汽車線束輕量化之0.13mm2合金導線的應用

杭 飛，陳 淳，吳欣宇，單黎婷，陸 敏

（上汽大眾汽車有限公司，上海 201805）

汽車線束約占整車質量的5%，汽車線束由導線、包裹材料、接插件、卡釘、支架等零件組成，其中導線占比約為70%，導線的輕量化分析變得尤為重要。

整車線束從功能分類大致可以分為3類：供電導線、搭鐵導線和信號導線，本文重點分析0.13mm2合金導線替代傳統信號線的優勢及相關風險。對于信號導線，傳統車型上我們在綜合考慮導電性能、機械性能以及加工工藝上，會優先選擇含銅量大于99.9%的純銅，導線線徑會優先選擇0.35mm2或0.5mm2的導線，但是從線束輕量化的角度還有非常大的優化空間。

0.13 mm2導線對比0.35mm2以及0.5mm2導線，如果依然是純銅導線，導電性能上不會有太大的差異，但是因為銅絲較少機械性能相比會弱化很多，在加工工藝上，會存在非常大的風險，在端子壓接、超聲波焊接等區域非常容易出現斷絲、壓接不牢靠等問題，會極大提高產品的不合格率，所以對于0.13mm2導線需要通過Sn、Mg、Ag等金屬來提升其機械性能。

在各大主機廠中，寶馬車型使用CuAg較多，在大眾集團、奔馳以及通用等OEM中有CuMg和CuSn兩種規格合金導線，福特部分車型中有使用CCS（銅包鋼）合金。因為合金金屬的差異，CuSn的合金價格會比CuMg便宜10%左右，CuAg價格比CuSn的價格貴。

綜上所述，本文重點分析的是0.13mm2的CuSn和CuMg合金的輕量化應用。

1 0.13mm 2導線應用范圍

整車線束的布置區域大致可以分為3個部分：底盤區域、發動機艙區域和內艙區域。以傳統燃油車為例，發動機艙環境最為惡劣，底盤區域次之，內艙相對環境最佳且多為靜態區域。對于0.13mm2導線的推廣和應用，優先建議在內艙區域使用，生產工藝上也只需考慮端子選型和超聲波焊接要求，而在底盤和發動機艙區域，還需要額外考慮防水防塵以及運動區域的動態使用要求，建議在供應商設備投入和整車試驗較完善的情況下，再逐步往底盤區域和發動機艙區域推廣使用。

在整車的震動區域應用合金導線時，建議在樣車階段做振動試驗以驗證導線的機械強度，避免后續跑車或者高低溫環境下導線斷裂的情況。

2 0.13mm 2合金導線質量占比

在傳統車型中，信號線大多使用0.35mm2和0.5mm2的導線，其質量分別是4.5kg／km、6.5kg／km，而0.13mm2的質量僅有2.0kg／km （0.13mm2純銅導線和合金導線質量近似），應用0.13mm2對于信號線的質量較少可以達到55%～69%。整車低壓線束的信號導線大致可以分為Lin、CAN、Ethernet、LVDS等，其中Lin和CAN導線的用量居多，Ethernet、LVDS等是半成品導線且價格比較高，在整車應用中的比例相對較小。以某品牌新能源純電動SUV為例，整車Lin網絡使用的全部是0.35mm2導線，用量大約為80m，導線銅重約為0.36kg，CAN網絡使用的全部是0.35mm2導線，用量大致為120m，導線銅重大致為0.54kg，如果將上述所有導線都有優化為0.13mm2導線，線束銅重將減少0.5kg。

高度復雜的電子電氣架構導致今天整個汽車構造復雜，成本也非常高。甚至汽車的不安全性都息息相關。在可預期的未來智能化普及之后，域控制器對于數據傳輸的要求會將下一代汽車完全以太網化，優化執行器、傳感器和控制器的線束連接，減少線束的長度和用量。其中以特斯拉為代表的新能源純電動車，通過集成控制器的做法，推廣使用Zone Control區域控制器的概念，減少了功能控制器和執行器的數量，優化控制器和執行器的連接，整車導線用量會劇減，線束的成本大幅降低且整車的導線長度在新一代的Model Y車型上只有約2400m，以大眾B級車為例，整車的導線長度約為5000m，C級車線束長度高達6000m，導線的輕量化成果顯而易見。圖1是博世劃分的汽車電子電氣架構的演進趨勢。

圖1 電子電器架構的演進趨勢圖

在這張趨勢圖中能看出domain control（域控制器）的變化，通過設立多個主節點、各個主節點之間用以太網傳輸來解決大帶寬的需求，而分布的控制器只需要收集對應執行器、傳感器的信號然后在主節點之間傳輸，能大量減少兩兩之間的通信，甚至可以完全取代傳統的CAN網絡，比傳統的CAN網絡能節省很多導線，輕量化效果同樣效果卓著。

3 0.13mm 2導線機械強度

相比0.35mm2的純銅導線，CuSn合金導線的抗拉強度是110N，拉伸強度約為620N／mm2，而CuMg合金導線的抗拉強度是118N，拉伸強度約為670N／mm2，0.35mm2的純銅導線抗拉強度僅為75N，拉伸強度約為670N／mm2，顯而易見，合金導線的機械強度要明顯優于純銅導線。

在彎曲測試方面CuSn和CuMg合金導線的性能也是優于0.35mm2的純銅導線，如圖2所示。

圖2 彎曲測試圖

在整車應用中，因為存在很多震動區域，比如門鉸鏈區域、發動機艙震動區域等，在2013年曾發生一起某品牌小型SUV線束斷裂事故，事故描述為：駕駛座窗戶升降失靈，檢查后確認左前門線束車門鉸鏈處電線塑膠皮老化開裂n根、一根斷裂 （線束完全接上后故障消除）。震動區域無疑對線束的性能會造成影響，尤其如果在高溫環境下，甚至會出現斷裂；在極端低溫環境下，線束也會因為冰晶凍結出現斷裂現象。

對于0.13mm2的合金導線在高溫環境以及震動區域的使用可靠性建議在樣車階段做震動實驗、跑車實驗來驗證導線是否安全。

4 0.13mm 2合金導線加工工藝

0.13 mm2合金導線的銅絲數量和0.35mm2的導線是一致的，但是因為線徑差異，0.13mm2合金導線的單根銅絲線徑會小很多，所以對于導線剝線和端子壓接有非常高的要求，在人工剝線或者設備開線時，極易出現剝斷銅絲的現象，這樣會導致端子壓接不合格，如果僥幸流入市場，會造成對應功能不穩定或者故障等問題。所以對于0.13mm2合金導線絕對不允許單根銅絲斷裂問題，線束供應商在生產階段一定要有檢測手段。目前Komax提供的自動開線和自動壓接設備中有電容刀頭可以對斷線進行檢測，在設備操作過程中檢測到的斷線截面，會自動截斷一定長度的導線，再繼續進行剝線和壓接，這樣既保證了導線的品質，設備也依然可以正常運行。

5 0.13mm 2導線導電性能

以裸銅線的導電率作為基準的話，裸銅線的含銅量大約是99.9%，導電率為100%，在常溫20℃環境下，導電性≥58.58mΩ／mm2；而在銅鎂合金導線中，Mg的含量約在0.14%～0.26%，CuMg合金導線的導電性≥44mΩ／mm2，導電率約為75%。在銅錫合金導線中，Sn的含量約在0.25%～0.35%，CuSN合金導線的導電性≥42mΩ／mm2，導電率約為72%。以0.35mm2的裸銅線為例，其導線電阻值約為54.4Ω／km，CuSn和CuMg合金的電阻值約為170Ω／km，在汽車線束中，因為單根信號導線的回路長度一般不會超過5m，最長大約是從由行李廂經過儀表到BCM或者網關，所以即便是0.13mm2的合金導線，其導線電阻也是非常的小，不會對信號產生影響。

通常導線的電阻隨溫度升高而增加，在整車環境中，尤其對于傳統燃油車型來說，發動機艙因為有發動機環境非常惡劣，環境溫度也非常高，對于導線性能有一定影響。對于0.13mm2合金導線的推廣使用，建議從內艙開始。

6 結論

本文從0.13mm2合金導線的應用范圍、質量占比、導電性能、機械強度和加工工藝進行分析，詳細介紹了CuSn以及CuMg合金導線的優勢，替代0.35mm2和0.5mm2的純銅導線的可行性。

導線作為線束中占比最大的一部分，推廣0.13mm2合金導線甚至更低的小平方導線是重要途徑之一。

在新能源車型中，輕量化即意味著行駛里程的增加，平均每5kg的質量節約意味著1km行駛里程的增加，應用0.13mm2的合金導線對于整車輕量化具有重大意義。