ES2623409T3 - Cable de energía de automóvil - Google Patents

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Abstract

Cable de energía de automóvil con al menos un primer elemento conductor plano (10) hecho de aluminio y circundado por al menos un primer elemento aislante (14a), al menos un segundo elemento conductor plano (12) hecho de aluminio y circundado por al menos un segundo elemento aislante (14b), y al menos un elemento de blindaje (16) que circunda el al menos un primer elemento aislante (14a) y el al menos un segundo elemento aislante (14b), estando dispuestos el primer elemento conductor plano (10) circundado por el primer elemento aislante (14a) y el segundo elemento conductor plano (12) circundado por el segundo elemento aislante (14b) de tal forma que superficies anchas de los elementos conductores planos (10, 12) se encuentran una sobre otra y pudiendo deslizarse los elementos conductores planos unos contra otros con sus respectivos elementos aislantes.

Description

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DESCRIPCION
Cable de energla de automovil
La invention se refiere a un cable de energla de automovil con al menos un primer elemento conductor plano circundado por al menos un primer elemento aislante, con al menos un segundo elemento conductor plano circundado por al menos un segundo elemento aislante, y con al menos un elemento de blindaje que circunda el al menos un primer elemento aislante y el al menos un segundo elemento aislante. Ademas, la solicitud se refiere a un uso de un cable de energla de automovil de este tipo en un automovil con accionamiento electrico.
En la actualidad, los automoviles presentan redes de a bordo con una multiplicidad de consumidores electricos. Por lo tanto, es cada vez mas importante una buena distribution de la energla. Especialmente en automoviles con electromotor, como por ejemplo vehlculos hlbridos, es importante una buena distribucion de energla. En estos automoviles se necesitan tensiones muy altas (por ejemplo 60 V a 1 kV) y corrientes muy altas (por ejemplo 100 A y mas) para el accionamiento. La energla para el electromotor es suministrada por baterlas de alto voltaje. Dado que, sin embargo, el electromotor se hace funcionar con una tension alterna, entre el acumulador de energla que suministra corriente alterna y el electromotor esta conectado adicionalmente un ondulador.
Se ha de prestar atencion especial a los cables de energla empleados para transmitir las altas corrientes y tensiones. Un cable de energla de este tipo tiene que presentar una alta capacidad de transporte de corriente.
Sin embargo, por las altas corrientes y tensiones se generan campos electromagneticos no deseados. Por ejemplo, para evitar una perturbation de consumidores en una red de a bordo de automovil, los cables de energla generalmente presentan un blindaje. Este blindaje sirve para evitar una radiation electromagnetica del cable de energla.
Por el estado de la tecnica, para la transmision de energla se conocen solo cables redondos de cobre blindados. Sin embargo, en estos cables resulta desventajoso que por su diametro necesitan un gran espacio de construction. Ademas, es relativamente alto el peso de un cable de este tipo.
Una alternativa a los conductores redondos son los cables planos. Los cables planos pueden presentar un reducido peso y una reducida necesidad de espacio a causa de su reducida altura de construccion. Pero generalmente, estos cables se usan para la transmision de information. Por lo tanto, los cables planos del estado de la tecnica presentan solo una reducida capacidad de transporte de corriente.
Ademas, los cables planos conocidos presentan con mayores corrientes interferencias electromagneticas radiadas intolerables.
El documento WO99/09561 describe un cable de corriente par el uso como cable de altavoz de alta fidelidad o para conducir corriente domestica, que comprende dos elementos conductores planos superpuestos, aislados respectivamente, circundados por un blindaje comun.
El documento WO2006/082238A1 describe un cable de energla de automovil con dos elementos conductores planos superpuestos, aislados, de aluminio.
Por lo tanto, la solicitud tiene el objetivo de proporcionar un cable de energla de automovil que presente un reducido peso as! como una reducida altura de construccion y al mismo tiempo una buena compatibilidad electromagnetica.
Estos y otros objetivos se consiguen segun la solicitud mediante un cable de energla de automovil segun la revindication 1.
El cable segun la solicitud se puede emplear en automoviles para la transmision de energla. El cable de energla de automovil presenta al menos dos elementos conductores planos como conductores electricos. Estos conductores pueden presentar una superficie de section transversal rectangular. Se ha encontrado que los conductores con tal superficie de seccion transversal resultan adecuados especialmente para una transmision de energla a causa de una alta capacidad de transporte de corriente. Un conductor plano puede llevar hasta un 40 % mas de corriente en comparacion con un conductor redondo con la misma seccion transversal, segun el factor de forma. En el caso de una superficie de seccion transversal rectangular, la superficie de un elemento conductor plano es mayor que la de un conductor redondo con la misma seccion transversal. Esta superficie mas grande conduce a una mejor radiacion de calor que sustancialmente se produce por convection. Como consecuencia, puede ser mayor la capacidad de transporte de corriente de un elemento conductor plano.
Especialmente en caso de una construccion de doble conduction que a causa de su acoplamiento termico presenta inicialmente una menor capacidad de transporte de corriente que un conductor individual, mediante la conception segun la solicitud como conducto plano con dos elementos conductores planos puede llevar la misma corriente que dos conductores redondos separados.
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A causa de la superficie de seccion transversal rectangular, los elementos conductores pianos presentan generalmente dos superficies anchas opuestas y dos superficies estrechas opuestas. En el raro caso especial de un conductor cuadrado, todas las superficies de un elemento conductor plano tienen el mismo tamano. Un cable de energla de automovil de dos hilos de este tipo facilita el montaje en un automovil.
Cada uno de los elementos conductores planos esta circundado de al menos un elemento aislante. Por ejemplo, un elemento aislante puede estar dispuesto mediante extrusion, encolado, evaporacion o inyeccion. Son posibles otros tipos de union. Sin embargo, los elementos aislantes pueden adherirse sobre los elementos conductores planos, pero no entre si. Los elementos conductores planos con el elemento aislante correspondiente pueden deslizarse unos respecto a otros. De esta manera, se consiguen buenas propiedades de flexion del cable de energla de automovil. Ademas, no existe ningun contacto electrico entre los dos elementos conductores planos. Los elementos aislantes tambien pueden estar formados en una sola pieza.
Para evitar la radiacion electromagnetica, el cable de energla de automovil presenta un elemento de blindaje. Un blindaje es necesario para no interferir en otras senales y componentes. Ademas, el elemento de blindaje puede usarse como conductor de masa. Este elemento de blindaje circunda los dos elementos conductores planos incluidos los elementos aislantes.
Se ha encontrado que se consigue una menor altura de construccion, si los elementos conductores planos estan dispuestos de tal forma que sus superficies anchas estan superpuestas. Un cable de energla de automovil de este tipo se puede tender en un automovil facilmente y solo con una reducida necesidad de espacio. Ademas, esta construccion garantiza un comportamiento de transmision mejorado a causa de una impedancia de transferencia mejorada. Ademas, resultan ventajas de peso significativas en comparacion con cables de energla convencionales.
Un buen blindaje de cables de energla de automovil resulta diflcil generalmente. Se ha encontrado que un mejor blindaje y por tanto una mejor compatibilidad electromagnetica se puede conseguir si segun un ejemplo de realizacion los elementos conductores planos estan acoplados de forma electromagnetica entre si de tal forma que se anulan mutuamente los campos lejanos radiados por los elementos conductores planos. Este puede ser el caso especialmente si los elementos conductores planos presentan un flujo de corriente antagonista. Los campos B de los dos conductos se anulan mutuamente en la zona de accion lejana, ya que son antagonistas. Si el cable de energla de automovil se usa por ejemplo para la transmision de corrientes para la alimentacion de energla de un electromotor, un elemento conductor plano puede usarse como conductor positivo y el otro elemento conductor plano puede usarse como conductor negativo. Especialmente en vehlculos electricos se emplean altas corrientes continuas, quedando formados el conducto de ida y el conducto de retorno por el cable segun la solicitud. Por lo tanto, ambos conductores radian al menos un campo magnetico. Ademas, en la practica no se puede evitar que senales parasitas se acoplen a los conductores como armonicos. Sin embargo, se encontro que a causa de la disposicion segun la solicitud se puede evitar sustancialmente el desacoplamiento de perturbaciones, ya que tambien las perturbaciones se anulan mutuamente. Los campos magneticos radiados de los dos cables se anulan ademas aproximadamente, ya que estos campos presentan una direccion contraria unos respecto a otros. Por consiguiente, se puede conseguir una compatibilidad electromagnetica mejorada.
Segun un ejemplo de realizacion, los elementos conductores planos presentan una distancia entre si de al menos 0,2 mm, preferentemente de 1 mm. Esta disposicion Intima y un acoplamiento electromagnetica Intimo y bueno de los elementos de conduccion unos respecto a otros causan ademas de un comportamiento de transmision optimizado tambien un comportamiento de radiacion (CEM) optimizado. Con un acoplamiento tan Intimo, los campos no deseados se anulan mutualmente casi por completo.
Los elementos conductores planos pueden presentar una capacidad de transporte de corriente de al menos 100 A. Sin embargo, los requerimientos de corrientes constantes de mas de 2000 A por otro dimensionamiento del cable de energla de automovil, especialmente de la seccion transversal de los elementos conductores planos.
Segun un ejemplo de realizacion, el cable de energla de automovil presenta una superficie de seccion transversal rectangular. Por ejemplo, el cable de energla de automovil puede tener una altura de 12 mm y un ancho de 25 mm. Sin embargo, las medidas pueden diferir. Las esquinas de tal cable pueden estar redondeadas.
Las medidas mencionadas anteriormente dependen de las medidas de los elementos conductores planos empleados. Estos pueden presentar una superficie de seccion transversal de al menos 5 mm2, preferentemente de 50 mm2. El tamano de la superficie de seccion transversal puede depender por ejemplo de los requerimientos de una capacidad de transporte de corriente necesaria deseada.
Entre los elementos conductores planos pueden estar presentes diferencias de potencial entre 60 V y 1000 V. Al menos uno de los elementos aislantes puede estar formado de tal manera que se pueda evitar de manera segura una carga disruptiva a causa de la alta tension. Los elementos aislantes pueden estar hechos de plastico.
Especialmente, por sus buenas propiedades de aislamiento y de fabricacion se pueden emplear poliamidas, como por ejemplo PA 12. Los elementos aislantes pueden presentar un espesor de al menos 0,1 mm, preferentemente de
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Ademas, el primer y el segundo elemento aislante pueden estar hechos en una sola pieza de un elemento aislante. El elemento aislante individual puede estar dispuesto de forma adherente o no adherente en los elementos conductores planos. Los elementos conductores planos pueden deslizarse unos respecto a otros en caso de una disposicion no adherente. Ademas, se pueden garantizar buenas propiedades de flexion. Ademas, el elemento aislante en una sola pieza puede estar realizado de forma mas espesa que el primer y el segundo elemento aislante. Se puede conseguir un acoplamiento igual de bueno en comparacion con estos dos elementos aislantes.
Segun un ejemplo de realizacion, el elemento de blindaje esta circundado de un tercer elemento aislante. Tambien este elemento aislante puede estar compuesto de materia sintetica. Este elemento aislante sirve de camisa protectora y puede hacer entre otras que se pueden evitar danos del cable de energla de automovil.
El elemento de blindaje puede estar hecho de chapa. Una chapa ofrece la ventaja de que envuelve los elementos conductores planos Intimamente pudiendo blindar incluso radiacion de alta frecuencia. Precisamente en accion conjunta de este blindaje con el acoplamiento electromagnetico segun la invencion de los elementos conductores planos queda garantizada una compatibilidad electromagnetica muy buena. Especialmente en caso de un espesor de al menos 0,1 mm del elemento de blindaje existe un efecto de blindaje muy bueno. Si como elemento de blindaje se usa una chapa, igualmente se puede garantizar una buena flexibilidad del cable de energla de automovil. Este es el caso tambien para espesores superiores a 0,1 mm, por ejemplo de 0,2 mm.
En un ejemplo de realizacion, el elemento de blindaje esta formado por un metal no ferroso o de una aleacion no ferrosa. Por ejemplo, el elemento de blindaje puede estar hecho de cobre o de aleaciones de este.
Ademas, el elemento de blindaje puede estar enrollado con un solape de al menos el 10 %, preferentemente el 50 %. En un enrollamiento se puede producir un solape insuficiente o un blindaje no totalmente estanco. Ademas, en caso de un solape escaso, en caso de pequenos deslizamientos durante la fabricacion pueden producirse huecos en el blindaje. Un blindaje con huecos se evita de manera segura mediante un solape segun la solicitud.
Segun otro ejemplo de realizacion, el elemento de blindaje esta formado por al menos una lamina y al menos un trenzado. El trenzado puede estar hecho por ejemplo de cobre o aluminio y la lamina puede estar hecha de aluminio. El trenzado sirve en este caso principalmente para el blindaje de campos de baja frecuencia. Sin embargo, la radiacion de campos de alta frecuencia no se evita suficientemente por un trenzado, ya que el trenzado no es completamente estanco. Sin embargo, un trenzado presenta una buena flexibilidad. Adicionalmente, se puede emplear una lamina, p.ej. una chapa fina. Esta lamina sirve para blindar los campos de alta frecuencia y tambien puede flexionarse bien. En total, resulta una proteccion segura contra la radiacion a la vez de buenas propiedades de flexion.
Ademas, al menos un elemento conductor plano puede estar hecho de aluminio. Sin embargo, tambien son posibles otros metales no ferrosos como por ejemplo el cobre. El aluminio presente frente a otros metales, por ejemplo el cobre, la ventaja de un peso sensiblemente menor. En cambio, el cobre presenta mejores propiedades de conduccion electrica. Sin embargo, se ha encontrado que con el cable de energla de automovil segun la solicitud, por una superficie de seccion transversal mas grande de los elementos conductores planos se pueden conseguir unas propiedades de conduccion igual de buenas y al mismo tiempo una reduccion de peso de hasta el 40 %. Ademas, un elemento conductor plano de aluminio puede presentar con la misma resistencia electrica que un elemento conductor plano de cobre una mayor capacidad de transporte de corriente. De esta manera, con una capacidad de transporte de corriente determinada se puede seguir reduciendo la seccion transversal con respecto a los conductores redondos y/o de cobre.
Segun otro ejemplo de realizacion, el cable de energla de automovil presenta un radio de flexion mlnimo en el sentido ortogonal hacia la superficie ancha del cable de energla de automovil de al menos 5 mm, preferentemente 12 mm. Igualmente, el cable de energla de automovil puede presentar un radio de flexion mlnimo en direccion ortogonal hacia una superficie estrecha del cable de energla de automovil de al menos 25 mm, preferentemente 38 mm. Queda garantizado un tendido sencillo en el compartimento del motor, especialmente con radios estrechos.
Otro aspecto de la solicitud, segun la reivindicacion 12, es el uso del cable de energla de automovil en un vehlculo con accionamiento electrico. Por ejemplo, el vehlculo puede ser un vehlculo hlbrido. Especialmente en un automovil accionado de forma electrica se usan cables de energla con una alta capacidad de transporte de corriente, ya que un electromotor funciona con altas tensiones y corrientes. Igualmente es un factor importante el peso de un vehlculo de este tipo. El cable de energla de automovil puede usarse especialmente como cable de baterla en un vehlculo con accionamiento electrico.
A continuacion, la solicitud se describe en detalle con la ayuda de un dibujo que muestra ejemplos de realizacion. Muestran
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la figura 1 una vista esquematica de un cable de energla de automovil a tltuio de ejemplo,
la figura 2 una vista esquematica en seccion de un ejemplo de realizacion del cable de energla de automovil,
la figura 3 un diagrama de altura/peso.
La construccion del cable de energla de automovil segun la solicitud, que esta representada en los dibujos, presenta especialmente una reducida altura de construccion y ademas un comportamiento de radiacion muy bueno.
Siempre que fue posible, en las figuras 1 y 2, para elementos identicos se usaron los mismos signos de referencia. En la figura 1 esta representada una vista en seccion simplificada de un cable de energla de automovil 1 a tltulo de ejemplo. El primer elemento conductor plano 10 esta dispuesto con su superficie ancha encima de la superficie ancha del segundo elemento conductor plano 12. Los elementos conductores planos 10, 12 pueden estar hechos de aluminio. Ademas, los elementos conductores planos 10, 12 estan circundados de un elemento aislante 14 y estan aislados electricamente entre si por dicho elemento aislante 14. El elemento aislante 14 puede estar hecho de materia sintetica, por ejemplo PA 12, y estar aplicado por inyeccion alrededor de los elementos conductores planos 10, 12. Las uniones pueden ser al menos uniones geometricas.
Un elemento de blindaje 16 circunda a su vez el elemento aislante 14. El elemento de blindaje 16 puede ser una chapa. Ademas, la chapa puede estar enrollada con un solape del 50 %. Finalmente, alrededor del elemento de blindaje 16 esta dispuesta ademas una camisa protectora 18. Esta puede ser de materia sintetica y presentar por ejemplo un espesor de 1 mm. Todos los elementos 10 a 18 presentes pueden estar unidos entre si por union geometrica.
La vista en seccion simplificada de un ejemplo de realizacion del cable de energla de automovil 2, que esta representada en la figura 2, se diferencia del ejemplo anterior en que por una parte el primer elemento conductor plano 10 esta circundado por un primer elemento aislante 14a y el segundo elemento conductor plano 12 esta circundado por un segundo elemento aislante 14b. En el caso de la fabricacion del cable de energla de automovil 2 con al menos dos elementos aislantes resulta la ventaja de que inicialmente cada uno de los elementos conductores planos 10, 12 puede envolverse con una capa aislante 14a, 14b. A continuacion, estos componentes pueden juntarse uno sobre otro en la forma representada.
Por otra parte, los dos ejemplos de realizacion se diferencian en que el elemento de blindaje 16 comprende una lamina 16a y un trenzado 16b. La lamina 16a puede ser de aluminio, mientras que el trenzado 16b puede ser de cobre.
En ambas figuras 1 y 2, los cables de energla de automovil 1, 2 estan conformados de forma rectangular, pudiendo estar redondeadas las esquinas. Las medidas de los cables de energla de automovil 1, 2 como el ancho y la altura, dependen entre otros factores de las medidas de los elementos conductores planos 10, 12.
El cable de energla de automovil 1, 2 de la figura 1 o 2 puede usarse por ejemplo para la transmision de corriente en un vehlculo hlbrido. El primer elemento conductor plano 10 puede utilizarse como conductor positivo o de ida y el segundo elemento conductor plano 12 puede utilizarse como conductor negativo o de retorno. Una carga disruptiva por las diferencias de potencial de hasta 1000 V, producidas entre los elementos conductores planos 10, 12, se evita mediante los elementos aislantes 14, 14a, 14b.
Las corrientes que aparecen, por ejemplo de 100 A y mas, producen campos B y causan una radiacion de estos campos. Ademas, por armonicos acoplados no deseados en los elementos conductores planos 10, 12 se producen senales parasitas adicionales. Una buena resistencia de acoplamiento y un buen comportamiento de radiacion se pueden conseguir mediante el acoplamiento Intimo representado de los elementos conductores planos 10, 12 entre si. Por ejemplo, los elementos aislantes 14a, 14b presentan respectivamente un espesor de 0,5 mm, de manera que existe una distancia de 1 mm entre los elementos conductores planos 10, 12. Por esta disposicion segun la solicitud y un flujo de corriente antagonista se anulan sustancialmente los campos lejanos aparecidos. Ademas, se evita una radiacion adicional por el elemento de blindaje 16, 16a, 16b. El resultado es un cable de energla de automovil con un comportamiento de transmision y de radiacion optimizado.
Ademas, la figura 3 muestra un diagrama de altura/peso. Aqul esta representado el peso total de tres ejemplos de realizacion con propiedades de conduction electricas identicas, en funcion de la altura. El cable redondo de cobre comprende dos conductores individuales y cada conductor individual tiene un diametro de 12 mm. Este diametro es constante. Por consiguiente, tambien el peso total del cable redondo de cobre es constante y asciende a aproximadamente 1000 g/m. Ademas, estan representados en el diagrama dos cables planos. Se trata por una parte de un cable plano compuesto de dos conductores planos individuales de aluminio. Del diagrama resulta que con reducidas alturas del cable (aprox. 2 mm) no resultan ventajas de peso con respecto al cable redondo de cobre. En caso de mayores alturas (7 mm) se consiguen ventajas de peso de hasta 250 g. Por otra parte, esta representado un cable de energla de automovil de aluminio segun la solicitud. Se pueden apreciar claramente las enormes ventajas de peso (hasta aprox. 410 g) pese a una altura total reducida del cable de energla de automovil frente al cable redondo de cobre, pero tambien frente a conductores planos individuales de aluminio.
Por la construccion descrita del cable de energla de automovil se obtiene un cable de energla de automovil con un comportamiento de transmision y de radiacion optimo. Ademas, queda garantizado un modo de construccion compacto por una altura de construccion reducida y un peso reducido.
5 Se entiende que los ejemplos de realizacion descritos son solo algunos de una multitud de posibles ejemplos de realizacion. Por ejemplo, se pueden usar otros materiales y/o elementos aislantes y/o de blindaje adicionales.

Claims (12)

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    REIVINDICACIONES
    1. Cable de energla de automovil con
    al menos un primer elemento conductor plano (10) hecho de aluminio y circundado por al menos un primer elemento aislante (14a),
    al menos un segundo elemento conductor plano (12) hecho de aluminio y circundado por al menos un segundo elemento aislante (14b), y
    al menos un elemento de blindaje (16) que circunda el al menos un primer elemento aislante (14a) y el al menos un segundo elemento aislante (14b), estando dispuestos el primer elemento conductor plano (10) circundado por el primer elemento aislante (14a) y el segundo elemento conductor plano (12) circundado por el segundo elemento aislante (14b) de tal forma que superficies anchas de los elementos conductores planos (10, 12) se encuentran una sobre otra y
    pudiendo deslizarse los elementos conductores planos unos contra otros con sus respectivos elementos aislantes.
  2. 2. Cable de energla de automovil segun una de las reivindicaciones mencionadas anteriormente, caracterizado por que los elementos conductores planos (10, 12) presentan durante el funcionamiento del automovil un flujo de corriente antagonista, de tal forma que los campos lejanos radiados por los elementos conductores planos (10, 12) se anulan mutuamente.
  3. 3. Cable de energla de automovil segun una de las reivindicaciones mencionadas anteriormente, caracterizado por que los elementos conductores planos (10, 12) presentan una capacidad de transporte de corriente de al menos 100 A.
  4. 4. Cable de energla de automovil segun una de las reivindicaciones mencionadas anteriormente, caracterizado por que al menos un elemento conductor plano (10, 12) presenta una superficie de seccion transversal de al menos 5 mm.
  5. 5. Cable de energla de automovil segun una de las reivindicaciones mencionadas anteriormente, caracterizado por que al menos uno de los elementos aislantes (14, 14a, 14b) esta realizado de tal forma que existe una resistencia a descargas disruptivas con una diferencia de potencial de 60 V a 1000 V entre los elementos conductores planos (10, 12).
  6. 6. Cable de energla de automovil segun una de las reivindicaciones mencionadas anteriormente, caracterizado por que al menos un elemento de blindaje (16) comprende al menos una chapa.
  7. 7. Cable de energla de automovil segun una de las reivindicaciones mencionadas anteriormente, caracterizado por que el al menos un elemento de blindaje (16) presenta un espesor de al menos 0,1 mm.
  8. 8. Cable de energla de automovil segun una de las reivindicaciones mencionadas anteriormente, caracterizado por que el al menos un elemento de blindaje (16) esta fabricado de un metal no ferroso y/o de una aleacion no ferrosa.
  9. 9. Cable de energla de automovil segun una de las reivindicaciones mencionadas anteriormente, caracterizado por que el al menos un elemento de blindaje (16) esta enrollado con un solape de al menos el 10 %.
  10. 10. Cable de energla de automovil segun una de las reivindicaciones mencionadas anteriormente, caracterizado por que el elemento de blindaje (16) comprende al menos una lamina (16a) y al menos un trenzado (16b).
  11. 11. Cable de energla de automovil segun una de las reivindicaciones mencionadas anteriormente, caracterizado por que la al menos una lamina (16a) esta fabricada de aluminio y el al menos un trenzado (16b) esta fabricado de cobre o de aluminio.
  12. 12. Uso de un cable de energla de automovil segun la reivindicacion 1 en un vehlculo con accionamiento electrico.
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