铝导线相比铜导线的优势及车用线束应用难点分析

2020年7月9日 评论 554 1252字

轻量化是汽车线束的发展趋势之一,铝导线的应用有利于线束轻量化,本文主要探讨相对于铜导线,铝导线的优势主要在哪些方面,同时探讨汽车线束铝导线的应用存在的难点问题。

提到铝导线,大家并不陌生,因为近十年来铝导线在传统汽车上已经得到广泛应用,但把铝导线成功应用在电动汽车高压系统的,却是寥若晨星。

1 铝导线的优势

相比铜导线,铝导线有如下优势:

1 铝的密度是铜的三分之一(2.7kg/m3 Vs 8.9 kg/m3),铝导线代替铜导线可以大大减轻重量;

2 铝材比铜材便宜超过一半以上,铝导线代替铜导线可以大大节约成本。

2 铝导线应用存在的难点

面对这众所周知的优势和显而易见的利益,为什么绝大多数电动车设计者都只是侧目而视但却踌躇不前呢?

经过进一步调查发现,铝导线取代铜导线应用于电动汽车高压系统,总结起来尚有如下六大疑团在人们心中挥之不去:

1 是最核心的电气性能,铝的电导率只有铜的60%,直接影响到导线的载流能力。

这里的电导率是两种金属的电气特性,具体到我们实际应用的导线,大家都知道,横截面积越大载流能力就越强。因此通过增加线径即可提升铝导线的载流能力,比如要求通过同样大小的持续电流,50平方的铜线,可以使用70平方的铝线等量替换,即便如此,重量依然可以减轻45%左右,成本可以节约一半以上。美国USCAR(点击查看线束设计全套标准下载方法)推荐了一份两种导线等量替换的对照表,在此仅截取部分作为参考。

铝导线相比铜导线的优势及车用线束应用难点分析

图:铝导线于铜导线替换对照表

2 铝的抗拉强度只有铜的64%,直接影响到实际应用中的机械性能。

事实上,铝的抗拉强度可以通过金属热处理工艺得到提升,在此基础上还可以通过增加不同比例的铁、硅、铜、锌等成分来进一步加强,从而达到跟铜完全相同的抗拉强度。

关于铝导线(包括屏蔽和非屏蔽),行业标准机构早已制定出完善的相关标准,国际标准委员会发布的ISO6722-2和ISO19642-2,欧洲AK Group发布的LV112-2 和LV216-2等都是针对车用铝导线的标准规范。Aptiv、General Cable、Leoni、Coroplast、Sumitomo、LS、和G&G等业内的线缆/线束供应商已经开发出了成熟量产的铝导线产品,可以完全满足电动汽车对电气性能、机械性能以及环境性能的要求。(点击查看线束设计全套标准下载方法

接下来的四个疑虑是铝和铜的性能差异引发的铝导线跟铜端子结合后的负面影响。

3 关于膨胀系数,铝的膨胀系数是23.5,铜是16.6。在反复热循环之后,铝导线和铜端子的结合界面将会产生空隙,导致阻抗增加,进而在实际工作中造成温升过高。

4  铜和铝分属两种不同的活性金属,一起结合会因原电池效应而发生化学腐蚀。

5 随着时间的推移,铝线会有应力松弛和发生蠕变的风险。这种现象同样会导致铝导线跟铜端子之间接触变差,导致阻抗增大,进而温升过高。

6 铝导线表面极易形成氧化铝薄膜,这层薄膜还有一定的绝缘作用,跟铜端子结合面的接触性能可能会受到影响。

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