新能源電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)用電纜研制

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［摘要］新能源電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)用電纜作為新能源電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，其成功研發(fā)將推動(dòng)新能源電動(dòng)汽車的發(fā)展。詳細(xì)介紹了新能源電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)用電纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇以及關(guān)鍵工藝控制要點(diǎn)。經(jīng)客戶使用驗(yàn)證，所研制的新能源電動(dòng)汽車充電用電纜具有使用壽命長(zhǎng)、易彎曲、易收放等特點(diǎn)，能夠在不同地區(qū)、不同環(huán)境下使用。

［關(guān)鍵詞］電纜；新能源；電動(dòng)汽車；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；工藝控制

0引言

燃油汽車尾氣排放污染已經(jīng)成為城市污染的首要原因。大量污染物的排放，導(dǎo)致近年來(lái)各大城市霧霾天氣頻現(xiàn)。為了減少汽車尾氣污染排放，歐洲多國(guó)政府已經(jīng)向燃油汽車發(fā)出了通牒，法國(guó)、荷蘭政府日前宣布在2030年將禁售所有燃油汽車，挪威政府也宣布在2025年將禁售所有燃油汽車，我國(guó)也可能在2030前后年禁售所有燃油汽車。電動(dòng)化是汽車工業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，新能源電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)用電纜作為新能源電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，其成功研發(fā)將推動(dòng)新能源電動(dòng)汽車的發(fā)展。本文以RS90UPU－450／7503×25＋1×16＋2×4＋2×1．5＋（2×1．5）（P2）新能源電動(dòng)汽車充電用電纜［1］為例，對(duì)該電纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇和制造工藝進(jìn)行介紹。

1性能要求

新能源電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)用電纜的使用模式有兩種：一種是放置在電動(dòng)車上，跟隨電動(dòng)車在不同的環(huán)境中使用；另一種是安置于充電樁上，主要在停車場(chǎng)、車庫(kù)、公路旁等環(huán)境下使用［2］。不論是那種使用模式，新能源電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)用電纜都必須經(jīng)受日曬、雨淋、冰凍、油污、酸堿腐蝕等環(huán)境考驗(yàn)，并且在使用中經(jīng)常會(huì)遭受拖曳、輾軋、彎曲、摩擦、刮擦等機(jī)械損傷。因此，電纜必須具有較高的柔軟性、耐曲撓性和機(jī)械性能。

2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選擇

為了提高電纜對(duì)不同環(huán)境的適用性、充電的安全性和充電信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，在設(shè)計(jì)時(shí)采取了以下方案：a．為提高電纜在使用中耐彎曲、拖拽、收放等性能，電纜導(dǎo)體采用了退火銅絲絞合而成的符合GB／T3956－2008標(biāo)準(zhǔn)要求的第6類軟導(dǎo)體［3］。b．絕緣和護(hù)套采用TPU（熱塑性聚氨酯彈性體橡膠）材料。該材料具有絕緣性能好、抗拉強(qiáng)度高、伸長(zhǎng)率大、耐磨性能好、耐酸堿腐蝕性能強(qiáng)、耐低溫性能優(yōu)等特點(diǎn)［4］，充分保證了電纜在不同地區(qū)各種使用環(huán)境下都能正常運(yùn)行。c．無(wú)屏蔽信號(hào)或控制傳輸單元采用2根1．5mm2的絕緣線芯絞合而成，纜芯外采用1層厚度0．1mm的CPP（流延聚丙烯薄膜）帶繞包構(gòu)成。d．屏蔽信號(hào)或控制傳輸單元采用2根1．5mm2的絕緣線芯絞合而成，纜芯外的屏蔽結(jié)構(gòu)采用內(nèi)層重疊繞包厚度0．1mm的鋁塑復(fù)合帶，外層采用直徑為0．15mm的退火銅絲編織屏蔽結(jié)構(gòu)，編織密度≥80％。該單元的屏蔽結(jié)構(gòu)具有屏蔽效果好、抗拉效果強(qiáng)等特點(diǎn)，保障了該單元的信號(hào)不受外界信號(hào)干擾［5－6］。e．纜芯外總屏蔽層采用直徑為0．25mm的退火銅絲編織屏蔽，編織密度≥80％。該屏蔽結(jié)構(gòu)既可避免電纜中電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)充電樁的干擾，又可避免外界各種信號(hào)對(duì)電纜傳輸信號(hào)或控制單元的干擾。

3制造工藝控制

該電纜的工藝流程為：?jiǎn)谓z拉制→導(dǎo)體股絞、導(dǎo)體復(fù)絞（復(fù)絞直徑大于10mm2時(shí)繞包無(wú)紡布）→絕緣擠包→信號(hào)或控制傳輸單元成纜絞合→信號(hào)或控制傳輸單元外鋁塑復(fù)合帶繞包屏蔽→信號(hào)或控制傳圖1RS90UPU－450／7503×25＋1×16＋2×4＋2×1．5＋（2×1．5）（P2）新能源電動(dòng)汽車充電用電纜的結(jié)構(gòu)輸單元外編織屏蔽→信號(hào)或控制傳輸單元、主電源線芯、輔助電源線芯成纜（繞包）→銅絲編織總屏蔽→外護(hù)套擠包→成品測(cè)試→入庫(kù)。

3．1導(dǎo)體絞合工藝控制

導(dǎo)體采用退火銅絲絞合，銅絲電阻率控制在不大于0．016999Ω•mm2／mm。在導(dǎo)體絞合過(guò)程中應(yīng)控制好放線張力和收線張力，如放線張力不均勻，容易導(dǎo)致導(dǎo)體松散、彎曲等質(zhì)量問(wèn)題，若沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，在擠出絕緣時(shí)會(huì)導(dǎo)致絕緣層厚度偏小，甚至出現(xiàn)絕緣擊穿等嚴(yán)重質(zhì)量問(wèn)題。

3．2絕緣和護(hù)套擠包工藝控制

絕緣和護(hù)套全部采用TPU材料擠包，絕緣擠包時(shí)采用Φ65擠塑機(jī)，護(hù)套擠包時(shí)采用Φ90擠塑機(jī)擠包。在絕緣和護(hù)套擠包時(shí)應(yīng)對(duì)以下擠出工藝進(jìn)行控制：a．?dāng)D出前TPU材料的烘干處理。材料親水性強(qiáng)，比較容易吸收空氣中的水分，擠出前如果不烘干，容易出現(xiàn)絕緣或護(hù)套斷面氣孔、表面難看等質(zhì)量問(wèn)題，很多情況下還會(huì)導(dǎo)致機(jī)械性能下降，因此在擠出前應(yīng)采用烘干機(jī)對(duì)TPU材料進(jìn)行烘干處理［7］。烘干溫度一般控制在70～80℃，烘干時(shí)間5h左右；烘干機(jī)應(yīng)帶有抽風(fēng)裝置，可以及時(shí)將產(chǎn)生的廢氣抽走，保證原材料的烘干效果；材料烘干后應(yīng)及時(shí)使用，避免再次吸水導(dǎo)致材料受潮。b．?dāng)D塑機(jī)溫度的合理設(shè)置。通過(guò)多次生產(chǎn)調(diào)試。為避免擠塑機(jī)各部件受到損傷，擠塑機(jī)通電后將各加熱區(qū)的溫度按表2要求設(shè)置好，待各區(qū)溫度上升到設(shè)定溫度并保溫2h后，方可正常開(kāi)機(jī)生產(chǎn)。c．?dāng)D出模具的合理設(shè)計(jì)。TPU材料在擠塑機(jī)內(nèi)受熱后變成半流態(tài)，擠出后容易出現(xiàn)下垂，導(dǎo)致擠出后的絕緣和護(hù)套出現(xiàn)橢圓形，有時(shí)甚至出現(xiàn)局部厚度不符合要求。為了避免以上情況發(fā)生，采用了擠壓式模具生產(chǎn)，并且將原有擠壓式模具的模套承線長(zhǎng)度增加了1．5～2．0mm，確保擠出后的TPU材料更容易成型。d．?dāng)D塑機(jī)濾網(wǎng)的合理選擇。由于TPU材料受熱后比較軟，在擠塑機(jī)濾網(wǎng)板前采用2層120目濾網(wǎng)，可以增大擠塑機(jī)壓力，使聚氨酯擠出后更容易成型，并且擠塑機(jī)壓力增大后，避免了擠塑機(jī)螺桿打滑，可使擠出材料塑化更均勻，并可提高擠塑機(jī)的生產(chǎn)速度和生產(chǎn)效率。e．?？谖龀隽系奶幚?。采用擠壓式生產(chǎn)時(shí)，一旦生產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng)，模套?？谔帢O易出現(xiàn)TPU材料析出，當(dāng)析出的TPU材料堆積到一定程度會(huì)粘在絕緣和護(hù)套表面，導(dǎo)致絕緣和護(hù)套表面產(chǎn)生缺陷。因此，在擠出生產(chǎn)中應(yīng)經(jīng)常檢查模套模口處，如發(fā)現(xiàn)有TPU材料析出，應(yīng)及時(shí)清除，避免堆積后導(dǎo)致絕緣和護(hù)套表面產(chǎn)生缺陷。f．?dāng)D出后的冷卻處理。絕緣和護(hù)套擠出后需要進(jìn)入水槽冷卻，在進(jìn)入水槽時(shí)，通常采用柔軟紗布或海綿在水槽口擋水。然而在TPU絕緣和護(hù)套擠出時(shí)，剛出模具包覆在導(dǎo)體或在纜芯上的TPU絕緣和護(hù)套的溫度接近200℃，如在進(jìn)入水槽時(shí)與紗布或海綿接觸，則易產(chǎn)生水泡附著在電纜上，水溫和氣泡內(nèi)溫度存在的較大溫差將導(dǎo)致絕緣和護(hù)套表面出現(xiàn)凹坑，外觀質(zhì)量變差。由此，建議在擋水的紗布或海綿上涂抹洗潔精，以確保絕緣和護(hù)套進(jìn)入水槽與擋水的紗布或海綿接觸時(shí)非常光滑，避免帶動(dòng)紗布或海綿產(chǎn)生氣泡，從而消除表面凹坑的產(chǎn)生。

3．3成纜工藝控制

信號(hào)或控制傳輸單元的成纜方向?yàn)橛蚁?，成纜節(jié)徑比為16。電纜的主電源線芯、輔助電源線芯、信號(hào)或控制傳輸單元一起進(jìn)行成纜，成纜方向?yàn)樽笙?，成纜節(jié)徑比為28，纜芯外采用聚乙烯帶重疊繞包。成纜中應(yīng)調(diào)整好各個(gè)放線盤的張力，保證張力均勻一致，避免電纜成纜后呈“蛇形”彎曲。

3．4屏蔽工藝控制

屏蔽信號(hào)或控制傳輸單元外采用鋁塑復(fù)合帶重疊繞包，然后再采用銅絲編織屏蔽。鋁塑復(fù)合帶繞包時(shí)應(yīng)張力均勻，避免出現(xiàn)繞包后鋁塑帶出現(xiàn)翹起等不良現(xiàn)象。銅絲編織必須保證銅絲張力均勻，銅絲無(wú)翹起、斷股、斷線等不良現(xiàn)象，避免在擠包外護(hù)套時(shí)出現(xiàn)擊穿、護(hù)套厚度不符合要求、表面質(zhì)量變差等質(zhì)量問(wèn)題。

4結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了新能源電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)用電纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、性能設(shè)計(jì)以及關(guān)鍵工藝控制要點(diǎn)。經(jīng)客戶使用驗(yàn)證，所研制的RS90UPU－450／7503×25＋1×16＋2×4＋2×1．5＋（2×1．5）（P2）新能源電動(dòng)汽車充電用電纜具有使用壽命長(zhǎng)、易彎曲、易收放等特點(diǎn)，能夠在不同地區(qū)、不同環(huán)境下使用。未來(lái)的電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)用電纜，對(duì)快速充電、智能化充電將有更高的要求，該款電纜在經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)改進(jìn)后完全可以滿足未來(lái)數(shù)年內(nèi)對(duì)新能源電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)用電纜的要求。

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作者：彭永領(lǐng) 周俊民 潘宜鵬 喬月純 單位：中冠新材料科技有限公司 河南工學(xué)院