durée de vie du câble haute tension. Les matériaux de blindage semi-conducteurs courants comprennent le caoutchouc éthylène-propylène (EPR), le polychlorure de vinyle (PVC) et lepolyéthylène (PE)Matériaux à base de cuivre. Lorsque la matière première ne présente aucun avantage et que le niveau de qualité ne peut être amélioré à court terme, les instituts de recherche scientifique et les fabricants de matériaux de câbles se concentrent sur la recherche de la technologie de traitement et du rapport de composition du matériau de blindage, et recherchent l'innovation dans le rapport de composition du matériau de blindage afin d'améliorer les performances globales du câble.
2. Processus de préparation des câbles haute tension
(1) Technologie des brins conducteurs
Le procédé de fabrication des câbles est développé depuis longtemps et possède ses propres spécifications standardisées au sein de l'industrie et des entreprises. Lors du tréfilage, selon le mode de détorsion du fil, les équipements de toronnage peuvent être divisés en machines de détorsion, de détorsion et de détorsion/détorsion. En raison de la température de cristallisation élevée du conducteur en cuivre, ainsi que de la température et de la durée de recuit plus longues, il est judicieux d'utiliser une machine de détorsion pour réaliser un tirage continu et un tirage continu monofil afin d'améliorer l'allongement et le taux de rupture lors du tréfilage. Actuellement, le câble en polyéthylène réticulé (XLPE) a complètement remplacé le câble en papier huilé entre 1 et 500 kV. Il existe deux procédés courants de formage des conducteurs XLPE : le compactage circulaire et le retordage. D'une part, l'âme du fil permet d'éviter que les températures et les pressions élevées de la canalisation réticulée n'enfoncent le blindage et l'isolant dans l'espace entre les brins, ce qui engendre des pertes. D'autre part, elle empêche l'infiltration d'eau le long du conducteur, garantissant ainsi la sécurité de fonctionnement du câble. Le conducteur en cuivre lui-même présente une structure de toronnage concentrique, généralement produite par une toronneuse à cadre ou à fourche classique. Comparé au procédé de compactage circulaire, il permet d'obtenir un toronnage circulaire.
(2) Processus de production d'isolation de câble XLPE
Pour la production de câbles XLPE haute tension, la réticulation sèche caténaire (CCV) et la réticulation sèche verticale (VCV) sont deux procédés de formage.
(3) Procédé d'extrusion
Auparavant, les fabricants de câbles utilisaient un procédé d'extrusion secondaire pour produire l'âme isolante du câble. La première étape consistait à extruder simultanément le blindage du conducteur et la couche isolante, puis à réticuler et enrouler le câble sur le chemin de câbles, puis à le placer pendant un certain temps avant d'extruder le blindage isolant. Dans les années 1970, un procédé d'extrusion à trois couches 1+2 est apparu pour l'âme du fil isolé, permettant de réaliser le blindage et l'isolation internes et externes en une seule opération. Ce procédé consiste d'abord à extruder le blindage du conducteur sur une courte distance (2 à 5 m), puis à extruder simultanément l'isolant et le blindage isolant sur le blindage du conducteur. Cependant, les deux premières méthodes présentant de sérieux inconvénients, les fournisseurs d'équipements de production de câbles ont introduit, à la fin des années 1990, un procédé de coextrusion à trois couches, extrudant simultanément le blindage du conducteur, l'isolant et le blindage isolant. Il y a quelques années, les pays étrangers ont également lancé une nouvelle conception de tête de cylindre d'extrudeuse et de plaque de maille incurvée, en équilibrant la pression d'écoulement de la cavité de la tête de vis pour atténuer l'accumulation de matériau, prolonger le temps de production continu, remplacer le changement non-stop des spécifications de la conception de la tête peut également réduire considérablement les coûts d'arrêt et améliorer l'efficacité.
3. Conclusion
Les véhicules à énergie nouvelle bénéficient de perspectives de développement prometteuses et d'un marché important. Ils nécessitent la production et la commercialisation de câbles haute tension présentant une capacité de charge élevée, une résistance aux températures élevées, un blindage électromagnétique, une résistance à la flexion, une flexibilité et une longue durée de vie, ainsi que d'autres excellentes performances. Les matériaux et les procédés de fabrication des câbles haute tension pour véhicules électriques offrent de vastes perspectives de développement. Sans câbles haute tension, les véhicules électriques ne peuvent améliorer leur efficacité de production ni garantir leur sécurité d'utilisation.
Date de publication : 23 août 2024