電動汽車充電電纜標(biāo)準(zhǔn)化分析范文

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《電器工業(yè)》2014年第四期

1充電電纜技術(shù)要求

1.1功能要求電動汽車充電電纜是連接電動汽車和充電樁的載體，其基本作用是傳輸電能。然而，隨著充電技術(shù)的發(fā)展，為了更好的完成充電過程，電動汽車和充電樁之間需要進(jìn)行通信，并且在必要時進(jìn)行自動控制。因此，充電過程對充電電纜提出了更高的要求，充電電纜不僅需要具有電量傳輸?shù)淖饔茫瑫r需要將車輛以及動力電池的狀態(tài)和信息傳遞至充電樁進(jìn)行實時交互，在必要條件下，對充電動作進(jìn)行控制，以便安全可靠地完成充電過程。

1.2安全性要求目前，電動汽車的安全性已經(jīng)成為業(yè)界重點關(guān)注的內(nèi)容。電動汽車的充放電過程，因時間較長、電流強度較大，電纜使用頻率高，其安全性應(yīng)受到高度重視。電動汽車充電電纜在保證良好的絕緣性能基礎(chǔ)上，應(yīng)具有較高的耐熱性和耐老化性，同時，在燃燒時應(yīng)具有良好的低煙阻燃特性，以保證將損失和傷害降到最低。

2充電電纜技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化分析

2.1標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀目前電動汽車充電電纜產(chǎn)品生產(chǎn)制造的依據(jù)主要有美國ANSI/NFPA/NECArticle400、歐洲協(xié)調(diào)文件HD22等，我國絕大多數(shù)充電電纜產(chǎn)品以國際電工委（IEC）的IEC60245和IEC60227兩個標(biāo)準(zhǔn)或者為該兩項標(biāo)準(zhǔn)等同采用的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T5013和GB/T5023標(biāo)準(zhǔn)為參照依據(jù)。美國的Article400充電電纜標(biāo)準(zhǔn)制定的相對較早，主要依托于美國UL公司的UL62軟電纜標(biāo)準(zhǔn)建立的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的絕緣材料包括聚氯乙烯（PVC）、熱塑性彈性體（TPE）、聚丙乙烯（EPR）等材料，護(hù)套材料包括PVC、氯化聚乙烯（CPE）、TPE等材料，標(biāo)準(zhǔn)中的材料、型號等種類繁多，具體的結(jié)構(gòu)參數(shù)也大都是與UL線纜產(chǎn)品一致，標(biāo)準(zhǔn)相對比較寬泛，沒有對材料、結(jié)構(gòu)進(jìn)行嚴(yán)格限制，只要能夠符合充電電纜基本的性能要求即可。歐洲生產(chǎn)和制造的電動汽車充電電纜產(chǎn)品主要是依據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)文件HD22.4和HD22.12生產(chǎn)制造的。HD22.4規(guī)定了額定電壓450/750V及以下乙丙橡皮絕緣和乙丙橡皮/氯丁橡皮及其相當(dāng)混合物護(hù)套軟電纜，HD22.12規(guī)定了額定電壓450/750V及以下耐熱乙丙橡皮絕緣和乙丙橡皮/氯丁橡皮及其相當(dāng)混合物護(hù)套軟電纜。兩個文件的主要技術(shù)要求見表1。HD22.4和HD22.12兩個協(xié)調(diào)文件雖然在結(jié)構(gòu)等要求方面能夠滿足充電電纜要求，但是其并非是充電電纜產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)容不能完全滿足充電電纜全部技術(shù)要求和使用要求，隨著電動汽車技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，歐洲電纜制造商已經(jīng)意識到需要獨立的充電電纜產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)來指導(dǎo)生產(chǎn)。IEC60245和IEC60227電線電纜標(biāo)準(zhǔn)分別為額定電壓為450/750V及以下橡皮絕緣電纜和額定電壓為450/750V及以下聚氯乙烯絕緣電纜國際標(biāo)準(zhǔn)，是低壓電氣裝備線中最為重要的兩個標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)中的部分絕緣材料和護(hù)套材料可滿足充電電纜的基本技術(shù)要求，因此市場上大多數(shù)充電電纜產(chǎn)品均以該兩項標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)生產(chǎn)，但隨著充電電纜技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展以及使用要求的提高，該兩項標(biāo)準(zhǔn)在充電電纜的技術(shù)要求方面也出現(xiàn)了較大的技術(shù)差異。

2.2標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)性分析電動汽車充電電纜在使用過程中需要經(jīng)常移動，屬于移動式軟電纜，其需要有相當(dāng)?shù)娜彳浶?，因此使用的絕緣材料和護(hù)套材料也需要具有很好的柔性。從這一方面考慮，在IEC60245和IEC60227兩個標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定的可在移動場合使用的電纜絕緣材料和護(hù)套材料，有部分材料（如PVC/D型聚氯乙烯混合物絕緣材料和SE3型橡皮混合物護(hù)套材料等）能夠滿足充電電纜的技術(shù)要求，因此，在早期研制和制造的充電電纜產(chǎn)品中，大多數(shù)產(chǎn)品引用該兩項標(biāo)準(zhǔn)作為依據(jù)。由于充電技術(shù)的交互性，充電電纜不僅承擔(dān)從連接的配電網(wǎng)絡(luò)中傳輸能量至電動汽車，還具有傳遞車輛的信息（如充電電流控制、車輛電壓信息、絕緣監(jiān)測等）和充電動作控制等功能，是一類兼具能量傳輸和信息傳遞的綜合型電纜。典型的三相充電電纜結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中包含3根充電動力線芯、1根中性線、1根保護(hù)性接地線，2根作為監(jiān)測用的小截面線芯，整根電纜的絕緣線芯為5大，2小共計7根。其中5根動力線芯為三相五線制供電模式，2根監(jiān)測線芯擔(dān)負(fù)起信息傳遞的作用。根據(jù)不同的充電模式，電纜能出現(xiàn)的芯數(shù)不同；在采用交直流復(fù)合充電插頭模式時，充電電纜的芯數(shù)則會更多。而IEC60245、IEC60227標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的電纜的最大芯數(shù)為5芯，絕緣線芯的數(shù)目少于充電電纜的需求；且為適應(yīng)三相四線制、三相五線制的多芯電纜，其結(jié)構(gòu)多為等截面的結(jié)構(gòu)，而不是充電電纜的大線芯加小線芯的結(jié)構(gòu)。因此，從功能和結(jié)構(gòu)角度考慮，IEC60245、IEC60227中電纜的功能和結(jié)構(gòu)要求已不能滿足充電電纜的使用要求。

3充電電纜標(biāo)準(zhǔn)化方向

由于電動汽車充電電纜的使用要求不同于傳統(tǒng)的電線電纜，目前的電線電纜標(biāo)準(zhǔn)難以覆蓋充電電纜的所有使用要求因此需要制定獨立的充電電纜產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，以推動產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。綜合考慮充電電纜的機械性能要求、電氣性能要求以及安全性、環(huán)保性和使用壽命等要求，新型的低煙無鹵阻燃材料、聚酯型彈性體、聚氨酯材料等更適合用于充電電纜的絕緣材料和護(hù)套材料，已經(jīng)成為充電電纜產(chǎn)品的發(fā)展方向。新型的無鹵材料因不含有鹵素，燃燒時無有害氣體和腐蝕氣體產(chǎn)生，同時具有發(fā)煙量少和良好的阻燃性能，具有較高的安全性；在機械性能方面，無鹵材料和聚酯型材料與IEC60245和IEC60227標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的材料相比，具有更高的機械性能，可以確保充電電纜使用過程中的可靠性和壽命，新型材料的主要技術(shù)指標(biāo)與IEC60245標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的材料的技術(shù)指標(biāo)對比如表2和表3所示，其中，IEV-1為無鹵熱塑性聚烯烴類材料或聚酯類材料，EVI-2為無鹵熱固性聚烯烴或乙丙橡皮混和物。充電電纜護(hù)套層由于具有保護(hù)電纜的作用，并且在使用過程中可能會遇到較大外力的拉伸，因此需要更高的機械性能，新型的聚氨酯護(hù)套材料以及無鹵阻燃熱固性聚烯烴或乙丙橡皮混合物等護(hù)套材料，具有較高的抗張強度，明顯高于IEC60245和IEC60227標(biāo)準(zhǔn)中材料的性能，其主要技術(shù)指標(biāo)如表4所示，其中EVM-1為聚氨酯護(hù)套材料，EVM-2為無鹵阻燃熱固性聚烯烴或乙丙橡皮混合物，新型材料具有良好的機械性能，而目前IEC還沒有這兩種材料的電線電纜產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。目前，新型的絕緣材料和護(hù)套材料已經(jīng)成為充電電纜產(chǎn)品材料的發(fā)展趨勢，具有廣闊的發(fā)展空間和發(fā)展?jié)摿Γ淮送?，聚氯乙烯材料、交?lián)聚乙烯材料等在充電電纜中也已經(jīng)具有一定的應(yīng)用。為保證充電電纜產(chǎn)品的規(guī)范發(fā)展，相應(yīng)的充電電纜標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)盡早建立，為充電電纜產(chǎn)品的研究和生產(chǎn)提供依據(jù)。

4結(jié)論

電動汽車充電電纜作為近期出現(xiàn)的新型電線電纜，具有獨特的使用要求，現(xiàn)有的電線電纜產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)不能夠滿足其性能要求，需要單獨制定充電電纜產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，為研發(fā)和生產(chǎn)制造提供依據(jù)；新型的電線電纜材料能夠滿足充電電纜使用要求，適合用于充電電纜產(chǎn)品中，已成為充電電纜材料的發(fā)展方向，需要盡快制定以新型材料為基礎(chǔ)的充電電纜產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

作者：田超賀盧琛鈺曲文波陳佶民單位：中國電器工業(yè)協(xié)會上海電纜研究所