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已經成為汽車行業應對環境污染和緩解能源危機的焦點性技術和發展方向，國內各級政府開始積極推廣電動汽車充電項目的建設來提高城市的空氣質量。作為電動汽車的配套產品，充電用電纜結構也呈現出多樣性。本文主要介紹一種電動汽車直流充電用同心式電纜的設計及試制。

1 使用要求

電動汽車充電電纜用于連接充電設備(充電樁)與電動汽車車輛之間的充放電預警控制系統。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，隨電動汽車在不同的環境中使用;另一種是電纜固定在充電設施上長期使用。在這兩種情況下電纜都會受到日光、潮濕、油污等不同環境的影響，同時在使用中經常出現彎曲、拖拽，難免會出現摩擦、刮損、碰撞等，甚至會被汽車碾壓。這些現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量及電氣安全性能，陸續推出了強制認證的要求。從萊茵集團認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施(包括充電用電纜)需要通過德國TUV認證，才可投入使用;2014年11月，中國質量認證中心也推出了電動汽車傳導充電系統用電纜安全認證業務。

2 產品設計

為保證電動汽車充電過程中安全、可靠，充電設備和電動汽車都設置了電力傳輸、信號控制和通信的模塊，通過電纜對電動汽車充電過程進行電能的傳輸和監控。所以，電動汽車充電用電纜必須具有相應的傳輸功能，即一種具有組合功能和復雜結構的多芯電纜。

2.1 結構介紹

結合電動汽車充電接口，我們設計的同心式結構充電電纜，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，分布在外護套層內側。

以2×50+1×16+2×4+2×1.5+2×1.5(p)規格為例，其中電能傳輸的有2×50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為該電纜的結構示意圖。

圖1 電動汽車直流充電用同心電纜的結構示意圖

2.2 材料選擇

(1)導體采用符合GB/T 3956的第六類鍍錫軟銅導體，并采用同向絞合。

(2)為適合頻繁移動和彎曲的環境，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，分布在護套層內側，起總屏蔽的作用。

(6)外護層采用阻燃聚氨酯。

2.3 工藝控制

國內大部分電纜企業在生產此類電纜時，通常將控制線芯和通信線芯先行成纜，放置于主線芯的側面。這類結構在受外力彎曲和拉伸時，控制線芯和通信線芯產生的滑動裕度小，與主線芯承受的拉力基本上是一樣的，容易出現通信線芯或監控線芯斷裂的現象。而我們設計的電纜結構，通信和控制線芯分散在主線芯周圍。電纜受到外力出現彎曲或拉伸時，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，以免線芯發生錯位，且應采用盤式成纜機;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 產品檢測

通過上述設計以及工藝控制，我們成功試制出產品，并根據德國萊茵集團2PFG 1908—2011相關的試驗要求進行產品檢測，結果符合要求。2014年，中國質量認證中心發布了CQC 1105—2014《電動汽車傳導充電系統用電纜技術規范》。對比德國萊茵TUV技術要求和CQC中相關要求發現，在直流充電電纜方面，CQC對成品直流電纜進行直流耐壓的要求要高于TUV，其余大都相同。我們對當年庫存的樣品及使用兩年的電纜按CQC的要求進行相應的耐壓試驗，也未發生擊穿現象。產品主要的檢測數據見表2。

研制的產品安裝在本地電力公司建設的充電樁中，目前已經運行兩年，客戶反饋未出現任何問題，即使冬季－43℃時，電纜仍然具有良好的柔軟性能。從產品檢測試驗以及運行結果來看，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，其芯數與GB/T 20234—2011《電動汽車傳導充電用連接裝置》第3部分直流充電接口的規定相符合，并能與相應充電槍進行匹配，完全符合目前的實際使用要求。

4 結束語

(1)通信線芯采用分相屏蔽的方式，杜絕電纜內外部電磁信號的干擾，擠包保護層則能防止生產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，電纜出現彎曲扭轉，各線芯隨電纜同步彎曲扭轉，避免了小規格線芯單獨受力過大發生斷裂的現象。

(3)中性線芯采用同心式結構，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構，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，保證了設備的電氣安全性能，避免漏電傷人的事故發生。

(5)中性線芯位于護套內層，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.新型環保電動汽車充電電纜的研制［J］.電線電纜，2012(6):10-12.