Optimisation de la disposition des faisceaux de câbles dans les blocs-batteries
Meilleures pratiques pour un câblage de bloc-batterie sûr, fiable et industrialisable — par Huawen New Power.
Introduction
Un faisceau de câbles bien conçu améliore la sécurité, réduit les pertes électriques, simplifie l'assemblage et facilite la maintenance. Dans les blocs-batteries (UPS, DC-UPS, PoE UPS, stockage d'énergie), la disposition des câbles influe sur la gestion thermique, les interférences électromagnétiques, la fiabilité mécanique et le rendement de production.
Objectifs et contraintes de conception
- Sécurité : prévenir les courts-circuits, les arcs électriques et la surchauffe.
- Performances électriques : minimiser la chute de tension et les pertes résistives.
- Fiabilité mécanique : éviter la fatigue due aux vibrations et à la flexion.
- Gestion thermique : méthode permettant de minimiser la concentration de chaleur et de favoriser le refroidissement.
- Contrôle des interférences électromagnétiques : réduire les zones de boucle et séparer les circuits bruyants.
- Facilité de fabrication/d'entretien : standardiser les connecteurs, le code couleur et les longueurs.
Principes fondamentaux du choix des câbles
Schéma de dimensionnement des câbles
Section des conducteurs (AWG / mm²) : dimensionnée pour le courant continu avec marge. Utiliser des objectifs de chute de tension (par exemple, < 3 % à charge maximale).
Isolation : choisir une température de fonctionnement ≥ température maximale prévue de l'emballage (par exemple, 125 °C pour les environnements difficiles).
Câblage et flexibilité : câblage plus fin pour les zones de flexion (zones de vibration).
Couleur et marquage : code couleur uniforme et identification imprimée pour la polarité et la fonction.
Règles de routage et de séparation
- Séparez les câblages haute intensité et basse tension/signal pour éviter les interférences et l'échauffement des composants sensibles.
- Chemins courts et directs pour les courants élevés afin de réduire la résistance et la chaleur ; acheminement éloigné du sommet des cellules.
- Réduisez la surface de la boucle : rapprochez les câbles de retour et d’alimentation ou utilisez une paire torsadée pour réduire les interférences électromagnétiques.
- Évitez les coudes brusques ; respectez le rayon de courbure minimal (≥ 6× diamètre du câble).
- Ancrer et soulager les contraintes à proximité des connecteurs et des pièces mobiles.
Connecteurs, sertissages et terminaisons
| Article | Ligne directrice |
|---|---|
| Calibre du connecteur | Choisir les familles dont le niveau de confort est supérieur au pic prévu ; réduire la consommation en fonction de la température. |
| qualité de sertissage | Utilisez des outils de sertissage de qualité ; inspectez les échantillons et effectuez des tests de traction. |
| Déverrouillage et polarité | Utilisez des connecteurs à détrompage pour éviter les erreurs de connexion en production et en maintenance. |
| Protection | Ajoutez des renforts, de la gaine thermorétractable et des verrous secondaires aux endroits où il y a des vibrations. |
Considérations thermiques
- Évitez de faire passer les câbles à courant élevé au-dessus des cellules ou des zones de forte chaleur.
- Utilisez des barrières thermiques ou des isolants entre les fils et les composants chauds.
- Disposez les câbles de manière à faciliter la circulation de l'air si le pack utilise un refroidissement par convection.
Intégrité du signal et interférences électromagnétiques
- Séparez les lignes PWM/onduleur et les lignes des capteurs CC ; lorsque la séparation n'est pas possible, utilisez une paire torsadée ou un câble blindé.
- Adoptez un châssis/retour à point unique pour éviter les boucles de masse.
- Raccordez les blindages et les boîtiers de connecteurs au châssis conformément aux meilleures pratiques CEM.
protection mécanique et finition du harnais
Utilisez des gaines, des tubes ondulés ou des écrans tressés dans les zones d'abrasion. Des manchons thermorétractables et des tubes à revêtement adhésif aux extrémités ajoutent de l'isolation et soulagent les contraintes.
Appliquez des étiquettes d'identification thermorétractables, des codes QR ou des étiquettes imprimées pour l'assemblage et la traçabilité après-vente.
testabilité et conception de services
- Ajouter des points de test et des connecteurs rapides pour la communication BMS et la mesure de l'équilibrage des cellules.
- Conception du faisceau permettant un retrait facile du BMS ou des modules sans démontage complet.
- Intégrez des contrôles de polarité et de continuité dans le flux de tests de production.
meilleures pratiques de fabrication et de contrôle qualité
- Conception de dispositifs automatisés de sertissage et de câblage pour réduire la main-d'œuvre et les erreurs humaines.
- Utilisez des routeurs/gabarits de montage pour préformer et inspecter les faisceaux hors ligne.
- Mettre en œuvre des tests de traction et un échantillonnage micrographique du sertissage pour évaluer la fiabilité des connecteurs.
- Contrôle des stocks : seuls les lots de câbles et de connecteurs approuvés avec suivi des lots sont autorisés.
Pièges courants et solutions
| Piège | Réparer |
|---|---|
| Bus positif près du capteur de température | Modifier le tracé ou ajouter une isolation thermique |
| Câbles de signal longs à proximité des pilotes PWM | Raccourcir, tordre ou protéger les lignes |
| Harnais mal ajusté | Ajoutez des colliers de serrage, des ancrages et des dispositifs de décharge de traction. |
Liste de contrôle des normes et de la réglementation
- CEI 62133 – sécurité des batteries
- UL 2580 / UL 2054 – le cas échéant
- Directives CEM pour les marchés cibles
- Réglementation de l'ONU concernant le transport des batteries au lithium
Conclusion
L'optimisation du câblage nécessite un équilibre entre les exigences électriques, mécaniques et thermiques, ainsi que les contraintes de fabrication. Un dimensionnement approprié des conducteurs, un routage rigoureux, des dispositifs anti-traction et des procédures de test adéquates permettent d'obtenir des batteries plus sûres, plus fiables et plus faciles à produire.
