一種直流充電電纜的設計與制造過程中的問題進行討論

趙凈凈 張保亮

摘 要：介紹了一種電動汽車直流充電樁電纜的設計以及產品的制造，并對制造過程中的工藝難點進行了分析，提出合理的解決方案。

關鍵詞：直流充電樁電纜；電動汽車；工藝難點；解決方案

隨著國家政策不斷向新能源傾斜，新能源電動汽車如雨后春筍般的出現，充電樁應運而生。目前，加快充電樁建設，解決消費者的“里程焦慮”，成為新能源汽車推廣的關鍵。與此同時充電樁電纜的需求也在不斷增多，我公司應市場需求開發出快速充電樁電纜“新型環保電動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”問題添磚建瓦。本文就主要介紹一種直流充電樁電纜的設計及制造過程中存在問題。

1 電纜結構的設計

1.1 結構介紹

由于充電樁電纜目前沒有統一的標準，所以充電樁電纜在設計制造過程中，往往要依照充電樁廠家的要求和國外標準去設計。這就導致目前充電樁市場不夠規范，統一。往往同一規格的電纜有好幾種結構，這很不利新能源汽車的推廣。結合新版電動汽車充電接口標準，設計新型充電樁電纜，主要考慮通信安全性和電氣安全性： 采用：2根動力纜芯+1根中性保護地線+2根輔助纜芯+2對屏蔽通信纜芯+7根屏蔽備用纜芯。該結構可滿足市場上大多數直流充電樁要求，該產品已經獲得申請國家專利保護。以2×70+1×25+2×4+2P（2×0.75）+P（7×1.0）規格為例，其中電力傳輸為2×70，中性保護線芯為1×25，動力輔助線2×4，信號控制傳輸為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對通信傳輸干擾。圖 1為該電纜的結構示意圖。

1.2 制造工藝

1）導體。采用GB/T3956-2008中最軟的6類導體，根據絕緣材質要求可選鍍錫導體或裸銅線，采用同向絞合，不僅大幅度提高導體柔軟度和減少導體外徑，提高導體導電性能。2）絕緣。由于充電樁電纜的使用環境惡劣，頻繁移動和彎曲的、抗拉且充電電流往往要達到幾百安培，對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。經過對各種材料的實驗對比，最終選用電氣性能和機械性能優異的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構復雜，纜芯數量達到16根，給成纜帶來很大困難，其中成纜最大的一個問題是，既要保證電纜的圓整度又要保證每個功能纜芯在自己的位置上不發生錯位，便于后面與充電接口接線。成纜節距倍數控制在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）護套。充電樁電纜經常要與地面接觸摩擦，耐油，耐酸堿，耐老化等還要經得住車輛碾壓。護套的選擇至關重要，通過實驗對比選用機械性能優異的TPU彈性體，該材料抗拉強度可達到40MPa以上，伸長率大于600%，即使冬季-40℃時，電纜仍然具有良好的柔軟性能，該護套對電纜起到了很好的保護作用。電纜在制造加工過程中會有很多問題，下面就對幾個關鍵問題進行分析：

2 制造過程中的問題

1）標準不統一。由于缺少統一的標準，客戶的要求也在不斷變化，甚至提出的要求往往不科學，不合理。電纜的結構往往要經過多次調整，增加工藝難度，才能達到要求。筆者認為有些要求是完全沒有必要的。

2）通信線芯屏蔽難點。在加工通信線芯時，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。但是經過檢驗，屏蔽層表面轉移阻抗不合格。經過論證分析，屏蔽層表面轉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、屏蔽結構有關。減小編織單絲直徑，較少每錠單絲根數，改變屏蔽結構可改善屏蔽層表面轉移阻抗。經過重新設計對單絲有原來的0.15mm調整到0.12mm，每錠單絲根數有5根減到3根，結構改為鋁復合帶外疏繞銅絲屏蔽結構，通過以上措施屏蔽層表面轉移阻抗合格，保證了電纜的屏蔽效果。

3）成纜難點。由于纜芯比較多，所以成纜工序有很多問題要解決。但很多電纜廠家不具備8根纜芯退扭成纜設備，如纜芯成纜是發生位移和成纜后出現大幅度蛇形彎。經過分析，通過增加適當的預扭裝置，在并線模前增加分線裝置，調整好各個纜芯張力，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。保證通信線芯的安全性，同時也提高了電纜的圓整度，滿足了生產需求。

3 產品檢測

通過上述設計以及工藝難點控制，生產出來的產品，并根據CQC1105-2015《電動汽車傳導充電系統用電纜技術規范》相關的試驗要求進行產品檢測，結果符合要求。研制的產品使用在國網的充電樁中，目前已經運行一年，客戶反饋未出現任何問題，即使冬季40℃時，電纜仍然具有良好的柔軟性能。此外，其芯數與 GB /T 20234-2015《電動汽車傳導充電用連接裝置》新國標規定相符合，并能與新充電槍進行匹配，并且增加了7根備用多功能纜芯，完全符合目前的實際使用要求。

4 結束語

充電樁市場在未來幾年還有很大發展空間，電纜在制造過程中要注意通信線芯的編織，成纜、擠出工序的質量控制。同時希望有關充電樁電纜國家標準盡快出臺，規范市場，才真正有利于新能源產業的快速發展。

參考文獻：

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