探究新能源汽车用直流充电电缆的试制及设计

探究新能源汽车用直流充电电缆的试制及设计

周斌,陈兴武   

远东电缆有限公司 江苏宜兴  214257  

摘要：为解决化石能源应用困境，新能源产业在近年来发展迅速。其中新能源汽车在世界范围内就得到了广大市场的青睐，这使得新能源汽车直流充电电缆需求激增。所以，为了满足市场需求，应做好新能源汽车用直流充电电缆的试制及设计工作。

关键词：新能源汽车；直流充电电缆；设计

引言：近年来，国内外市场对新能源汽车直流充电桩电缆的需求不断增大，为了抓住百年未有之大变局下涌现的欧洲市场商机，中国远东电缆有限公司组织专业团队积极开展了新能源汽车用直流充电电缆的试制及设计工作，本文将对此进行分析。

（一）市场前景分析预测

近几年由于受到全国性环保压力和能源紧缺的持续发酵，新能源汽车销量出现明显增长。截至2020年，新能源汽车累计销量在10万台左右，多个城市已经公布在2025年之前新能源汽车全部取代燃油车计划。然而作为其基础配套设施，远远不能满足汽车充电需求。“充电难”如今已经成为了制约我国电动汽车发展的最大瓶颈之一。按照规定，充电接口与新能源汽车数量比例不低于1:1。目前充电桩数量已经不能满足新能源汽车的需求，充电接口与新能源汽车数量比例不低于1:3.4。因此，对于电动汽车充电桩这样的充电桩厂家来说，无疑是一个巨大的商机。

以前出口欧洲的充电桩电缆由于标准限值，只能参照EN标准，最大电压等级为450/750V，大多数厂家电缆设计多采用交直流方式或采用认证中心的设计规范，没有专门出口欧洲的直流充电电缆标准。2020年，IEC电工委员会发布了可以出口欧洲的直流充电桩标准IEC 62893-4-1:2020，国内出口欧洲的充电枪企业均对电缆厂家提出了认证要求。欧洲市场是电动车充电发展最早和保有量最大的区域，开发符合IEC标准的直流充电桩电缆，对抢抓欧洲市场十分重要。

我公司开发的电动汽车传导IEC标准充电系统用电缆，其结构主要为综合型电动汽车传导充电系统用电缆。我公司在特殊材料的应用方面有着成熟的经验，对于国外标准的电缆生产也有着丰富的经验，可以满足该项目的开发。本项目开发成功可以使我公司在电动汽车传导欧标充电系统用电缆的科研水平上有一个新的台阶，为我公司开辟一个新的市场，增加了新的产品类型。

（二）新能源汽车用直流充电电缆的试制技术方案

新能源汽车用直流充电电缆是用在新能源电动汽车充电设备与充电口，对充电饱和、安全预警等控制功能的电缆。该产品主要用在家用充电设备和公共充电设施中的交流充电桩上。新能源汽车用直流充电电缆需要与密封橡胶圈相配套结合，使其起到防水防潮的效果，因此电缆对于外径范围具有较严格的要求。另外，电缆是需要室外或室内移动使用的，具有相对频繁的卷绕、拉伸和拖拽要求，会经受风吹日晒雨淋。这要求电缆具有较好的弯曲性能，同时能保证电缆耐磨，抗老化、耐水解和耐油等特性。[1]如果电缆在北方寒冷区域使用，电缆还需要具有较好的低温弯曲性能。因此电缆进行一下设计来保证使用要求：

2.1电缆需要在室外移动拉伸卷绕使用，因此护套材料选用耐气候老化和耐磨的特种热塑性弹性体聚氨酯材料，同时采用0+N结构设计，保证产品的高柔性。

2.2电缆在充电运行时会有汽车润滑油等油渍滴落，因此电缆需要具有良好的耐油性能，选用耐油性能良好的特种热塑性弹性体聚氨酯材料。

2.3考虑到电缆在北方寒冷区域使用，电缆绝缘和护套采用具有良好耐低温性能的材料。

2.4电缆配合专用的密封橡胶圈和枪头使用，因此电缆从生产源头就对外径进行精确控制，保证成品外径符合要求。

2.5考虑到该产品是出口欧洲的电缆，客户对于电缆外观具有较高要求。因此电缆护套采用哑光面特种热塑性弹性体聚氨酯材料。

（三）新能源汽车用直流充电电缆的结构设计

3.1导体结构设计

根据电缆工作环境的特性，新能源汽车用直流充电电缆导体采用符合IEC 62893-4-1:2020中规定的6类退火铜导体。为确保成品电缆柔软性，通过调节不同的导体绞合方式和绞合节距，探索出最佳的导体工艺。设计股线绞合方向为同右向、复绞为同左向，绞合节距控制在14倍以内。

3.2绝缘结构设计

该产品需要在卷绕移动场合使用，因此我们设计主线芯绝缘采用柔软性能较好的辐照乙丙绝缘料，信号线芯绝缘为较高硬度的光伏绝缘料。辐照乙丙绝缘的电气性能良好，且柔软性好。在线芯表面涂覆干燥的滑石粉保证线芯表面光滑性，另外材料耐温等级高，在电缆工作运行时，产生的热量不会造成线芯表面的发粘而粘接。光伏绝缘料硬度高光滑性好，耐温等级高，这种设计提高了线芯之间的滑动性，大大降低了线芯之间在卷绕弯曲使用时的断芯率，提高了电气安全性。[2]

3.3信号线芯单元结构设计

信号线芯在电缆中起到信号传输的作用，能够监控新能源汽车充电饱和、温度预警和安全预警等方面的信号传输控制。信号线芯在信号传输过程中需要不受外界电信号的干扰。另外信号线芯相对动力传输线芯较小，在移动弯曲过程中寿命最短，因此提高其弯曲使用寿命具有重要意义。

在信号干扰屏蔽设计过程中，我们采用了复合屏蔽的方式：铝塑复合带+铜丝编织屏蔽。这样的复合屏蔽方式能够很大程度上降低在充电过程中，信号线芯被外部电磁信号的干扰。另外，在提高信号线芯使用寿命上，我们将单元结构设计成0+N结构，使信号线芯在移动过程中具有一定活动范围。在编织屏蔽外面，我们设计采用聚酯带绕包。聚酯带硬度高，表面较光滑，同时能够耐较高的温度。这样在电缆弯曲移动过程中，提高了信号线芯与主线芯之间的滑动性，降低了断芯风险。

3.4成缆结构设计

新能源汽车用直流充电电缆因为需要在移动弯曲场合使用，需要电缆具有较高的柔软性和弯曲使用寿命。因此，电缆成缆结构采用0+N结构成缆，线芯边隙和中心均填充加强型纯聚丙烯网状填充绳。0+N结构成缆可以提高电缆整体的柔软性，并且能够提高电缆整体的使用寿命。填充采用加强型纯聚丙烯网状填充绳，可以有效的固定线芯之间的相对位置，防止信号线芯在弯曲移动过程中嵌入主线芯之间被夹断。另外，加强型纯聚丙烯网状填充绳强度高耐温好，能够在电缆拉伸使用过程中降低线芯导体的受力，降低导体因拉伸而电阻增大，造成的电气安全性威胁。[3]

结束语：综上所述，面对新能源汽车汽车用直流充电电缆的巨大缺口，结合市场预期积极组织新能源汽车用直流充电电缆的试制及设计工作，才能研发出优质产品、满足时代需求。

参考文献：

[1]耐弯曲抗碾压新能源汽车充电电缆的开发[J].刘惠华，李志现.光纤与电缆及其应用技术.2019,(01)：17-20

[2]新能源电动汽车充电电缆的研制分析[J].郝俊.企业技术开发.2019,38(02)：98-100

[3]新能源汽车用耐高温直流充电电缆的研制[J].姚骞，陆如泉，梁斌等.光纤与电缆及其应用技术.2019,(03)：20-23