新能源電動汽車充電系統用電纜研制

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［摘要］新能源電動汽車充電系統用電纜作為新能源電動汽車充電系統的關鍵部分，其成功研發將推動新能源電動汽車的發展。詳細介紹了新能源電動汽車充電系統用電纜的結構設計、材料選擇以及關鍵工藝控制要點。經客戶使用驗證，所研制的新能源電動汽車充電用電纜具有使用壽命長、易彎曲、易收放等特點，能夠在不同地區、不同環境下使用。

［關鍵詞］電纜；新能源；電動汽車；結構設計；工藝控制

0引言

燃油汽車尾氣排放污染已經成為城市污染的首要原因。大量污染物的排放，導致近年來各大城市霧霾天氣頻現。為了減少汽車尾氣污染排放，歐洲多國政府已經向燃油汽車發出了通牒，法國、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，我國也可能在2030前后年禁售所有燃油汽車。電動化是汽車工業發展的趨勢，新能源電動汽車充電系統用電纜作為新能源電動汽車充電系統的關鍵部分，其成功研發將推動新能源電動汽車的發展。本文以RS90UPU－450／7503×25＋1×16＋2×4＋2×1．5＋（2×1．5）（P2）新能源電動汽車充電用電纜［1］為例，對該電纜的結構設計、材料選擇和制造工藝進行介紹。

1性能要求

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

2結構設計和材料選擇

為了提高電纜對不同環境的適用性、充電的安全性和充電信息傳輸的準確性，在設計時采取了以下方案：a．為提高電纜在使用中耐彎曲、拖拽、收放等性能，電纜導體采用了退火銅絲絞合而成的符合GB／T3956－2008標準要求的第6類軟導體［3］。b．絕緣和護套采用TPU（熱塑性聚氨酯彈性體橡膠）材料。該材料具有絕緣性能好、抗拉強度高、伸長率大、耐磨性能好、耐酸堿腐蝕性能強、耐低溫性能優等特點［4］，充分保證了電纜在不同地區各種使用環境下都能正常運行。c．無屏蔽信號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）帶繞包構成。d．屏蔽信號或控制傳輸單元采用2根1．5mm2的絕緣線芯絞合而成，纜芯外的屏蔽結構采用內層重疊繞包厚度0．1mm的鋁塑復合帶，外層采用直徑為0．15mm的退火銅絲編織屏蔽結構，編織密度≥80％。該單元的屏蔽結構具有屏蔽效果好、抗拉效果強等特點，保障了該單元的信號不受外界信號干擾［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％。該屏蔽結構既可避免電纜中電流產生的磁場對充電樁的干擾，又可避免外界各種信號對電纜傳輸信號或控制單元的干擾。

3制造工藝控制

該電纜的工藝流程為：單絲拉制→導體股絞、導體復絞（復絞直徑大于10mm2時繞包無紡布）→絕緣擠包→信號或控制傳輸單元成纜絞合→信號或控制傳輸單元外鋁塑復合帶繞包屏蔽→信號或控制傳圖1RS90UPU－450／7503×25＋1×16＋2×4＋2×1．5＋（2×1．5）（P2）新能源電動汽車充電用電纜的結構輸單元外編織屏蔽→信號或控制傳輸單元、主電源線芯、輔助電源線芯成纜（繞包）→銅絲編織總屏蔽→外護套擠包→成品測試→入庫。

3．1導體絞合工藝控制

導體采用退火銅絲絞合，銅絲電阻率控制在不大于0．016999Ω•mm2／mm。在導體絞合過程中應控制好放線張力和收線張力，如放線張力不均勻，容易導致導體松散、彎曲等質量問題，若沒有及時發現，在擠出絕緣時會導致絕緣層厚度偏小，甚至出現絕緣擊穿等嚴重質量問題。

3．2絕緣和護套擠包工藝控制

絕緣和護套全部采用TPU材料擠包，絕緣擠包時采用Φ65擠塑機，護套擠包時采用Φ90擠塑機擠包。在絕緣和護套擠包時應對以下擠出工藝進行控制：a．擠出前TPU材料的烘干處理。材料親水性強，比較容易吸收空氣中的水分，擠出前如果不烘干，容易出現絕緣或護套斷面氣孔、表面難看等質量問題，很多情況下還會導致機械性能下降，因此在擠出前應采用烘干機對TPU材料進行烘干處理［7］。烘干溫度一般控制在70～80℃，烘干時間5h左右；烘干機應帶有抽風裝置，可以及時將產生的廢氣抽走，保證原材料的烘干效果；材料烘干后應及時使用，避免再次吸水導致材料受潮。b．擠塑機溫度的合理設置。通過多次生產調試。為避免擠塑機各部件受到損傷，擠塑機通電后將各加熱區的溫度按表2要求設置好，待各區溫度上升到設定溫度并保溫2h后，方可正常開機生產。c．擠出模具的合理設計。TPU材料在擠塑機內受熱后變成半流態，擠出后容易出現下垂，導致擠出后的絕緣和護套出現橢圓形，有時甚至出現局部厚度不符合要求。為了避免以上情況發生，采用了擠壓式模具生產，并且將原有擠壓式模具的模套承線長度增加了1．5～2．0mm，確保擠出后的TPU材料更容易成型。d．擠塑機濾網的合理選擇。由于TPU材料受熱后比較軟，在擠塑機濾網板前采用2層120目濾網，可以增大擠塑機壓力，使聚氨酯擠出后更容易成型，并且擠塑機壓力增大后，避免了擠塑機螺桿打滑，可使擠出材料塑化更均勻，并可提高擠塑機的生產速度和生產效率。e．模口析出料的處理。采用擠壓式生產時，一旦生產時間較長，模套模口處極易出現TPU材料析出，當析出的TPU材料堆積到一定程度會粘在絕緣和護套表面，導致絕緣和護套表面產生缺陷。因此，在擠出生產中應經常檢查模套模口處，如發現有TPU材料析出，應及時清除，避免堆積后導致絕緣和護套表面產生缺陷。f．擠出后的冷卻處理。絕緣和護套擠出后需要進入水槽冷卻，在進入水槽時，通常采用柔軟紗布或海綿在水槽口擋水。然而在TPU絕緣和護套擠出時，剛出模具包覆在導體或在纜芯上的TPU絕緣和護套的溫度接近200℃，如在進入水槽時與紗布或海綿接觸，則易產生水泡附著在電纜上，水溫和氣泡內溫度存在的較大溫差將導致絕緣和護套表面出現凹坑，外觀質量變差。由此，建議在擋水的紗布或海綿上涂抹洗潔精，以確保絕緣和護套進入水槽與擋水的紗布或海綿接觸時非常光滑，避免帶動紗布或海綿產生氣泡，從而消除表面凹坑的產生。

3．3成纜工藝控制

信號或控制傳輸單元的成纜方向為右向，成纜節徑比為16。電纜的主電源線芯、輔助電源線芯、信號或控制傳輸單元一起進行成纜，成纜方向為左向，成纜節徑比為28，纜芯外采用聚乙烯帶重疊繞包。成纜中應調整好各個放線盤的張力，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

屏蔽信號或控制傳輸單元外采用鋁塑復合帶重疊繞包，然后再采用銅絲編織屏蔽。鋁塑復合帶繞包時應張力均勻，避免出現繞包后鋁塑帶出現翹起等不良現象。銅絲編織必須保證銅絲張力均勻，銅絲無翹起、斷股、斷線等不良現象，避免在擠包外護套時出現擊穿、護套厚度不符合要求、表面質量變差等質量問題。

4結束語

本文介紹了新能源電動汽車充電系統用電纜的結構設計、性能設計以及關鍵工藝控制要點。經客戶使用驗證，所研制的RS90UPU－450／7503×25＋1×16＋2×4＋2×1．5＋（2×1．5）（P2）新能源電動汽車充電用電纜具有使用壽命長、易彎曲、易收放等特點，能夠在不同地區、不同環境下使用。未來的電動汽車充電系統用電纜，對快速充電、智能化充電將有更高的要求，該款電纜在經過結構改進后完全可以滿足未來數年內對新能源電動汽車充電系統用電纜的要求。

［參考文獻］

［1］中國電器工業協會．電動汽車充電用電纜：GB／T33594—2017［S］．北京：中國標準出版社，2017．

［2］高峰，周國良，周春花，等．新型環保電動汽車充電電纜的研制［J］．電線電纜，2012（6）：10－12．

［3］趙凈凈，張保亮．一種直流充電電纜的設計與制造過程中的問題進行討論［J］．科技風，2016（13）：21．

［4］汪景璞，鄒元傳．電纜材料［M］．北京：機械工業出版社，1983．

［5］王春江．電線電纜手冊：第一冊［M］．北京：機械工業出版社，2001．

［6］劉子玉．電力電纜結構設計原理［M］．西安：西安交通大學出版社，1995．

［7］胡光輝，范小樹．淺談電動汽車充電電纜的研制［J］．光纖與電纜及其應用技術，2015（3）：14－15．

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