Optimización del diseño del cableado en los paquetes de baterías
Mejores prácticas para un cableado de baterías seguro, fiable y fabricable — de Huawen New Power.
Introducción
Un arnés de cables bien diseñado mejora la seguridad, reduce las pérdidas eléctricas, simplifica el montaje y facilita el mantenimiento. En los sistemas de baterías (UPS, UPS de CC, UPS PoE, almacenamiento de energía), la disposición del arnés influye en la gestión térmica, las interferencias electromagnéticas (EMI), la fiabilidad mecánica y el rendimiento de la producción.
Objetivos y limitaciones de diseño
- Seguridad: evitar cortocircuitos, arcos eléctricos y sobrecalentamiento.
- Rendimiento eléctrico: minimizar la caída de tensión y las pérdidas resistivas.
- Fiabilidad mecánica: evitar la fatiga por vibración y flexión.
- Gestión térmica: ruta para minimizar la concentración de calor y permitir la refrigeración.
- Control de EMI: reducir las áreas de bucle y separar los circuitos ruidosos.
- Fabricación/Mantenimiento: estandarizar conectores, códigos de color y longitudes.
Fundamentos de la selección de cables
Diagrama de dimensionamiento de cables
Sección del conductor (AWG / mm²): dimensionada para corriente continua más margen. Utilizar objetivos de caída de tensión (p. ej., <3 % a carga máxima).
Aislamiento: elija una clasificación de temperatura ≥ temperatura máxima esperada del paquete (por ejemplo, 125 °C para entornos hostiles).
Cableado y flexibilidad: cableado más fino para zonas de flexión (áreas de vibración).
Color y marcaje: código de color uniforme e identificación impresa para la polaridad y la función.
Reglas de enrutamiento y separación
- Mantenga separados los cables de alta corriente y de señal/bajo voltaje para evitar el ruido y el calentamiento de los componentes sensibles.
- Rutas cortas y directas para los circuitos de alta corriente para reducir la resistencia y el calor; alejar el cableado de la parte superior de las celdas.
- Minimice el área del bucle: coloque el retorno y la alimentación cerca unos de otros o utilice un par trenzado para reducir la EMI.
- Evite las curvas pronunciadas; respete el radio de curvatura mínimo (≥ 6 veces el diámetro del cable).
- Anclar y proporcionar alivio de tensión cerca de los conectores y las piezas móviles.
Conectores, crimpados y terminales
| Artículo | Pauta |
|---|---|
| clasificación de corriente del conector | Seleccionar familias con una calificación superior al pico esperado; reducir la calificación según la temperatura. |
| Calidad del engarce | Utilice herramientas de crimpado de calidad; inspeccione las muestras y realice pruebas de tracción. |
| Codificación y polaridad | Utilice conectores con llave para evitar conexiones erróneas durante la producción y el servicio. |
| Protección | Añada protecciones, tubos termoencogibles y cierres secundarios donde exista vibración. |
Consideraciones térmicas
- Evite tender cables de alta corriente por encima de las celdas o por zonas con alta temperatura.
- Utilice barreras térmicas o aislantes entre los cables y los componentes calientes.
- Si la mochila utiliza refrigeración por convección, coloque los cables de manera que faciliten el flujo de aire.
EMI e integridad de la señal
- Separe las líneas PWM/inversor de las líneas del sensor de CC; cuando no sea posible la separación, utilice cable de par trenzado o cable apantallado.
- Adopte un sistema de chasis/retorno de un solo punto para evitar bucles de tierra.
- Conecte los blindajes y las carcasas de los conectores al chasis según las mejores prácticas de EMC.
Protección mecánica y acabado del arnés
Utilice fundas, tubos corrugados o protectores trenzados en las zonas de abrasión. Las botas termoencogibles y los tubos con adhesivo en las terminaciones proporcionan aislamiento y alivio de tensión.
Utilice identificadores termoencogibles, códigos QR o etiquetas impresas para el montaje y la trazabilidad postventa.
Capacidad de prueba y diseño de servicios
- Agregar puntos de prueba y desconexiones rápidas para comunicaciones BMS y medición de equilibrio de celdas.
- Diseñar un arnés que permita extraer fácilmente el BMS o los módulos sin necesidad de desmontarlos por completo.
- Incluir comprobaciones de polaridad y continuidad en el flujo de pruebas de producción.
Mejores prácticas de fabricación y control de calidad
- Diseño para el crimpado automatizado y la fijación de arneses para reducir la mano de obra y el error humano.
- Utilice fresadoras/plantillas para arneses para preformar e inspeccionar los arneses fuera de línea.
- Implementar pruebas de tracción y muestreo de micrografías de crimpado para la fiabilidad de los conectores.
- Control de inventario: solo lotes de cables y conectores aprobados con seguimiento de lotes.
Errores comunes y soluciones
| Trampa | Arreglar |
|---|---|
| Bus positivo cerca del sensor de temperatura | Reencaminar o añadir aislamiento térmico |
| Cables de señal largos cerca de los controladores PWM | Acortar, torcer o proteger las líneas |
| Arnés mal sujeto | Añade abrazaderas, anclajes y alivio de tensión. |
Lista de verificación de normas y reglamentos
- IEC 62133 – Seguridad de las baterías
- UL 2580 / UL 2054 – donde corresponda
- Directivas EMC para mercados objetivo
- Reglamento de transporte de la ONU para baterías de litio
Conclusión
La optimización del diseño del cableado requiere equilibrar las necesidades eléctricas, mecánicas y térmicas con la facilidad de fabricación. Un dimensionamiento adecuado de los conductores, una correcta disposición del cableado, un sistema de alivio de tensión y unos procedimientos de prueba eficaces dan como resultado baterías más seguras, fiables y fáciles de producir.
