一種直流充電電纜的設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中的問(wèn)題進(jìn)行討論

趙凈凈 張保亮

摘 要：介紹了一種電動(dòng)汽車直流充電樁電纜的設(shè)計(jì)以及產(chǎn)品的制造，并對(duì)制造過(guò)程中的工藝難點(diǎn)進(jìn)行了分析，提出合理的解決方案。

關(guān)鍵詞：直流充電樁電纜；電動(dòng)汽車；工藝難點(diǎn)；解決方案

隨著國(guó)家政策不斷向新能源傾斜，新能源電動(dòng)汽車如雨后春筍般的出現(xiàn)，充電樁應(yīng)運(yùn)而生。目前，加快充電樁建設(shè)，解決消費(fèi)者的“里程焦慮”，成為新能源汽車推廣的關(guān)鍵。與此同時(shí)充電樁電纜的需求也在不斷增多，我公司應(yīng)市場(chǎng)需求開(kāi)發(fā)出快速充電樁電纜“新型環(huán)保電動(dòng)汽車直流充電樁電纜”。也加快了充電汽車的推廣，為其解決安全，快速充電，解決“里程焦慮”問(wèn)題添磚建瓦。本文就主要介紹一種直流充電樁電纜的設(shè)計(jì)及制造過(guò)程中存在問(wèn)題。

1 電纜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

1.1 結(jié)構(gòu)介紹

由于充電樁電纜目前沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，所以充電樁電纜在設(shè)計(jì)制造過(guò)程中，往往要依照充電樁廠家的要求和國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)去設(shè)計(jì)。這就導(dǎo)致目前充電樁市場(chǎng)不夠規(guī)范，統(tǒng)一。往往同一規(guī)格的電纜有好幾種結(jié)構(gòu)，這很不利新能源汽車的推廣。結(jié)合新版電動(dòng)汽車充電接口標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)新型充電樁電纜，主要考慮通信安全性和電氣安全性： 采用：2根動(dòng)力纜芯+1根中性保護(hù)地線+2根輔助纜芯+2對(duì)屏蔽通信纜芯+7根屏蔽備用纜芯。該結(jié)構(gòu)可滿足市場(chǎng)上大多數(shù)直流充電樁要求，該產(chǎn)品已經(jīng)獲得申請(qǐng)國(guó)家專利保護(hù)。以2×70+1×25+2×4+2P（2×0.75）+P（7×1.0）規(guī)格為例，其中電力傳輸為2×70，中性保護(hù)線芯為1×25，動(dòng)力輔助線2×4，信號(hào)控制傳輸為2×0.75，通信傳輸為2×0.75，備用多功能纜芯7×1.0，其中屏蔽是防止外部信號(hào)對(duì)通信傳輸干擾。圖 1為該電纜的結(jié)構(gòu)示意圖。

1.2 制造工藝

1）導(dǎo)體。采用GB/T3956-2008中最軟的6類導(dǎo)體，根據(jù)絕緣材質(zhì)要求可選鍍錫導(dǎo)體或裸銅線，采用同向絞合，不僅大幅度提高導(dǎo)體柔軟度和減少導(dǎo)體外徑，提高導(dǎo)體導(dǎo)電性能。2）絕緣。由于充電樁電纜的使用環(huán)境惡劣，頻繁移動(dòng)和彎曲的、抗拉且充電電流往往要達(dá)到幾百安培，對(duì)電纜的電氣性能提出了很高的要求。一般材料難以滿足其要求。經(jīng)過(guò)對(duì)各種材料的實(shí)驗(yàn)對(duì)比，最終選用電氣性能和機(jī)械性能優(yōu)異的TPE彈性體，該材料可滿足充電樁電纜充電需求。3）成纜。由于直流充電樁電纜結(jié)構(gòu)復(fù)雜，纜芯數(shù)量達(dá)到16根，給成纜帶來(lái)很大困難，其中成纜最大的一個(gè)問(wèn)題是，既要保證電纜的圓整度又要保證每個(gè)功能纜芯在自己的位置上不發(fā)生錯(cuò)位，便于后面與充電接口接線。成纜節(jié)距倍數(shù)控制在14-16倍，填充采用阻燃非吸濕材料，保證電纜的圓整度和阻燃性。4）護(hù)套。充電樁電纜經(jīng)常要與地面接觸摩擦，耐油，耐酸堿，耐老化等還要經(jīng)得住車輛碾壓。護(hù)套的選擇至關(guān)重要，通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比選用機(jī)械性能優(yōu)異的TPU彈性體，該材料抗拉強(qiáng)度可達(dá)到40MPa以上，伸長(zhǎng)率大于600%，即使冬季-40℃時(shí)，電纜仍然具有良好的柔軟性能，該護(hù)套對(duì)電纜起到了很好的保護(hù)作用。電纜在制造加工過(guò)程中會(huì)有很多問(wèn)題，下面就對(duì)幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行分析：

2 制造過(guò)程中的問(wèn)題

1）標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。由于缺少統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，客戶的要求也在不斷變化，甚至提出的要求往往不科學(xué)，不合理。電纜的結(jié)構(gòu)往往要經(jīng)過(guò)多次調(diào)整，增加工藝難度，才能達(dá)到要求。筆者認(rèn)為有些要求是完全沒(méi)有必要的。

2）通信線芯屏蔽難點(diǎn)。在加工通信線芯時(shí)，外被需要銅絲編織屏蔽，之前試制一根電纜，通信線芯的屏蔽編織密度為85%以上。但是經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)，屏蔽層表面轉(zhuǎn)移阻抗不合格。經(jīng)過(guò)論證分析，屏蔽層表面轉(zhuǎn)移阻抗不直接取決于編織密度，還與編織單絲直徑、每錠單絲根數(shù)、屏蔽結(jié)構(gòu)有關(guān)。減小編織單絲直徑，較少每錠單絲根數(shù)，改變屏蔽結(jié)構(gòu)可改善屏蔽層表面轉(zhuǎn)移阻抗。經(jīng)過(guò)重新設(shè)計(jì)對(duì)單絲有原來(lái)的0.15mm調(diào)整到0.12mm，每錠單絲根數(shù)有5根減到3根，結(jié)構(gòu)改為鋁復(fù)合帶外疏繞銅絲屏蔽結(jié)構(gòu)，通過(guò)以上措施屏蔽層表面轉(zhuǎn)移阻抗合格，保證了電纜的屏蔽效果。

3）成纜難點(diǎn)。由于纜芯比較多，所以成纜工序有很多問(wèn)題要解決。但很多電纜廠家不具備8根纜芯退扭成纜設(shè)備，如纜芯成纜是發(fā)生位移和成纜后出現(xiàn)大幅度蛇形彎。經(jīng)過(guò)分析，通過(guò)增加適當(dāng)?shù)念A(yù)扭裝置，在并線模前增加分線裝置，調(diào)整好各個(gè)纜芯張力，把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(shí)，線芯間滑動(dòng)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(méi)有受力。保證通信線芯的安全性，同時(shí)也提高了電纜的圓整度，滿足了生產(chǎn)需求。

3 產(chǎn)品檢測(cè)

通過(guò)上述設(shè)計(jì)以及工藝難點(diǎn)控制，生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品，并根據(jù)CQC1105-2015《電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng)用電纜技術(shù)規(guī)范》相關(guān)的試驗(yàn)要求進(jìn)行產(chǎn)品檢測(cè)，結(jié)果符合要求。研制的產(chǎn)品使用在國(guó)網(wǎng)的充電樁中，目前已經(jīng)運(yùn)行一年，客戶反饋未出現(xiàn)任何問(wèn)題，即使冬季40℃時(shí)，電纜仍然具有良好的柔軟性能。此外，其芯數(shù)與 GB /T 20234-2015《電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置》新國(guó)標(biāo)規(guī)定相符合，并能與新充電槍進(jìn)行匹配，并且增加了7根備用多功能纜芯，完全符合目前的實(shí)際使用要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

充電樁市場(chǎng)在未來(lái)幾年還有很大發(fā)展空間，電纜在制造過(guò)程中要注意通信線芯的編織，成纜、擠出工序的質(zhì)量控制。同時(shí)希望有關(guān)充電樁電纜國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)盡快出臺(tái)，規(guī)范市場(chǎng)，才真正有利于新能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 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，2009.

[2] 葉德智.一種電動(dòng)汽車直流充電用同心式電纜[J].電線電纜，2015（3）：24-25.