新能源电动汽车充电系统用电缆研制

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［摘要］新能源电动汽车充电系统用电缆作为新能源电动汽车充电系统的关键部分，其成功研发将推动新能源电动汽车的发展。详细介绍了新能源电动汽车充电系统用电缆的结构设计、材料选择以及关键工艺控制要点。经客户使用验证，所研制的新能源电动汽车充电用电缆具有使用寿命长、易弯曲、易收放等特点，能够在不同地区、不同环境下使用。

［关键词］电缆；新能源；电动汽车；结构设计；工艺控制

0引言

燃油汽车尾气排放污染已经成为城市污染的首要原因。大量污染物的排放，导致近年来各大城市雾霾天气频现。为了减少汽车尾气污染排放，欧洲多国政府已经向燃油汽车发出了通牒，法国、荷兰政府日前宣布在2030年将禁售所有燃油汽车，挪威政府也宣布在2025年将禁售所有燃油汽车，我国也可能在2030前后年禁售所有燃油汽车。电动化是汽车工业发展的趋势，新能源电动汽车充电系统用电缆作为新能源电动汽车充电系统的关键部分，其成功研发将推动新能源电动汽车的发展。本文以RS90UPU－450／7503×25＋1×16＋2×4＋2×1．5＋（2×1．5）（P2）新能源电动汽车充电用电缆［1］为例，对该电缆的结构设计、材料选择和制造工艺进行介绍。

1性能要求

新能源电动汽车充电系统用电缆的使用模式有两种：一种是放置在电动车上，跟随电动车在不同的环境中使用；另一种是安置于充电桩上，主要在停车场、车库、公路旁等环境下使用［2］。不论是那种使用模式，新能源电动汽车充电系统用电缆都必须经受日晒、雨淋、冰冻、油污、酸碱腐蚀等环境考验，并且在使用中经常会遭受拖曳、辗轧、弯曲、摩擦、刮擦等机械损伤。因此，电缆必须具有较高的柔软性、耐曲挠性和机械性能。

2结构设计和材料选择

为了提高电缆对不同环境的适用性、充电的安全性和充电信息传输的准确性，在设计时采取了以下方案：a．为提高电缆在使用中耐弯曲、拖拽、收放等性能，电缆导体采用了退火铜丝绞合而成的符合GB／T3956－2008标准要求的第6类软导体［3］。b．绝缘和护套采用TPU（热塑性聚氨酯弹性体橡胶）材料。该材料具有绝缘性能好、抗拉强度高、伸长率大、耐磨性能好、耐酸碱腐蚀性能强、耐低温性能优等特点［4］，充分保证了电缆在不同地区各种使用环境下都能正常运行。c．无屏蔽信号或控制传输单元采用2根1．5mm2的绝缘线芯绞合而成，缆芯外采用1层厚度0．1mm的CPP（流延聚丙烯薄膜）带绕包构成。d．屏蔽信号或控制传输单元采用2根1．5mm2的绝缘线芯绞合而成，缆芯外的屏蔽结构采用内层重叠绕包厚度0．1mm的铝塑复合带，外层采用直径为0．15mm的退火铜丝编织屏蔽结构，编织密度≥80％。该单元的屏蔽结构具有屏蔽效果好、抗拉效果强等特点，保障了该单元的信号不受外界信号干扰［5－6］。e．缆芯外总屏蔽层采用直径为0．25mm的退火铜丝编织屏蔽，编织密度≥80％。该屏蔽结构既可避免电缆中电流产生的磁场对充电桩的干扰，又可避免外界各种信号对电缆传输信号或控制单元的干扰。

3制造工艺控制

该电缆的工艺流程为：单丝拉制→导体股绞、导体复绞（复绞直径大于10mm2时绕包无纺布）→绝缘挤包→信号或控制传输单元成缆绞合→信号或控制传输单元外铝塑复合带绕包屏蔽→信号或控制传图1RS90UPU－450／7503×25＋1×16＋2×4＋2×1．5＋（2×1．5）（P2）新能源电动汽车充电用电缆的结构输单元外编织屏蔽→信号或控制传输单元、主电源线芯、辅助电源线芯成缆（绕包）→铜丝编织总屏蔽→外护套挤包→成品测试→入库。

3．1导体绞合工艺控制

导体采用退火铜丝绞合，铜丝电阻率控制在不大于0．016999Ω•mm2／mm。在导体绞合过程中应控制好放线张力和收线张力，如放线张力不均匀，容易导致导体松散、弯曲等质量问题，若没有及时发现，在挤出绝缘时会导致绝缘层厚度偏小，甚至出现绝缘击穿等严重质量问题。

3．2绝缘和护套挤包工艺控制

绝缘和护套全部采用TPU材料挤包，绝缘挤包时采用Φ65挤塑机，护套挤包时采用Φ90挤塑机挤包。在绝缘和护套挤包时应对以下挤出工艺进行控制：a．挤出前TPU材料的烘干处理。材料亲水性强，比较容易吸收空气中的水分，挤出前如果不烘干，容易出现绝缘或护套断面气孔、表面难看等质量问题，很多情况下还会导致机械性能下降，因此在挤出前应采用烘干机对TPU材料进行烘干处理［7］。烘干温度一般控制在70～80℃，烘干时间5h左右；烘干机应带有抽风装置，可以及时将产生的废气抽走，保证原材料的烘干效果；材料烘干后应及时使用，避免再次吸水导致材料受潮。b．挤塑机温度的合理设置。通过多次生产调试。为避免挤塑机各部件受到损伤，挤塑机通电后将各加热区的温度按表2要求设置好，待各区温度上升到设定温度并保温2h后，方可正常开机生产。c．挤出模具的合理设计。TPU材料在挤塑机内受热后变成半流态，挤出后容易出现下垂，导致挤出后的绝缘和护套出现椭圆形，有时甚至出现局部厚度不符合要求。为了避免以上情况发生，采用了挤压式模具生产，并且将原有挤压式模具的模套承线长度增加了1．5～2．0mm，确保挤出后的TPU材料更容易成型。d．挤塑机滤网的合理选择。由于TPU材料受热后比较软，在挤塑机滤网板前采用2层120目滤网，可以增大挤塑机压力，使聚氨酯挤出后更容易成型，并且挤塑机压力增大后，避免了挤塑机螺杆打滑，可使挤出材料塑化更均匀，并可提高挤塑机的生产速度和生产效率。e．模口析出料的处理。采用挤压式生产时，一旦生产时间较长，模套模口处极易出现TPU材料析出，当析出的TPU材料堆积到一定程度会粘在绝缘和护套表面，导致绝缘和护套表面产生缺陷。因此，在挤出生产中应经常检查模套模口处，如发现有TPU材料析出，应及时清除，避免堆积后导致绝缘和护套表面产生缺陷。f．挤出后的冷却处理。绝缘和护套挤出后需要进入水槽冷却，在进入水槽时，通常采用柔软纱布或海绵在水槽口挡水。然而在TPU绝缘和护套挤出时，刚出模具包覆在导体或在缆芯上的TPU绝缘和护套的温度接近200℃，如在进入水槽时与纱布或海绵接触，则易产生水泡附着在电缆上，水温和气泡内温度存在的较大温差将导致绝缘和护套表面出现凹坑，外观质量变差。由此，建议在挡水的纱布或海绵上涂抹洗洁精，以确保绝缘和护套进入水槽与挡水的纱布或海绵接触时非常光滑，避免带动纱布或海绵产生气泡，从而消除表面凹坑的产生。

3．3成缆工艺控制

信号或控制传输单元的成缆方向为右向，成缆节径比为16。电缆的主电源线芯、辅助电源线芯、信号或控制传输单元一起进行成缆，成缆方向为左向，成缆节径比为28，缆芯外采用聚乙烯带重叠绕包。成缆中应调整好各个放线盘的张力，保证张力均匀一致，避免电缆成缆后呈“蛇形”弯曲。

3．4屏蔽工艺控制

屏蔽信号或控制传输单元外采用铝塑复合带重叠绕包，然后再采用铜丝编织屏蔽。铝塑复合带绕包时应张力均匀，避免出现绕包后铝塑带出现翘起等不良现象。铜丝编织必须保证铜丝张力均匀，铜丝无翘起、断股、断线等不良现象，避免在挤包外护套时出现击穿、护套厚度不符合要求、表面质量变差等质量问题。

4结束语

本文介绍了新能源电动汽车充电系统用电缆的结构设计、性能设计以及关键工艺控制要点。经客户使用验证，所研制的RS90UPU－450／7503×25＋1×16＋2×4＋2×1．5＋（2×1．5）（P2）新能源电动汽车充电用电缆具有使用寿命长、易弯曲、易收放等特点，能够在不同地区、不同环境下使用。未来的电动汽车充电系统用电缆，对快速充电、智能化充电将有更高的要求，该款电缆在经过结构改进后完全可以满足未来数年内对新能源电动汽车充电系统用电缆的要求。

［参考文献］

［1］中国电器工业协会．电动汽车充电用电缆：GB／T33594—2017［S］．北京：中国标准出版社，2017．

［2］高峰，周国良，周春花，等．新型环保电动汽车充电电缆的研制［J］．电线电缆，2012（6）：10－12．

［3］赵净净，张保亮．一种直流充电电缆的设计与制造过程中的问题进行讨论［J］．科技风，2016（13）：21．

［4］汪景璞，邹元传．电缆材料［M］．北京：机械工业出版社，1983．

［5］王春江．电线电缆手册：第一册［M］．北京：机械工业出版社，2001．

［6］刘子玉．电力电缆结构设计原理［M］．西安：西安交通大学出版社，1995．

［7］胡光辉，范小树．浅谈电动汽车充电电缆的研制［J］．光纤与电缆及其应用技术，2015（3）：14－15．

作者：彭永领 周俊民 潘宜鹏 乔月纯 单位：中冠新材料科技有限公司 河南工学院