新型環(huán)保電動(dòng)汽車充電電纜的研制

高 峰， 周國良， 周春花， 劉 楊

(1.衡陽恒飛電纜有限責(zé)任公司，湖南衡陽421008;2.湖南衡陽汽車運(yùn)輸集團(tuán)公司，湖南衡陽421001;3.湖南祁東規(guī)劃管理局，湖南祁東421600)

0 引言

工業(yè)和汽車排放的尾氣是當(dāng)前造成溫室效應(yīng)、破壞環(huán)境和影響生活的重要因素，為此世界多國正在商議并尋找減少尾氣排放和能源消耗的辦法。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人民對(duì)汽車的需求與使用越來越多，汽車排放的尾氣也急速增多。研究與開發(fā)新型環(huán)保節(jié)能汽車成為了當(dāng)前話題，其中開發(fā)新能源電動(dòng)汽車成為了首選。因此新型電動(dòng)汽車充電電纜(EV電纜)的開發(fā)已成為線纜行業(yè)急需解決的問題。下面就來介紹如何開發(fā)新型環(huán)保、節(jié)能、安全、耐用的電動(dòng)車電纜。

1 電纜的設(shè)計(jì)

應(yīng)按環(huán)保電動(dòng)汽車的使用環(huán)境，及對(duì)充電電纜的使用要求，結(jié)合現(xiàn)有電纜標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范，來設(shè)計(jì)新型電動(dòng)汽車充電電纜。

1.1 電纜的使用環(huán)境與要求

汽車充電電纜常有兩種使用模式:一種是存置于汽車上，跟隨汽車在不同環(huán)境中使用;另一種是被安置于公路、車庫、賓館、商場(chǎng)、停車場(chǎng)的充電柱上被長(zhǎng)期使用。無論那種使用模式，電纜都有可能受到包括日光、風(fēng)化、潮濕、海水、油污、酸雨、冰凍等多種不利環(huán)境的影響，同時(shí)在使用中還經(jīng)常要彎曲、拖拉，不可避免會(huì)發(fā)生磨擦、刮擦、壓碾等機(jī)械損傷。這就對(duì)電纜的柔軟性、撓曲性和機(jī)械性能都有了更高的要求。

汽車充電柱有電壓120 V和240 V，電流15 A和30 A兩種常用充電模式。下面以充電裝置240 V 15 A為例，設(shè)計(jì)配套新型充電電纜。

1.2 電纜設(shè)計(jì)

綜合考慮電纜需要的電性能、機(jī)械力學(xué)性、熱老化性、燃燒性、使用環(huán)境、壽命等多方面的因素，對(duì)新型電動(dòng)車充電電纜進(jìn)行設(shè)計(jì)。

(1)選材。導(dǎo)體為絞合裸銅絲;絕緣為熱塑彈性體(TPE);填充為阻燃聚丙烯(PP);通訊線為USB2.0;隔離層為電纜紙;外被為特種熱塑彈性體(TPE)混合物。

(2)結(jié)構(gòu)。結(jié)合汽車充電柱輸出的電壓與電流及動(dòng)力蓄力池規(guī)格與容量，進(jìn)行充電電纜的設(shè)計(jì)，電纜的截面圖和結(jié)構(gòu)尺寸見圖1和表1。

(3)性能要求。現(xiàn)美國UL標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范TPE絕緣電纜主要性能要求見表2。新設(shè)計(jì)的新型電動(dòng)汽車充電電纜在已有規(guī)范的基礎(chǔ)上，對(duì)性能要求進(jìn)行了部分的修改與增加，電纜的主要性能要求見表3。①通訊線外被使用聚烯烴。

圖1 充電電纜截面圖

表1 充電電纜結(jié)構(gòu)尺寸 (單位:mm)

表2 TPE絕緣主要性能要求

在對(duì)比性能要求表時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，新設(shè)計(jì)的電動(dòng)車充電電纜增加了曲撓、扭轉(zhuǎn)、介電常數(shù)、穩(wěn)定因數(shù)、耐候、浸水、耐油試驗(yàn)，修改了絕緣電阻、電壓試驗(yàn)、低溫彎曲、機(jī)械強(qiáng)度試驗(yàn)。

表3 電動(dòng)汽車充電電纜主要性能

(4)適用范圍。設(shè)計(jì)的新型電動(dòng)車充電電纜，允許的使用條件包括:工作電壓不超過300 V，長(zhǎng)期工作電流不超過15 A(直流);工作環(huán)境溫度為－40～80℃;長(zhǎng)期濕度在25% ～75%;不可接觸酸、堿等腐蝕溶液，不可長(zhǎng)期暴曬于日光下;彎曲半徑不小于60 mm(使用長(zhǎng)度小于5 m)。

2 試制與試用

按照新設(shè)計(jì)的電動(dòng)車充電電纜的結(jié)構(gòu)與要求，試制樣品電纜。在對(duì)電纜性能測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，芯線的問題相對(duì)比較好解決，外被的老化、阻燃、耐候及耐油性很難同時(shí)滿足。經(jīng)過多次摸索與試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)外被料的選用與制作工藝至關(guān)重要，最終選用了特種復(fù)合交聯(lián)型TPE混合物。

2.1 試制與測(cè)試

按設(shè)計(jì)進(jìn)行了樣品電纜的制作，并對(duì)試制的樣品電纜按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了測(cè)試，部分測(cè)試結(jié)果見表4。

表4 充電電纜主要性能測(cè)試值

2.2 樣品試用

將試制合格的樣品送了客戶，客戶有計(jì)劃地在美國東西部三個(gè)充電站進(jìn)行了試用，至今已試用了60多個(gè)月。從這60多個(gè)月的使用情況來看，電纜的使用效果不錯(cuò)，均未出現(xiàn)異樣情況，還可繼續(xù)使用下去，這充分說明了電纜的設(shè)計(jì)符合汽車充電電纜的使用需要。

3 結(jié)束語

本文介紹了新型電動(dòng)汽車充電電纜的研制，重點(diǎn)對(duì)充電電纜結(jié)構(gòu)與性能作了詳細(xì)的介紹。隨著世界低碳經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，像新能源、環(huán)保型的電動(dòng)汽車將迎來快速的發(fā)展期。這對(duì)于線纜行業(yè)而言是很好的發(fā)展機(jī)遇，相信隨著行業(yè)技術(shù)水平的提高和經(jīng)驗(yàn)的積累，不斷有更新穎、更節(jié)能、更環(huán)保的優(yōu)質(zhì)充電電纜開發(fā)出來。

［1］汪景璞，鄒元傳.電纜材料［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1983.

［2］王春江主編.電線電纜手冊(cè)(第一冊(cè))［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

［3］劉子玉.電力電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理［M］.西安:西安交通大學(xué)出版社，1995.

［4］UL 62—201018thEdition flexible cords and cables［S］.

［5］UL 2556—2007 Wire and cable test methods［S］.

［6］UL 1581—2006 Reference standard for electrical wires，cables，and flexible cords［S］.

［7］HD21—2003 Cables of rated voltages up to and including 450/750 V and having thermoplastic insulation［S］.