銅材料在高壓線束領(lǐng)域中的應(yīng)用

根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2022年新能源汽車產(chǎn)銷分別完成705.8萬輛和688.7萬輛，同比分別增長(zhǎng)96.9%和93.4%。其中新能源乘用車產(chǎn)銷分別完成671.6萬輛和654.9萬輛，同比分別增長(zhǎng)97.77%和94.26%;新能源商用車產(chǎn)銷分別完成34.2萬輛和33.8萬輛，同比分別增長(zhǎng)81.84%和78.89%。在繁榮的市場(chǎng)背后，除了政策的大力扶持，新能源汽車技術(shù)的不斷發(fā)展也是重要的推動(dòng)力。新能源汽車的核心技術(shù)中，除了已經(jīng)被廣泛探討的三電技術(shù)外，作為新能源汽車電能傳輸“大動(dòng)脈”的高壓線束，隨著市場(chǎng)對(duì)新能源汽車安全可靠性的日益關(guān)注而受到行業(yè)廣泛的關(guān)注和重視。

高壓線束在新能源汽車領(lǐng)域中的重要程度日益提升

與傳統(tǒng)汽車中的線束相比，新能源汽車的線束不僅包含了傳送電信號(hào)和低電壓設(shè)備運(yùn)行所需電能的普通車用線束，其中的高壓線束更是必不可少的重要組成。新能源汽車中的高壓線束承擔(dān)著安全可靠地傳輸足以驅(qū)動(dòng)車輛行駛所需電能的重要使命，對(duì)于新能源汽車的性能、安全性、可靠性和穩(wěn)定性都具有關(guān)鍵且重要的作用。

在新能源汽車中，高壓線束分為：動(dòng)力電池高壓電纜(連接動(dòng)力電池和高壓盒)、電機(jī)控制器電纜(連接高壓盒和電機(jī)控制器)、快充線束(連接快充口和高壓盒)、高壓附件線束(連接高壓盒到DC/DC/、空調(diào)等)。

與傳統(tǒng)汽車相比，動(dòng)力電池高壓電纜、電機(jī)控制器電纜、快充線束等是新能源汽車上新增加的高壓線束應(yīng)用。為滿足新能源汽車的特殊要求，新能源汽車用高壓線束的技術(shù)要求更加全面與嚴(yán)格，尤其對(duì)于高壓大電流模塊用到的高壓線束，因?yàn)楦吖β省④噧?nèi)空間和布線設(shè)計(jì)的要求，需要具有耐大電流、耐高溫、阻燃、高柔性和EMC抗屏蔽性能等特點(diǎn)，以滿足新能源汽車在安全和動(dòng)力方面的要求。需要注意的是，隨著800V系統(tǒng)的日漸普及，高壓線束的技術(shù)要求也將進(jìn)一步提升，將對(duì)于整車線束布置帶來新的挑戰(zhàn)。

現(xiàn)階段車用高壓線束主要采用銅材料作為導(dǎo)體(參見QC/T 1037-2016)，包括裸圓銅線和鍍錫軟圓銅線絞合而成。銅材料具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能(20℃環(huán)境下，銅的電阻為0.0185Ωmm2/m，鋁的電阻為0.0294Ωmm2/m)。在大電流情況下，其工作溫升更低，一方面可以減少輸電時(shí)發(fā)熱損失，另一方面銅材料優(yōu)良的導(dǎo)熱性能也確保了高壓線束的工作溫度穩(wěn)定在安全范圍之內(nèi)。除了良好的導(dǎo)電性能，銅材料作為高壓線束的導(dǎo)體材料的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是較好的拉伸強(qiáng)度與彎曲性能。

銅材料還具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，抗腐蝕性好，且易于焊接。車輛的運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜惡劣，高壓線束和端子接頭不可避免會(huì)工作在潮濕、鹽霧等易腐蝕環(huán)境中。而根據(jù)傳統(tǒng)汽車線束的使用經(jīng)驗(yàn)，在潮濕、高溫、和振動(dòng)的環(huán)境下，如與其他部件發(fā)生摩擦和碰撞，容易出現(xiàn)絕緣體磨損、接頭松動(dòng)、導(dǎo)線腐蝕等現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致斷路或短路等故障的發(fā)生。由于高壓線束承載更高的電壓、更大的電流、并在端子和連接器上具有更大的應(yīng)力，所以安全要求更高，需要導(dǎo)體材料具有更好的化學(xué)穩(wěn)定性。高品質(zhì)的銅材料既能確保端子和連接器長(zhǎng)期保持良好的接觸，避免電化學(xué)腐蝕的發(fā)生，也能減緩絕緣層老化或受損后，線束導(dǎo)體受腐蝕的影響。而該領(lǐng)域也是其他材料作為高壓線束導(dǎo)體需要進(jìn)行全面研究驗(yàn)證的主要難點(diǎn)之一。

高壓線束的發(fā)展——安全性與輕量化的平衡

安全性是高壓線束最重要的指標(biāo)，高壓線束的安全性設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在于絕緣、耐壓保護(hù)、過載、連接器IP等級(jí)、等電位均衡性、高壓線束走線布置等方面。從安全性角度考慮，采用更好導(dǎo)電率和導(dǎo)熱性的材料有利于優(yōu)化高壓線束的能效、降低工作溫升;采用具有更佳抗拉強(qiáng)度與可塑性的材料有助于提升高壓線束在生產(chǎn)裝配和車輛運(yùn)行中面對(duì)振動(dòng)和摩擦情況下的可靠性，且有利于優(yōu)化線束的空間布置;采用化學(xué)性能更穩(wěn)定的材料可以防止腐蝕的發(fā)生，確保高壓線束端子與連接器的良好接觸，降低由于接觸不良帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)。

輕量化是新能源汽車和傳統(tǒng)汽車都共同關(guān)注的方向，而高壓線束是新能源汽車輕量化的重要領(lǐng)域。輕量化有助于提升能效、增加新能源汽車的續(xù)航里程、同時(shí)可以適當(dāng)降低成本。但在考慮輕量化方案時(shí)，需要確保系統(tǒng)安全性，且對(duì)于全系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)和全壽命成本進(jìn)行綜合考慮。首先，任何輕量化的方案不能以增加安全風(fēng)險(xiǎn)為代價(jià)，需要在安全范圍內(nèi)進(jìn)行輕量化。其次，輕量化設(shè)計(jì)不能僅僅考慮局部的優(yōu)化，而需要綜合考慮整車全系統(tǒng)的輕量化和成本。例如對(duì)于高壓線束材料的輕量化，除了要考慮對(duì)于線束本身的改變;還需要考慮其對(duì)于端子和連接件的影響，以及對(duì)于電磁屏蔽的改變，進(jìn)而是否需要改變整個(gè)線束在車內(nèi)的布置方案;以及對(duì)于未來全車生命周期內(nèi)系統(tǒng)維護(hù)與維修的影響。

簡(jiǎn)而言之，高壓線束作為新能源汽車的血管與神經(jīng)系統(tǒng)，對(duì)于新能源汽車具有牽一發(fā)而動(dòng)全身的影響作用。高壓線束的安全性是新能源汽車整車安全性的基礎(chǔ)保障，其技術(shù)的發(fā)展對(duì)于新能源汽車的整車性能的提升具有重要作用。

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