燃油汽車的時代終將過去,在政策、能源及環境的三重壓力下,新能源汽車已是大勢所趨。新能源線纜就是用在新能源汽車上的電線線纜的簡稱,新能源線纜分為車載(車內線)與非車載(充電樁)兩大類。
一、新能源線纜市場趨勢
據汽車工業協會發布數據顯示,2017年,我國新能源汽車產銷為79.4萬輛和77.7萬輛,同比分別增長53.8%和53.3%,市場占比達到2.7%,比上年提高了0.9個百分點。2018年1-10月,國內新能源汽車銷量已達產銷分別完成87.9萬輛和86萬輛,比上年同期分別增長70%和75.6%。依目前走勢來看,新能源汽車將繼續保持高增長趨勢。按國家規劃,到2020年全國新能源汽車產量達到200萬輛,產銷保有量將超過500萬輛。
同時,國家頒布的《電動汽車充電基礎設施發展指南(2015-2020)》明確提出,到2020年新增集中式充換電站超過1.2萬座,分散式充電樁超過480萬個,以滿足全國500萬輛電動汽車充電需求,同時提出加大對充電基礎設施補貼力度,在產業發展初期給予中央基建投資資金適度支持。
以此來看,未來幾年,新能源汽車、充電樁將保持高增長趨勢,作為傳輸電能的線纜,隨著新能源汽車的發展,也將迎來爆發。
二、新能源線纜的應用及性能
按照結構,新能源線纜分為單芯和多芯兩種。
新能源汽車線纜與普通汽車線纜存在一定差別,主要是使用環境發生了很大的變化:
1、高電壓高電流(車載)
可達600/300A,而傳統燃油車電池電壓一般為12V,對應的導線耐壓等級小于60V。
2、大線徑、線纜數量多(車載)
高壓電池逆變器度變壓器/低壓電池/空調壓縮機/電加熱/電源分配單元…眾多的用電結構使用線纜進行連接,導致在有限的空間內需排布數量龐大的線纜。
3、暴露空間(非車載)
充電槍部分的線纜長時間處于暴露空間,其耐候性、耐磨性、耐彎折、抗撕裂……有著嚴格要求。
車內高壓線束由于具有大電壓/大電流、大線徑導線數量多等特點,線束的設計面臨著布線、安全、屏蔽、重量及成本等挑戰。
1、布線
車內高壓線束布置有以下要求
(1)靜態負載情況下,最小轉彎半徑4倍導線外徑
(2)動態負載情況下,最小轉彎半徑8倍導線外徑
(3)高低壓導線間距最小不低于100mm
(4)高壓接插件出線端到第一個固定點的距離不大于100mm
相鄰固定點之間的距離一般不超過150~200mm
(5)高壓線束盡量布置于車底
(6)導線選擇韌性導線如硅橡膠導線、柔性交聯聚烯烴導線
2、安全
高電壓高電流,除了本身的高壓對絕緣性能有著嚴格要求外,大電流導致的高溫也是必然要考慮的一點。
(1)導線選材
采用高壓導線600V900V(AC)(參考|SO19
采用壁厚高線,壁厚0.6mm-1.1mm
采用耐熱導線,耐熱150度或以上:可選用硅橡膠導線,交聯聚乙烯交聯聚烯烴材料,優秀的阻燃效果。
(2)密封
與高壓連接器匹配,密封要達到防水防塵(IP67,IP69K)要求導線具有良好的圓整度、尺寸穩定性能、老化性能
3、屏蔽
高壓線束需要電磁屏蔽的原因在于
●高壓和大的交流電流產生電磁場干擾
●電器元器件的快速通斷電產生電磁干擾
高壓線束屏蔽電磁干擾的舉措有:
(1)通過選用屏蔽導線
電動汽車超高的電流電壓,運轉時會產生很大的電磁感應現象,如果不很好的解決電磁屏蔽問題,勢必影響汽車電子設備的使用性能,所以選擇屏蔽導線作為電動汽車高壓線對于電磁屏蔽是不錯的選擇。
屏蔽導線由多股鍍錫退火銅絲編織,細的銅絲可以保持設計的柔韌性,具有90%以上的覆蓋率,需控制合理的絕緣及護套剝離力以滿足開線剝線加工要求。
(2)Bundle Shielding——整體屏蔽
是指在線束外用一種輕型編織金屬屏蔽層固定作為屏蔽構件情況下,保護導線束以防電磁干擾。目前多為日系OEM使用。
(3)鋁管屏蔽一一導線直接套進鋁管,目前多為日美系OEM使用。
4、重量與成本
(1)對于新能源汽車來說,輕量化對于續航里程的提升十分重要,那么線束重量可以在材料選用上入手,導體材料可選用新型導線導體,如新型鋁導線:絕緣材料可選用低密度材料,同時薄壁化加工。
(2)日前車內高壓導線以進口為主,導線門檻較高,前期量產車型產量較少,新能源汽車面臨更大的成本壓力,需進行更多的國內資源開發。
5、環保
車內高壓線束需要采用低揮發、低VOC、低氣味材料。
三、新能源線纜選材及要求
因為新能源車內高壓大電流且空間有限,充電樁線纜則長期暴露在室外,使用環境的特殊性對線纜材料的性能提出非常嚴格的要求。新能源汽車線纜需要具備耐高低溫、耐油耐水、阻燃、抗撕裂、絕緣、抗UV老化等性能。常用材料有TPE、TPU、XLPO、NBR+PVC、氯丁橡膠、硅橡膠等。
1、TPE
TPE熱塑性彈性體,也稱熱塑性橡膠TPR。
TPE的類別有:苯乙烯類、烯烴類、雙烯類、氯乙烯類、聚酯類、酯類、酰胺類、有機氟類、有機硅類和乙烯類等(TPS、TPU、TPO、TPV等)。目前使用的大部分是指SEBS為基材的彈性體。 TPE材料應用于充電槍線纜
優點:加工工藝簡單,密度小,價格適中,整體電纜非常柔軟,能滿足現有各標準要求。
缺點:大多含有不飽和鍵,溫定性差;耐油效果低,特別是汽油;耐氣候性較差,長期使用材料熱穩定性差,高溫條件下材料機械性能下降很多,戶外使用開裂風險大;不耐臟,粘手。
工作溫度:耐寒-50度;耐溫120度以內。
2、TPU
TPU,即熱塑性聚氨酯彈性體,分子結構分為聚酯型和聚醚型,由剛性嵌段和柔性鏈段組成,在加工工藝中注塑成型占到40%以上,擠出成型約為35%左右;彈簧伸縮長度可達原彈簧長度2-6倍。
充電樁電纜聚氨酯護套材料,以TPU樹酯為主要材料,加入環保或無鹵阻燃劑、抗氧劑等助劑經混煉、塑化、造粒而成,具有柔韌、耐碾壓,耐電壓,耐高溫壓力、耐老化、耐酸堿、耐鹽霧、防水等特性。
優點:具有卓越的高張力、高拉力、強韌和耐老化特性,環保材料。
缺點:目前國內加工困難,原料企業較少,成本較高。
工作溫度:耐寒-40度;耐溫150度以內。
3、聚氯乙烯彈性體
PVC聚氯乙烯線纜,以聚氯乙烯為基礎樹脂,可通過加入不同量的增塑劑來調節其柔軟性,降低其“玻璃化”溫度,從而具有良好的柔軟性,還可增加塑性,使其易于加工成型。
交聯后鏈段形成網狀結構,彈性伸縮長度可達原彈簧長度2-4倍。
優點:阻燃和絕緣、耐酸、耐油、易加工改性、便宜。
缺點:燃燒時會有黑煙和HCl氣體。
工作溫度:耐寒-40度;耐溫105度以內(根據客戶要求)。
4、硅橡膠
采用硅膠材料加工而成的AGR硅橡膠電纜,彈性較好,適宜溫度范圍為-60℃-200℃電壓:300/500V導體材質:工藝原理同橡膠類似,通過混煉、高壓成型等工藝加工。
優點:耐熱性、耐寒性和耐候性,防水,柔軟性好,易于安裝。
缺點:不耐油,抗撕裂能力差,價格較貴。
工作溫度:耐寒-40度;耐溫200度以內。
5、XLPE
XLPE交聯聚乙烯,是一種利用物理或化學方法,將XLPE絕緣材料的分子結構由線性的分子結構改變為網狀的線性結構。PE為基礎樹脂,硅烷為橋鍵材料。
優點:較高的交聯性,柔性較好,絕緣性好,結構輕便,安裝方便,便宜。
缺點:耐熱性差,批次間色差難控制。
工作溫度:耐寒-50度;耐溫100度以內。