铝排在汽车线束中的应用

铝排在汽车线束中的应用

蒋兆平  王琳琳  武振国

长城汽车股份有限公司  071000

摘要:20世纪50年代以前，汽车的结构主要由机械设备组成，电气设备在汽车上应用较少，只是一些必不可少的电源和电气设备。20世纪五六十年代，随着电子技术的进步，电子设备开始在汽车上使用。随着汽车智能化、电气化的发展，车载电器的数量日益增多。作为车辆电气连接载体的线束在车身重量中所占的比例也日益增加。在新能源汽车的发展过程中，由于电池容量技术的制约，对汽车轻量化缓解里程焦虑的需求越来越大，线束减重的需求也越来越受到重视。

关键词:铝带;汽车线束;应用程序;分析;研究

1汽车线束技术的发展

1)细丝技术。汽车上常用的信号线的线径为0.22mm2和0.35mm2，信号线的线材利用率一直很低。0.22mm2和0.35mm2的铜线可以承受约10A的电流(环境温度为24℃)，但实际流过信号线内部的电流通常只有几毫安。这种资源的浪费已经成为许多线束制造商关注的焦点。用高强度0.13mm2线等线径更小的信号线代替0.22mm2、0.35mm2信号线是线材行业未来发展的必然趋势。细线应用的关键在于提高其强度和发展卷曲技术。

2)铝线技术。基于系统减重和成本控制，新型基材铝及铝合金线束是汽车线束轻量化的主要发展方向。铝(Al)的重量比铜(Cu)轻约2/3，这种轻质材料可以降低电缆线束的整体质量。即使考虑电导率和密度的关系，同样电阻的铝线仍然比同样的铜线轻50%左右。铝是一种基础材料，供应充足，易于获得导电材料。其价格将相对稳定，低于铜价，成本控制良好。铝线应用的关键是解决铜铝触点的电偶腐蚀问题。目前主要采用铜铝端子压接或铝线与铜端子之间的超声波焊接来解决电偶腐蚀问题。焊接端子结构的设计也很重要，专利的结构设计可以有效地保证拉力达到铜线的拉力。通过铜铝转换头连接铜铝电缆的专利设计，也可以实现铜电缆与铝电缆的替代。这样既保留了铜端子的优点，又将线束的质量降低到原来的1/4~1/2，解决了端子空间有限的问题。铝线技术不仅适用于较粗的汽车电池线，也适用于较细的汽车电池线。铝线在高压线束中的应用对提高电动汽车的续航里程更有意义，也更有利。

3)薄壁低密度新型绝缘材料线材技术。采用超薄壁PVC制作0.13mm2细螺纹，重量减轻13%，体积减少24%。使用0.35mm2的低密度PPE绝缘材料，重量减少30%，直径减少27%。

4)保护板支架微发泡技术。聚氨酯发泡技术可有效降低线束质量。作为支撑，它可以防止翘曲，提高精度，具有较强的抗油污和防尘能力，并且具有安装后无噪音的优点。聚氨酯泡沫形成的线束，方向性好，安装方便。工人收到线束后，只需按照线束的方向和路径进行操作，即可一步到位，不会出错。他们还可以根据车身空间的三维形状自由创造各种不规则形状。然而，泡沫材料制成的线束在早期需要大量的固定设备投资，因此许多线束制造商并没有采用它们。

5)光纤技术。基于光纤数据传输技术，实现娱乐系统、空调系统等电子设备的互联与控制。开发和装备光纤等新型基板导线技术也是汽车线束系统轻量化的发展方向之一，同时对线束布局进行优化和改变。

6)高压线束超声焊接技术。由于大方形超声焊接在拉拔力、接触电阻、稳定性等方面较传统压接技术具有优势，超声焊接技术已开始在高压线束中推广应用。高压端子尾部与导体之间采用超声波焊接，保证了其机械和电气性能。这种方法不仅可以实现铜导体与铜端子之间的焊接，还可以实现铝导体与铜端子之间的焊接。

7)铜棒或铝棒在电动汽车电池组中的应用。在紧凑型电池组中，硬铜棒和软铜棒都用于新能源汽车电池组。人们还努力将轻质铝条应用于电池组。

2铝排概述

目前，在线束行业中，使用铝线代替传统铜线进行线束轻量化已经成熟。铝线在传统燃油汽车和新能源汽车的电池动力线束中广泛应用于动力传输。使用铝线后，线束与原来的铜线相比，可以实现重量减轻40%，同时实现成本节约约30%。在现有汽车的减重降本发展方向上起到了至关重要的作用。然而，当使用传统的同轴圆线作为替代品时，存在增加直径的缺点。为了满足车辆电能传输的载流要求，在采用铝线作为代用品时，铝线外径增大。与传统铜线的载流能力相比，铝线外径增加了约1.3倍，由于空间的限制，在车辆线束的设计和布局中限制了铝线的使用。

为解决铝线外径增大导致汽车线束布置空间不足的问题，提出了铝带线的应用方案。与传统的同轴圆形铝线相比，铝棒线采用实心铝棒代替原有的单线结构，采用扁平设计，减少了空间占用。在相同载流条件下，截面积减少10%，进一步减少了线束空间的占用。用铝线代替传统电线后，线束可以紧贴在车体上的底盘上，减少由于线束造成的地板或底盘凸出，使车体更加美观。同时，由于铝线的刚性，电源线束在加工和安装过程中可以自动组装在车身上，解决了由于线束的灵活性而无法实现自动化生产和组装的问题。同时，刚性结构避免了线束布线使用规定的保护板，降低了线束的成本。

3解决方案

1)铝线与铜端子或导线之间的连接:在汽车线束应用中，端子和导线都采用铜作为基材和压接方式连接。铝带线采用铝作为导线衬底，端子由于电约束只能采用铜作为衬底。铜铝由于其金属活性不同，在直接压接过程中会发生电化学腐蚀。因此，必须采用新的连接方式，以避免电化学腐蚀的发生。目前工业上主要采用摩擦焊和超声波焊来解决铜、铝的电化学腐蚀问题。在铝线的应用中，随着超声波焊接设备技术的发展，大功率超声波焊接设备在线束行业得到了发展和成熟的应用。铝线与铜线、铝线与铝线、铝线与铜端之间的连接都可以通过超声波焊接来实现。

2)铝线成形技术:铝线线束一般用在车厢或底盘内部，采用与车身平贴的设计，节省空间，自动化装配。这就要求铝线的设计要与车身设计紧密配合，铝线线束在线束出厂部件加工时就应已组装成型。铝线成型中线束成型要求有三类:①XY方向的成型设计;②z方向成型设计;③3D翻转成型。由于铝丝具有一定的刚性，在机械加工行业中可引入全自动弯曲成形设备或全自动机械臂进行成形加工。自动化程度高，尺寸控制精确，可实现柔性制造，满足不同车型的定制生产。

3)高压铝线束的屏蔽性:由于采用铝棒作为导体，导线的整体形状呈现矩形端面，不同于传统的圆形同轴导线。这导致电线的屏蔽设计和连接器的屏蔽与传统电线不同。在屏蔽方面，传统的圆形同轴线是用铜丝编织包裹的，现有的线厂编织设备就可以实现。但当铝棒作为导体时，端面呈矩形，传统编织无法实现均匀编织，无法满足高压导线的EMC要求。而如果在铝线屏蔽结构中采用小直径编织铜单线，则编织铜单线在弯曲过程中容易断裂，影响高压线束的整体屏蔽效果，造成整车的EMC问题，影响车内电器的使用。使用铝线后，屏蔽层应包覆铜箔，以达到屏蔽效果。100%屏蔽绕组采用铜箔，完成连接器屏蔽设计，与铝线屏蔽层接触连接，实现屏蔽的导电连接，满足整车的EMC要求。

4)高压铝电缆束的密封防水:在高压铝电缆束的密封防水方面，铝导体在高压场景下使用时，密封防水已成为一个重要的设计指标。这需要连接器和铝线之间的密封连接。屏蔽绕线后，铝线需要再次注入保护层，以实现屏蔽铜箔的固定和保护。由于导线的整体形状为矩形端面，不同于传统的圆形同轴导线，因此高压连接器的尾部结构需要配合导线进行改进。需要设计一种新的密封圈结构，与铝母线护套层外表面形成过盈配合，完成紧密连接，起到密封防水作用，达到铝母线线束的密封防水要求，防止水蒸气进入连接器内部，造成整车使用过程中的电化学腐蚀。减少线束的使用寿命，增加整个车辆电路发热和自燃的风险。

4结论

目前，铝线束在汽车线束中的应用还处于起步阶段，各汽车主机厂也提出需要用铝线束来替代原有的线束设计。目前，铝条的成型、屏蔽、密封、防水等问题仍亟待解决和验证。随着现有问题点通过相关验证工作得到解决，铝线束在汽车线束中的应用将逐步得到推广，为汽车线束在轻量化、集成化、自动化、低成本等方面的需求带来新的解决方案，为汽车线束带来新的定义和技术变革。

参考文献

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