新時代新能源汽車產業擔負著產業轉型升級和保護大氣環境的雙重使命，極大帶動電動汽車用高壓電纜等相關配件的產業發展，各電纜廠商和認證機構紛紛投入大量精力到電動汽車高壓電纜的研發中。

      電動汽車用高壓電纜的各方面性能要求高，同時應該符合RoHSb標準、阻燃等級UL94V-0級標準要求和柔軟等性能。本文介紹電動汽車用高壓電纜的材料及其制備工藝。


                                             一、高壓電纜的材料

一、高壓電纜的材

（一）電纜的導體材料

     目前電纜導體層的材料主要有銅和鋁兩種。少數企業認為鋁芯能夠大幅度降低它們的生產成本，通過在純鋁材料的基礎上添加銅、鐵、鎂、硅等多種元素，經過特殊的工藝合成和退火處理等工藝，提高電纜的導電性能、彎曲性能和耐腐蝕性能，在滿足同等載流量的要求下，達到能與銅芯導體一樣的效果甚至更佳，進而大大節約了生產成本。

     但是大部分企業仍然把銅作為導體層的主要材料，首先銅的電阻率較低,其次銅大部分性能都優于同級別的鋁,如載流量大、電壓損失低、能耗低和可靠性強等。目前導體選材一般采用國標6類軟導體(單根銅絲伸長率必須大于25%,單絲直徑小于0.30)去保證銅單絲柔軟性、韌性強。表1列出了常用的銅導體材料所需要滿足的標準。


（二）電纜的絕緣層材料

電動汽車內部環境復雜，在選用絕緣材料時，一方面要保障好絕緣層的安全使用，另一方面盡可能選擇易加工和使用廣泛的材料。目前常用的絕緣材料有聚氯乙烯(PVC)、交聯聚乙烯(XLPE)、硅橡膠、熱塑性彈性體(TPE)等，其主要性能見表2。


其中PVC中含有鉛，但《RoHS指令》中禁止使用鉛、汞、鎘、六價鉻、多溴二苯醚(PBDE)和多溴聯苯(PBB)等有害物質，因此近年來PVC已被XLPE、硅橡膠、TPE等環保材料替代。

二、高壓電纜制備工藝

（一）導體絞線工藝

目前，電動汽車用高壓電纜的發展迅速，對應的成型工藝也與傳統電纜的成型工藝大有不同，兩種工藝流程對比如圖2所示。 

 

由圖2可知，電纜的基礎工藝發展較久，因此在行業和企業也有各自的標準規范。在拉絲工藝過程中，根據單絲退扭方式，絞線設備可分為退扭絞線機、不退扭絞線機和退扭/不退扭絞線機，由于銅導體結晶溫度高，退火溫度及時間較長，宜采用不退扭絞線機設備進行連拉連退式拉制單絲，提高拉絲伸長斷裂率。目前，交聯聚乙烯電纜(XLPE)在1~500kV電壓等級間已全面取代了油紙電纜。XLPE導體有圓形緊壓和型線絞合兩種較為常見的導體成型工藝。圓絲緊壓線芯一方面可以避免在交聯管道中的高溫、高壓將其屏蔽料和絕緣料壓入絞線間隙而造成廢品;另一方面還可以防止水分沿導體方向滲入，保障電纜安全運行。型線絞合銅導體本身為同心絞結構，多采用普通框式絞線機、叉絞線機等絞合生產，與圓形緊壓工藝相比，它能保證導體絞合圓整成型。


（二）XLPE電纜絕緣生產工藝


對于高壓XLPE電纜的生產基本采用懸鏈式干法交聯(CCV)和立塔式干法交聯(VCV)兩種成型工藝，實際上兩種工藝生產的電纜都存在交聯不充分等問題，會在絕緣層留有部分交聯副產物，對電纜的性能都有一定的影響，表3為兩種工藝的優劣對比。


由表3可知，兩種工藝都適用于中高壓及超高壓的XLPE交聯電纜的生產，但出于綜合考慮大部分電纜廠商都在生產線上使用CCV工藝。對于解決CCV工藝生產絕緣線芯過程中絕緣層由于重力作用而導致的偏心和圓整度問題，早在之前芬蘭麥拉菲爾公司開發出了獨特的專利技術———進端熱處理技術(EHT技術)，并且這項技術對于絕緣線芯而言是非接觸式的，將熱熔融狀態的絕緣材料進行了絕緣外表的冷卻處理，使得絕緣層產生一個向心的作用力，以致于使絕緣內部處于熔融狀態的絕緣體能回到圓整的狀態，從而消除絕緣下垂現象，所以可以很好地保證絕緣層和導體在內的圓整度和同心度。在整個交聯生產過程中，配備在線監測裝置可以隨時監測絕緣線芯的偏心度以及絕緣層和內外屏蔽層厚度，保證產品的標準要求。

（三）擠出工藝

較早時期，電纜廠商多采用二次擠出工藝來生產電纜絕緣層線芯，第一步同時擠出導體屏蔽層和絕緣層，然后進行交聯并繞到電纜盤上，放置一段時間后再擠出絕緣屏蔽。20世紀70年代期間，絕緣線芯出現了一種1+2三層擠出工藝，使得內外屏蔽和絕緣可以在一道工序中完成。該工藝先擠出導體屏蔽，經過較短的距離(2~5m)后，再在導體屏蔽上同時擠出絕緣和絕緣屏蔽。但是這前兩種方法都有很大弊端，于是在20世紀90年代末，電纜生產設備供應商推出了三層共擠生產工藝，將導體屏蔽、絕緣和絕緣屏蔽同時擠出。

前些年國外也推出了新的擠出機機筒頭部和弧形網板設計，通過均衡螺桿頭部空腔內料流壓力來緩解積料產生，延長了連續生產時間，更換不停機換規格的機頭設計還可以大大節約停機費用和提高效率。



 

                                                              三、結語


新能源汽車有良好的發展前景與巨大的市場，需要一系列具有高載流量、耐高溫、電磁屏蔽效果好、耐彎折、柔韌性強、工作壽命長等優良性能的車內高壓電纜產品投入生產并占據市場。

電動汽車高壓電纜材料及其制備工藝有著廣闊的發展前景，電動汽車提高生產效率、保障使用安全離不開高壓線纜。





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