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电动汽车充电电缆标准化分析

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《电器工业》2014年第四期

1充电电缆技术要求

1.1功能要求电动汽车充电电缆是连接电动汽车和充电桩的载体,其基本作用是传输电能。然而,随着充电技术的发展,为了更好的完成充电过程,电动汽车和充电桩之间需要进行通信,并且在必要时进行自动控制。因此,充电过程对充电电缆提出了更高的要求,充电电缆不仅需要具有电量传输的作用,同时需要将车辆以及动力电池的状态和信息传递至充电桩进行实时交互,在必要条件下,对充电动作进行控制,以便安全可靠地完成充电过程。

1.2安全性要求目前,电动汽车的安全性已经成为业界重点关注的内容。电动汽车的充放电过程,因时间较长、电流强度较大,电缆使用频率高,其安全性应受到高度重视。电动汽车充电电缆在保证良好的绝缘性能基础上,应具有较高的耐热性和耐老化性,同时,在燃烧时应具有良好的低烟阻燃特性,以保证将损失和伤害降到最低。

2充电电缆技术标准化分析

2.1标准现状目前电动汽车充电电缆产品生产制造的依据主要有美国ANSI/NFPA/NECArticle400、欧洲协调文件HD22等,我国绝大多数充电电缆产品以国际电工委(IEC)发布的IEC60245和IEC60227两个标准或者为该两项标准等同采用的国家标准GB/T5013和GB/T5023标准为参照依据。美国的Article400充电电缆标准制定的相对较早,主要依托于美国UL公司的UL62软电缆标准建立的产品标准,标准中规定的绝缘材料包括聚氯乙烯(PVC)、热塑性弹性体(TPE)、聚丙乙烯(EPR)等材料,护套材料包括PVC、氯化聚乙烯(CPE)、TPE等材料,标准中的材料、型号等种类繁多,具体的结构参数也大都是与UL线缆产品一致,标准相对比较宽泛,没有对材料、结构进行严格限制,只要能够符合充电电缆基本的性能要求即可。欧洲生产和制造的电动汽车充电电缆产品主要是依据欧洲标准协调文件HD22.4和HD22.12生产制造的。HD22.4规定了额定电压450/750V及以下乙丙橡皮绝缘和乙丙橡皮/氯丁橡皮及其相当混合物护套软电缆,HD22.12规定了额定电压450/750V及以下耐热乙丙橡皮绝缘和乙丙橡皮/氯丁橡皮及其相当混合物护套软电缆。两个文件的主要技术要求见表1。HD22.4和HD22.12两个协调文件虽然在结构等要求方面能够满足充电电缆要求,但是其并非是充电电缆产品标准,内容不能完全满足充电电缆全部技术要求和使用要求,随着电动汽车技术的发展和进步,欧洲电缆制造商已经意识到需要独立的充电电缆产品标准来指导生产。IEC60245和IEC60227电线电缆标准分别为额定电压为450/750V及以下橡皮绝缘电缆和额定电压为450/750V及以下聚氯乙烯绝缘电缆国际标准,是低压电气装备线中最为重要的两个标准,标准中的部分绝缘材料和护套材料可满足充电电缆的基本技术要求,因此市场上大多数充电电缆产品均以该两项标准为依据生产,但随着充电电缆技术的进一步发展以及使用要求的提高,该两项标准在充电电缆的技术要求方面也出现了较大的技术差异。

2.2标准适应性分析电动汽车充电电缆在使用过程中需要经常移动,属于移动式软电缆,其需要有相当的柔软性,因此使用的绝缘材料和护套材料也需要具有很好的柔性。从这一方面考虑,在IEC60245和IEC60227两个标准中,规定的可在移动场合使用的电缆绝缘材料和护套材料,有部分材料(如PVC/D型聚氯乙烯混合物绝缘材料和SE3型橡皮混合物护套材料等)能够满足充电电缆的技术要求,因此,在早期研制和制造的充电电缆产品中,大多数产品引用该两项标准作为依据。由于充电技术的交互性,充电电缆不仅承担从连接的配电网络中传输能量至电动汽车,还具有传递车辆的信息(如充电电流控制、车辆电压信息、绝缘监测等)和充电动作控制等功能,是一类兼具能量传输和信息传递的综合型电缆。典型的三相充电电缆结构如图1所示。其中包含3根充电动力线芯、1根中性线、1根保护性接地线,2根作为监测用的小截面线芯,整根电缆的绝缘线芯为5大,2小共计7根。其中5根动力线芯为三相五线制供电模式,2根监测线芯担负起信息传递的作用。根据不同的充电模式,电缆能出现的芯数不同;在采用交直流复合充电插头模式时,充电电缆的芯数则会更多。而IEC60245、IEC60227标准中规定的电缆的最大芯数为5芯,绝缘线芯的数目少于充电电缆的需求;且为适应三相四线制、三相五线制的多芯电缆,其结构多为等截面的结构,而不是充电电缆的大线芯加小线芯的结构。因此,从功能和结构角度考虑,IEC60245、IEC60227中电缆的功能和结构要求已不能满足充电电缆的使用要求。

3充电电缆标准化方向

由于电动汽车充电电缆的使用要求不同于传统的电线电缆,目前的电线电缆标准难以覆盖充电电缆的所有使用要求因此需要制定独立的充电电缆产品标准,以推动产业健康发展。综合考虑充电电缆的机械性能要求、电气性能要求以及安全性、环保性和使用寿命等要求,新型的低烟无卤阻燃材料、聚酯型弹性体、聚氨酯材料等更适合用于充电电缆的绝缘材料和护套材料,已经成为充电电缆产品的发展方向。新型的无卤材料因不含有卤素,燃烧时无有害气体和腐蚀气体产生,同时具有发烟量少和良好的阻燃性能,具有较高的安全性;在机械性能方面,无卤材料和聚酯型材料与IEC60245和IEC60227标准中规定的材料相比,具有更高的机械性能,可以确保充电电缆使用过程中的可靠性和寿命,新型材料的主要技术指标与IEC60245标准中规定的材料的技术指标对比如表2和表3所示,其中,IEV-1为无卤热塑性聚烯烃类材料或聚酯类材料,EVI-2为无卤热固性聚烯烃或乙丙橡皮混和物。充电电缆护套层由于具有保护电缆的作用,并且在使用过程中可能会遇到较大外力的拉伸,因此需要更高的机械性能,新型的聚氨酯护套材料以及无卤阻燃热固性聚烯烃或乙丙橡皮混合物等护套材料,具有较高的抗张强度,明显高于IEC60245和IEC60227标准中材料的性能,其主要技术指标如表4所示,其中EVM-1为聚氨酯护套材料,EVM-2为无卤阻燃热固性聚烯烃或乙丙橡皮混合物,新型材料具有良好的机械性能,而目前IEC还没有这两种材料的电线电缆产品标准。目前,新型的绝缘材料和护套材料已经成为充电电缆产品材料的发展趋势,具有广阔的发展空间和发展潜力;此外,聚氯乙烯材料、交联聚乙烯材料等在充电电缆中也已经具有一定的应用。为保证充电电缆产品的规范发展,相应的充电电缆标准应尽早建立,为充电电缆产品的研究和生产提供依据。

4结论

电动汽车充电电缆作为近期出现的新型电线电缆,具有独特的使用要求,现有的电线电缆产品标准不能够满足其性能要求,需要单独制定充电电缆产品标准,为研发和生产制造提供依据;新型的电线电缆材料能够满足充电电缆使用要求,适合用于充电电缆产品中,已成为充电电缆材料的发展方向,需要尽快制定以新型材料为基础的充电电缆产品标准。

作者:田超贺卢琛钰曲文波陈佶民单位:中国电器工业协会上海电缆研究所

电器工业杂志责任编辑:田老师    阅读:人次