一種電動汽車直流充電用同心式電纜

葉德智，張 勇，廉 輝

(特變電工股份有限公司新疆線纜廠，新疆 昌吉831100)

0 引言

新能源電動汽車技術(shù)已經(jīng)成為汽車行業(yè)應(yīng)對環(huán)境污染和緩解能源危機的焦點性技術(shù)和發(fā)展方向，國內(nèi)各級政府開始積極推廣電動汽車充電項目的建設(shè)來提高城市的空氣質(zhì)量。作為電動汽車的配套產(chǎn)品，充電用電纜結(jié)構(gòu)也呈現(xiàn)出多樣性。本文主要介紹一種電動汽車直流充電用同心式電纜的設(shè)計及試制。

1 使用要求

電動汽車充電電纜用于連接充電設(shè)備(充電樁)與電動汽車車輛之間的充放電預(yù)警控制系統(tǒng)。該電纜的使用大體分為兩種情況:一是電纜放置于電動汽車內(nèi)，隨電動汽車在不同的環(huán)境中使用;另一種是電纜固定在充電設(shè)施上長期使用。在這兩種情況下電纜都會受到日光、潮濕、油污等不同環(huán)境的影響，同時在使用中經(jīng)常出現(xiàn)彎曲、拖拽，難免會出現(xiàn)摩擦、刮損、碰撞等，甚至?xí)黄嚹雺?。這些現(xiàn)象的存在對電動汽車充電電纜的柔軟性、機械性能提出了更高的要求，同時充電電纜與人體接觸頻繁，在電氣性能方面要有足夠的安全性。

目前各國都注重該類電纜的質(zhì)量及電氣安全性能，陸續(xù)推出了強制認(rèn)證的要求。從萊茵集團認(rèn)證中心上海分公司了解到，特斯拉要求其使用的各類充電設(shè)施(包括充電用電纜)需要通過德國TUV認(rèn)證，才可投入使用;2014年11月，中國質(zhì)量認(rèn)證中心也推出了電動汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng)用電纜安全認(rèn)證業(yè)務(wù)。

2 產(chǎn)品設(shè)計

為保證電動汽車充電過程中安全、可靠，充電設(shè)備和電動汽車都設(shè)置了電力傳輸、信號控制和通信的模塊，通過電纜對電動汽車充電過程進(jìn)行電能的傳輸和監(jiān)控。所以，電動汽車充電用電纜必須具有相應(yīng)的傳輸功能，即一種具有組合功能和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的多芯電纜。

2.1 結(jié)構(gòu)介紹

結(jié)合電動汽車充電接口，我們設(shè)計的同心式結(jié)構(gòu)充電電纜，主要考慮通信安全性和電氣安全性:采用兩對動力傳輸線芯，一對信號控制線芯，一對通信屏蔽傳輸線芯，一根中性保護接地線芯;將中性保護接地線芯作為整個電纜的疏繞屏蔽層，分布在外護套層內(nèi)側(cè)。

以2×50+1×16+2×4+2×1.5+2×1.5(p)規(guī)格為例，其中電能傳輸?shù)挠?×50和2×4，信號控制傳輸為2×1.5，通信傳輸為2×1.5，中性保護線芯為1×16放置于電纜外護層內(nèi)部，以疏繞方式形成總屏蔽，防止外部信號對通信傳輸干擾。圖1為該電纜的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 電動汽車直流充電用同心電纜的結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 材料選擇

(1)導(dǎo)體采用符合GB/T 3956的第六類鍍錫軟銅導(dǎo)體，并采用同向絞合。

(2)為適合頻繁移動和彎曲的環(huán)境，動力、低壓輔助線芯、控制線芯的絕緣采用柔軟乙丙橡皮，以確保產(chǎn)品的柔軟性能。

(3)通信線芯采用聚乙烯絕緣材料，該材料的介電常數(shù)較低，信號的傳輸損耗較小。通信線芯在分相編織屏蔽之后再擠出護套，以防屏蔽受到損傷。

(4)填充采用阻燃非吸濕材料。

(5)中性保護接地采用同心式疏繞的方式，分布在護套層內(nèi)側(cè)，起總屏蔽的作用。

(6)外護層采用阻燃聚氨酯。

2.3 工藝控制

國內(nèi)大部分電纜企業(yè)在生產(chǎn)此類電纜時，通常將控制線芯和通信線芯先行成纜，放置于主線芯的側(cè)面。這類結(jié)構(gòu)在受外力彎曲和拉伸時，控制線芯和通信線芯產(chǎn)生的滑動裕度小，與主線芯承受的拉力基本上是一樣的，容易出現(xiàn)通信線芯或監(jiān)控線芯斷裂的現(xiàn)象。而我們設(shè)計的電纜結(jié)構(gòu)，通信和控制線芯分散在主線芯周圍。電纜受到外力出現(xiàn)彎曲或拉伸時，線芯間滑動的裕度最大，大部分外力均由放置于電纜中心的主線芯承受，控制線芯和通信線芯基本沒有受力。

工藝控制方面需要注意的有兩處:一是在成纜過程中，通信和控制線芯有時會局部發(fā)生錯位，電纜彎曲時會影響其受力分布，為此在合模前固定位置處安裝了多孔穿線裝置，以免線芯發(fā)生錯位，且應(yīng)采用盤式成纜機;二是總屏蔽工序時，采用間隔裝置使疏繞銅絲分布均勻，同時彎曲或受到拉力時，各銅絲受力是均勻的，否則疏繞銅絲的間距不均勻會影響屏蔽效果。

3 產(chǎn)品檢測

通過上述設(shè)計以及工藝控制，我們成功試制出產(chǎn)品，并根據(jù)德國萊茵集團2PFG 1908—2011相關(guān)的試驗要求進(jìn)行產(chǎn)品檢測，結(jié)果符合要求。2014年，中國質(zhì)量認(rèn)證中心發(fā)布了CQC 1105—2014《電動汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng)用電纜技術(shù)規(guī)范》。對比德國萊茵TUV技術(shù)要求和CQC中相關(guān)要求發(fā)現(xiàn)，在直流充電電纜方面，CQC對成品直流電纜進(jìn)行直流耐壓的要求要高于TUV，其余大都相同。我們對當(dāng)年庫存的樣品及使用兩年的電纜按CQC的要求進(jìn)行相應(yīng)的耐壓試驗，也未發(fā)生擊穿現(xiàn)象。產(chǎn)品主要的檢測數(shù)據(jù)見表2。

研制的產(chǎn)品安裝在本地電力公司建設(shè)的充電樁中，目前已經(jīng)運行兩年，客戶反饋未出現(xiàn)任何問題，即使冬季－43℃時，電纜仍然具有良好的柔軟性能。從產(chǎn)品檢測試驗以及運行結(jié)果來看，同心式充電電纜完全可滿足TUV及CQC的要求，且完全滿足電動汽車充電使用。此外，其芯數(shù)與GB/T 20234—2011《電動汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置》第3部分直流充電接口的規(guī)定相符合，并能與相應(yīng)充電槍進(jìn)行匹配，完全符合目前的實際使用要求。

4 結(jié)束語

(1)通信線芯采用分相屏蔽的方式，杜絕電纜內(nèi)外部電磁信號的干擾，擠包保護層則能防止生產(chǎn)使用過程中對屏蔽的破壞。

(2)通信線芯、控制線芯與主線芯同步成纜，電纜出現(xiàn)彎曲扭轉(zhuǎn)，各線芯隨電纜同步彎曲扭轉(zhuǎn)，避免了小規(guī)格線芯單獨受力過大發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。

(3)中性線芯采用同心式結(jié)構(gòu)，成纜外徑平均降低5%左右，同時減輕了電纜整體重量，便于移動。

(4)中性線芯采用同心式結(jié)構(gòu)，可作為電纜的總屏蔽，亦可作為泄漏電流和短路電流的通道，保證了設(shè)備的電氣安全性能，避免漏電傷人的事故發(fā)生。

(5)中性線芯位于護套內(nèi)層，采用銅絲疏繞的方式，既可起到屏蔽的作用，又能增加電纜整體抗拉能力，對電纜整體的彎曲性能影響也小。

表2 同心式充電動汽車充電電纜的主要性能試驗

［1］王春江主編.電線電纜手冊(第一冊)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2009.

［2］2PFG 1908—2011 Cables for electric vehicles conductive charging system［S］.

［3］BS EN 50525:2011 Electric cable-low voltage energy cable of rated voltages up to and including 450/750 V(U0/U)［S］.

［4］UL 62—2010 Flexible cord and fixture wire［S］.

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

［6］高 峰.新型環(huán)保電動汽車充電電纜的研制［J］.電線電纜，2012(6):10-12.