改性塑料在新能源汽車充電設施上的工程化應用進展

夏建盟，丁正亞，張 永

(上海金發(fā)科技發(fā)展有限公司 上海市工程塑料功能化工程技術(shù)研究中心，上海 201714)

改性塑料在新能源汽車充電設施上的工程化應用進展

夏建盟，丁正亞，張 永

(上海金發(fā)科技發(fā)展有限公司 上海市工程塑料功能化工程技術(shù)研究中心，上海 201714)

概述了新能源汽車及其充電設施的發(fā)展現(xiàn)狀，梳理新能源汽車充電設施相關(guān)的系列技術(shù)標準，針對充電設施不同部件的應用需求，提供了改性塑料材料解決方案，并展望了改性塑料新型材料在充電設施上的工程化應用前景。

新能源汽車； 改性塑料； 充電設施

1 新能源汽車及充電設施發(fā)展概述

圖1 新能源汽車及充電設施保有量統(tǒng)計圖

充電設施作為新能源汽車的標準配置，是與新能源汽車相伴相生的，是新能源汽車推廣應用的基礎和保障，特別是在電池性能、單次充電行駛里程短期不能顯著提高的情況下，直接影響到新能源汽車的發(fā)展。近幾年來，我國相繼出臺各項產(chǎn)業(yè)政策，大力推動充電基礎設施(充電樁/充電站)的建設。2015年9月，國務院印發(fā)《關(guān)于加快電動汽車充電基礎設施建設的指導意見》，提出建設“樁站先行，適度超前，智能高效”的充電基礎設施體系，全面覆蓋城市公共領(lǐng)域、高速沿線、私人小區(qū)、單位內(nèi)部等區(qū)域。國家能源局作為充電基礎設施行業(yè)管理部門，不斷完善充電設施政策體系，會同有關(guān)部門出臺了《電動汽車充電基礎設施發(fā)展指南(2015—2020年)》(發(fā)改能源[2015]1454號)、《關(guān)于加快居民區(qū)電動汽車充電基礎設施建設的通知》(發(fā)改能源[2016]1611號)、《電動汽車充電基礎設施接口新國標的實施方案》(發(fā)改能源[2016]2688號)、《關(guān)于加快單位內(nèi)部電動汽車充電基礎設施建設的通知》(國能電力[2017]19號)等產(chǎn)業(yè)政策，指導各地編制電動汽車充電基礎設施發(fā)展規(guī)劃，組織成立充電基礎設施促進聯(lián)盟，促進行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。目前，中國已成為充電基礎設施發(fā)展最快的國家，《中國電動汽車充電基礎設施促進聯(lián)盟年報2016—2017》發(fā)布結(jié)果顯示，截止到 2016 年底，公共類充電樁建設、運營數(shù)量接近 15 萬個，保有量全球第一[1]。2015—2020年，將建成充電樁480萬個，充電站1.2萬座，并通過智能服務平臺實現(xiàn)全國充電基礎設施信息和支付互聯(lián)互通，滿足新能源汽車用戶的充電需求。

2 充電設施及其技術(shù)要求簡介

新能源汽車充電設施主要包括充電樁和充電站，其中以充電樁為主。充電樁按工作時輸出的電流類型可分為交流和直流兩種。交流充電樁與交流電網(wǎng)220 V/380 V連接，其本身并不具備充電功能，只是單純提供電力輸出，還需要連接電動汽車車載充電機實施充電。由于車載充電機的功率較小，所以交流充電樁不能實現(xiàn)快速充電，但因其充電電流小，對電池壽命影響及對電網(wǎng)的沖擊相對也較小，適用于有固定停車處及沒有快速充電要求的場合。直流充電樁俗稱快充，與交流380 V電網(wǎng)連接，輸出為持續(xù)可調(diào)直流電，直接為電動汽車的動力電池充電。由于直流充電樁采用三相四線制供電，可以提供足夠的功率，輸出的電壓和電流調(diào)整范圍大，可以實現(xiàn)快充的需求，但同時對電池的使用壽命影響及對電網(wǎng)的沖擊相比交流充電樁要明顯增大，一般適用于高速服務區(qū)等需要快速充電的場合。充電樁根據(jù)安裝場所的不同，一般有落地式和壁掛式兩種，其結(jié)構(gòu)均由殼體、充電槍(連接件)、控制組件(內(nèi)部元器件)和線纜組件組成(見圖2)。

1-充電樁殼體；2-充電槍；3-控制組件；4-線纜組件圖2 充電設施結(jié)構(gòu)示意圖

充電樁使用強電工作，且連續(xù)工作時間長，特別是直流充電樁為達到快速充電的目的，工作電流較大，更為重要的是可能會與人接觸，所以其整體安全性能要求很高。此外，充電樁的使用工況環(huán)境較為復雜，必須滿足不同地區(qū)的氣候環(huán)境，如南方沿海地區(qū)的高溫、高濕及鹽霧腐蝕，高寒地區(qū)的低溫撞擊，高海拔地區(qū)高強紫外線照射，以及部分污染嚴重地區(qū)的酸雨腐蝕等。因此，針對充電樁的工作性質(zhì)和工作環(huán)境等因素，必須有相關(guān)的技術(shù)標準來進行規(guī)范，以保障充電樁的安全使用。

國外由于新能源汽車起步早，充電樁的標準制定較早且相對完善，主要有美國UL和歐洲IEC兩種標準，其中UL標準，對整機的使用環(huán)境進行了充分的考慮，對材料的機械、阻燃、電氣和環(huán)境老化等方面的要求都有細致的規(guī)定。我國相關(guān)標準的制定則相對較晚，2011年12月27日，工業(yè)和信息化部公布了由國家能源局、工業(yè)和信息化部組織、電力企業(yè)聯(lián)合會和中國汽車技術(shù)研究中心等機構(gòu)共同起草的有關(guān)電動汽車充電接口和通信協(xié)議的四項國家標準已經(jīng)批準發(fā)布，于2012年3月1日起實施。2015年12月底，質(zhì)檢總局、國家標準委、國家能源局、工信部、科技部等部門聯(lián)合在京發(fā)布了新修訂的《電動汽車傳導充電系統(tǒng) 第1部分：一般要求》、《電動汽車傳導充電用連接裝置 第1部分：通用要求》、《電動汽車傳導充電用連接裝置 第2部分：交流充電接口》等5項電動汽車充電接口及通信協(xié)議國家標準，新標準于2016年1月1日起正式實施。新標準對充電接口和通信協(xié)議進行了全面系統(tǒng)的規(guī)范，為充電設施質(zhì)量保證體系提供了技術(shù)保障，確保了電動汽車與充電設施的互聯(lián)互通，對促進電動汽車產(chǎn)業(yè)政策落地，增強購買使用電動汽車消費信心將起到積極的促進作用。但上述標準只是針對充電樁主機或主要部件的技術(shù)要求，對于所使用的材料則沒有明確的要求，對生產(chǎn)廠家選擇材料起不到有效的指導作用。

表1 充電設施國內(nèi)外標準匯總

中國質(zhì)量認證中心(CQC)于2016年4月24日發(fā)布了國內(nèi)首個《電動汽車充電設備非金屬材料外殼技術(shù)規(guī)范》[2](見表2)。該技術(shù)規(guī)范從充電樁的實際使用環(huán)境出發(fā)，通過對材料耐老化、耐候、耐低溫沖擊、阻燃、耐熱、電氣絕緣等方面性能的考核，來評價材料是否能夠達到長期使用要求。

3 改性塑料在充電設施上的應用

改性塑料材料作為先進高分子材料的重要組成部分，已廣泛應用于家電、汽車、電子電氣等各個領(lǐng)域。針對充電設施行業(yè)，改性塑料行業(yè)部分領(lǐng)先企業(yè)，已經(jīng)針對高分子材料在充電樁上的應用進行了充分研究，有能力提供針對充電樁的高分子材料整體解決方案。

綜合針對充電設施的相關(guān)技術(shù)標準，參照其他類似應用領(lǐng)域的需求，轉(zhuǎn)化成對材料的具體性能要求(見表3)，結(jié)合不同材料對應的性能，可以對充電樁的不同部件提供對應的改性塑料材料解決方案。

3.1 充電樁殼體

充電樁殼體作為充電樁的對外防護部件，不僅需要滿足運輸、安裝和使用過程中可能發(fā)生碰撞的保護要求，還必須適合復雜的使用工況環(huán)境，所用材料需要有一定的機械強度、電氣絕緣性和阻燃性要求，同時兼具優(yōu)良的耐候性能、低溫沖擊性能、耐腐蝕性能和加工性能。推薦使用無鹵阻燃PC材料或無鹵阻燃PC合金材料，如無鹵阻燃PC/ABS、PC/ASA、PC/PBT材料等，包括使用免噴涂技術(shù)的組合，可以做成不同的外觀顏色，滿足不同使用場合的個性化需求。

能夠解決上文所提出之困難的能力，就是動感。胡塞爾認為，在一切對象構(gòu)造中“必然涉及兩種感覺……第一種是以側(cè)顯化的方式構(gòu)成著事物本身的相應特征”[注][德]埃德蒙德·胡塞爾：《現(xiàn)象學的構(gòu)成研究》，李幼蒸譯，北京：中國人民大學出版社，2013年，第48頁。 ，以及作為第二種感覺的動感：“在對第一種感覺的一切這樣的把握中第二種感覺必然參與……后者相應地屬于每一種構(gòu)成的把握”[注]同上，第48頁。 ，因此動感就貫穿于諸異質(zhì)領(lǐng)域之中。

3.2 充電槍及連接系統(tǒng)

充電槍及連接系統(tǒng)具體包括充電槍殼體和連接頭。充電槍外殼，除需要阻燃性能、電絕緣性能、耐候性能外，還要有良好剛性和韌性，避免跌落和車輛輾壓造成的損壞，同時兼顧良好的外觀。材料方面推薦無鹵阻燃耐候PC及其合金材料。充電連接頭，包括插座和插頭，直接與導線轉(zhuǎn)接，需要優(yōu)異的電絕緣性、阻燃性能、耐熱性能，同時為滿足長期插拔的使用壽命要求，材料需要優(yōu)異的力學性能。推薦使用無鹵阻燃增強尼龍材料。

表2 電動汽車充電設備非金屬材料外殼技術(shù)規(guī)范

3.3 內(nèi)部控制系統(tǒng)組件

內(nèi)部控制系統(tǒng)組件主要包括電源模塊、接觸器、斷路器、散熱風扇等。參照常用電源系統(tǒng)及低壓電器行業(yè)的材料應用，可使用無鹵阻燃增強PA或PBT材料。散熱風扇推薦在IT行業(yè)廣泛使用的阻燃增強PBT或PPE材料。

3.4 線纜組件

充電樁使用的線纜主要包括電源線和信號控制線，在CQC發(fā)布的《電動汽車傳導充電系統(tǒng)電纜技術(shù)規(guī)范》中，對充電樁線纜的結(jié)構(gòu)、額定電壓、使用溫度、允許彎曲半徑以及耐久性等方面都做了詳細規(guī)定[3]。高分子材料主要應用在線纜的內(nèi)護層和外護套方面，內(nèi)護層可以使用無鹵阻燃TPE、TPU，外護套可以使用PVC、無鹵阻燃彈性體等。

隨著新能源汽車的持續(xù)推廣和應用，充電設施的小型化和輕量化將會是未來的發(fā)展方向，一些高性能的新型改性塑料材料，如PPS、PPO、PEEK等，以及其他彈性體材料，均有可能在充電設施中進行工程化應用，這對改性塑料在新能源汽車中的應用有著很好的促進作用。

表3 充電樁部件使用要求及材料推薦

4 結(jié)論與展望

全球汽車產(chǎn)業(yè)生態(tài)正在重構(gòu)，不少國家紛紛調(diào)整發(fā)展戰(zhàn)略，加快新能源汽車的產(chǎn)業(yè)布局。目前，全球已有6個國家公開發(fā)表聲明，將全面禁止傳統(tǒng)能源車，其中法國、英國將在2040年啟動，德國、印度將在2030年啟動，挪威、荷蘭將在2025年啟動。我國已經(jīng)啟動傳統(tǒng)能源車停產(chǎn)停售時間表研究，計劃到2025年，我國新能源車的銷量將至少占汽車總銷量的20%[4]。加快充電基礎設施發(fā)展，是落實國家能源戰(zhàn)略、大氣污染防治行動計劃和節(jié)能減排的重要戰(zhàn)略舉措。可以預見未來的幾年，隨著新能源汽車的蓬勃發(fā)展，充電設施也將會進入高速發(fā)展期，高分子材料在充電設施上的應用也將逐步規(guī)范。作為改性塑料行業(yè)，需要緊跟新能源汽車和充電設施的發(fā)展，提前在材料方面進行技術(shù)儲備，大力開發(fā)適用于充電設施的新型改性塑料材料，持續(xù)為充電設施設備提供整體材料解決方案。

[1] 中國電動汽車充電基礎設施促進聯(lián)盟. 中國電動汽車充電基礎設施發(fā)展年度報告2016—2017[R]. 北京：國家能源局，2017.

[2] 中國質(zhì)量認證中心.CQC1305-2016電動汽車充電設備非金屬材料外殼技術(shù)規(guī)范[S]. 北京：中國質(zhì)量認證中心，2016.

[3] 中國質(zhì)量認證中心. CQC1105-2014電動汽車傳導充電系統(tǒng)電纜技術(shù)規(guī)范[S]. 北京：中國質(zhì)量認證中心，2014.

[4] 曾祥萍. 我國確定制定停止生產(chǎn)銷售傳統(tǒng)能源汽車時間表[EB/OL].[2017-9-14].http://epaper.xxsb.com/html/content/2017-09/14/content_704538.html.

EngineeringApplicationProgressonModifiedPlasticsinNewEnergyVehiclesChargingFacilities

XIAJian-meng,DINGZheng-ya,ZHANGYong

(Shanghai Kingfa SCI. & TECH. Co.,Ltd.，Shanghai Engineering Research Center for Functionalization of Engineering Plastics，Shanghai 201714, China)

This paper summarized the development of new energy vehicles and charging facilities, combed a series of technical standards for new energy vehicles charging facilities, and provided modified plastic materials solutions to meet the application requirements of charging facilities for different parts, and prospected the engineering application of the new types of modified plastic materials in charging facilities.

new energy vehicles； modified plastics； charging facilities

夏建盟(1972—)，男，碩士，高級工程師，主要從事高分子材料改性及應用研究工作。

U 465.4+1

A

1009-5993(2017)04-0022-05

2017-11-20)

巴斯夫塑料添加劑提高屋頂耐用性，助力中國建筑節(jié)能

■TPO屋頂防水卷材采用的Chimassorb?2020穩(wěn)定劑在惡劣天氣條件下提供長效保護

■TPO屋頂防水卷材幫助節(jié)約能源

■可調(diào)節(jié)添加量以滿足不同地區(qū)的需要

巴斯夫塑料添加劑Chimassorb?2020被東方雨虹用于中國多座商業(yè)建筑屋頂施工中。這種出色的屋頂系統(tǒng)防水材料可保護TPO屋頂防水卷材和屋頂免受磨損，并防止其在極端高溫和強烈日照下快速老化。

屋頂必須經(jīng)受各種不可預測及惡劣天氣條件的考驗：極端高溫、大風、雨、凍雨、冰雹、暴雪和溫度大幅變化等等。要長時間承受這些氣候條件極為不易，這對屋頂?shù)哪陀眯蕴岢隽藝谰目简灐?/p>

TPO屋頂防水卷材通常含有加工穩(wěn)定劑，以便在擠出或壓延時保護卷材；同時還通過光穩(wěn)定劑和熱穩(wěn)定劑防止高溫老化和光老化。否則，這些卷材就會很快開裂，造成屋頂漏水。巴斯夫特性化學品部亞太區(qū)高級副總裁歐達富介紹道：“如果不使用光穩(wěn)定劑，TPO屋頂防水卷材會快速老化。為此，巴斯夫提供了品質(zhì)一流的加工穩(wěn)定劑和長效穩(wěn)定劑產(chǎn)品系列。它們都在巴斯夫上海的實驗室中經(jīng)過了嚴格的測試?！蓖ㄟ^烘箱老化和人工氣候老化模擬各種惡劣的高溫和氣候條件。結(jié)果顯示，采用巴斯夫聚合物配方和穩(wěn)定方案生產(chǎn)的TPO屋頂防水卷材可經(jīng)受最惡劣的氣候條件的考驗，達到了現(xiàn)行的屋頂施工和防水標準要求。

熱塑性聚烯烴(TPO)卷材生產(chǎn)商東方雨虹TPO屋頂防水卷材業(yè)務部技術(shù)研發(fā)經(jīng)理劉志維表示：“利用基于Chimassorb 2020的穩(wěn)定劑技術(shù)，我們成功達到了ASTM D6878新標準對TPO屋頂防水卷材配方的技術(shù)要求。新標準對屋頂防水卷材在長時間極端高溫天氣下的性能要求進行了調(diào)整。我們的目標是為客戶提供更耐用的防水產(chǎn)品和更優(yōu)質(zhì)的施工服務?！?/p>

TPO屋頂防水卷材的另一優(yōu)勢在于100%可回收，因而有助于減少碳足跡，更加環(huán)境友好?；厥誘PO屋頂防水卷材進可防止其在填埋垃圾中堆積，幫助建筑業(yè)主節(jié)約廢物清理費用。

此外，得益于良好的紫外線反射性能，TPO屋頂防水卷材的節(jié)能特性也受到客戶高度贊譽。研究顯示，淺色屋頂?shù)谋砻鏈囟冗h低于深色屋頂。建筑表面越?jīng)鏊?，空調(diào)用量越少，自然也就越節(jié)能。

巴斯夫可調(diào)節(jié)塑料添加劑的添加量以滿足不同地區(qū)的要求。公司與德國宇航局(DLR)聯(lián)合開發(fā)的全球紫外輻射圖工具有助于更好地預測塑料在特定環(huán)境下的預期使用壽命，降低因氣候條件造成產(chǎn)品失效的風險。通過這樣的方式，客戶可以選擇合適的穩(wěn)定系統(tǒng)，優(yōu)化添加量，從而保護塑料材料。