汽車(chē)線束，更細(xì)、更輕、更薄

來(lái)源：?作者：?2021-05-24 12:03

汽車(chē)線束，通常被認(rèn)為是一輛車(chē)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，其將車(chē)載電腦與車(chē)輛上的各項(xiàng)相關(guān)功能連接在了一起。汽車(chē)線束在車(chē)內(nèi)電子技術(shù)含量和數(shù)量，逐漸成為評(píng)價(jià)汽車(chē)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。隨著我國(guó)汽車(chē)工業(yè)持續(xù)增長(zhǎng)，汽車(chē)線束產(chǎn)業(yè)也得到快速發(fā)展。

汽車(chē)線束重量約占汽車(chē)重量的1~2%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一輛高級(jí)汽車(chē)的線束使用量已達(dá)2km，重量在20~30kg。汽車(chē)每行駛100km，25kg重的線束消耗能量約50W，相當(dāng)于燃燒0.1kg的燃油。研究表明，若汽車(chē)整車(chē)重量降低10%，燃油消耗可降低8%;車(chē)重每減輕100kg，百公里油耗可降低0.3~0.6L，CO2排放量可減少約5g/km。因此，汽車(chē)線束的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)是更細(xì)、更輕、更薄。

汽車(chē)給人們生活帶來(lái)了許多便利，但也一直在消耗地球上的自然能源。隨著汽車(chē)電子化、信息化的快速發(fā)展，汽車(chē)電子電氣功能越來(lái)越多。這些電子設(shè)備的大量使用，使車(chē)內(nèi)的電氣布線越來(lái)越長(zhǎng)、越來(lái)越復(fù)雜，汽車(chē)線束重量的增加，也導(dǎo)致整車(chē)成本和能耗的增加。

在這種情況下，鋁導(dǎo)線不失為一個(gè)良好的解決方案。

與銅相比，鋁導(dǎo)線可將車(chē)身線束總重降低47%，對(duì)一般汽車(chē)而言，可減少約1.8公斤（4磅）的車(chē)重。使用鋁導(dǎo)線，是減輕汽車(chē)重量、提高燃油經(jīng)濟(jì)性并減少二氧化碳排放的一個(gè)簡(jiǎn)單妙招。??

鋁導(dǎo)線的優(yōu)點(diǎn)

鋁導(dǎo)線相對(duì)于銅導(dǎo)線還有其特有的優(yōu)勢(shì)，其中較為明顯的就是成本較低。銅的密度為8.9g/cm3，鋁的密度為2.7g/cm3，在導(dǎo)體規(guī)格相同的情況下，銅導(dǎo)體的重量是鋁導(dǎo)體的3.3倍。然而，鋁的導(dǎo)電率只相當(dāng)于銅的60%左右，在傳輸相同電流的情況下，鋁導(dǎo)體的橫截面積相對(duì)較大。

綜合上述因素，要是兩種導(dǎo)線具有同樣的載流量，銅導(dǎo)線的質(zhì)量約為鋁導(dǎo)線的兩倍，加之銅鋁價(jià)格的差別，較終等效銅導(dǎo)線成本是鋁導(dǎo)線的7倍左右。值得注意的是，由于同等條件下鋁導(dǎo)線橫截面積相對(duì)較大，因此鋁芯電纜的絕緣、保護(hù)等材料需求增加，相應(yīng)削減了鋁導(dǎo)線的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。目前市場(chǎng)上普遍采用的鋁合金電纜的價(jià)格只有銅芯電纜的75%左右。

另外，從安裝成本角度考慮，由于鋁導(dǎo)線相對(duì)較輕，其在安裝過(guò)程中，不需要橋架及穿管，可以節(jié)約大量的安裝材料，相比銅導(dǎo)線節(jié)省20%-50%的安裝成本。

鋁導(dǎo)線面臨的挑戰(zhàn)

1 接頭的問(wèn)題

考慮到使用鋁作為銅的替代物的關(guān)鍵問(wèn)題是采用一個(gè)可信賴的方式實(shí)現(xiàn)電纜與終端端子的互聯(lián)。幾種因素共同促成要做到這點(diǎn)與銅相比更加困難。

1) 當(dāng)曝露在空氣中時(shí),金屬鋁表面會(huì)很快氧化。氧化鋁是電氣絕緣材料。電纜和接線端之間的表面電阻會(huì)顯著升高。

2) 鋁較低的抗張強(qiáng)度妨礙有效的使用傳統(tǒng)的壓接技術(shù)。盡管最初的壓接可能產(chǎn)生一個(gè)可接受的電阻。鋁在外力作用下冷變形,壓接的趨勢(shì)將最終導(dǎo)致分界面變得不密閉,促使氧化產(chǎn)生。

3) 鋁的高延伸系數(shù)加劇上面第2部分概括的情況,比如接縫處試驗(yàn)溫度從環(huán)境條件和通過(guò)自加熱影響導(dǎo)致偏移。

基于上面概括的鋁的特性,遵循以下要點(diǎn)的任何過(guò)程都可能會(huì)是可行的:

1) 去除鋁的氧化面;通過(guò)用壓接端子接觸面替代導(dǎo)體的氧化表面。

2) 確保接縫是無(wú)縫的,密閉的;通過(guò)填充環(huán)氧樹(shù)脂在終端和負(fù)載之間,然后在烤箱里迅速使接縫愈合。

3) 接頭穩(wěn)固,防止冷和熱交變:一個(gè)全面的粘接劑線形收縮套管提供額外的對(duì)周?chē)h(huán)境的保護(hù)。

2 鋁線的拉制和絞合和韌煉

?鋁的加工工藝相對(duì)困難,鋁的強(qiáng)度低,延展性差。過(guò)去拉鋁設(shè)備只有積蓄式鋁拉絲機(jī),效率非常低。目前已經(jīng)發(fā)展到和銅一樣可以連續(xù)拉制,效率幾乎和銅相當(dāng),甚至國(guó)外已經(jīng)發(fā)展出鋁的多頭拉絲技術(shù),過(guò)去鋁線的拉制很少達(dá)到1mm以下,目前最小甚至可以達(dá)到0.08mm,并在電磁線和編織線上開(kāi)始使用。我們需要的0.2到0.8mm鋁線在國(guó)內(nèi)已經(jīng)能夠生產(chǎn)和提供拉制設(shè)備。

鋁線的絞制相對(duì)困難,過(guò)去國(guó)內(nèi)只有正規(guī)絞的設(shè)備,單絲直徑較大。用束絞、復(fù)絞生產(chǎn)鋁絞線國(guó)內(nèi)沒(méi)有先例,需要探索,對(duì)于張力的控制會(huì)更嚴(yán)格。一般的束線機(jī)可能會(huì)難以勝任。如果控制不好,很容易斷絲,出席不均,表面發(fā)毛。不能正常生產(chǎn)和難于達(dá)到表面質(zhì)量要求,甚至影響電阻,外徑和接頭和線束加工。對(duì)于復(fù)絞,可能幾乎不可能成功,要么空隙較大,難于接頭和端子連接,要們?cè)斐杀砻鎰潅?甚至斷絲。

鋁線的韌煉不能太大,基本屬于半硬狀態(tài),否則機(jī)械強(qiáng)度不夠,甚至難于加工。韌煉后的鋁線,對(duì)束線機(jī)的要求很高,一般設(shè)備難以達(dá)到要求,所以即使在國(guó)外,也經(jīng)常采用先絞后退后工藝,退火方式大致有幾種:一是電阻是連續(xù)退火,和目前的銅線退火一樣,這種主要問(wèn)題是接觸輪容易磨壞電線表面;二是感應(yīng)式退火,和預(yù)熱器原理一樣,和導(dǎo)線接觸較少,減輕了摩擦,但這2種方式只是應(yīng)絞合前退火后小規(guī)格的電線絞合后退火,對(duì)于絞合后的大截面電線導(dǎo)體,難以找到這么大功率的退火設(shè)備。對(duì)于電瓶線的絞合后的退火,最現(xiàn)實(shí)的辦法就是采用傳統(tǒng)的地坑退火爐,即使在國(guó)外也是如此。

3 鋁材的選擇

?汽車(chē)電線選擇的鋁材不僅要求大電性能好,而且相對(duì)有較好的強(qiáng)度和伸率,甚至耐熱性能,適合拉制較細(xì)的單絲和絞合加工,這樣的鋁材實(shí)際不是純鋁,需要添加少量的鎂,硅或者是鐵等元素。牌號(hào)眾多,適應(yīng)不同需要,不同規(guī)格和功能的電線合適的導(dǎo)體用鋁牌號(hào),有待于我們進(jìn)一步研究。而真正的純鋁雖然高達(dá)65%的導(dǎo)電率,因機(jī)械性能,耐熱性能無(wú)法滿足要求,是不能使用的。

總結(jié)

在鋁導(dǎo)線成本優(yōu)勢(shì)明顯、我國(guó)銅資源相對(duì)匱乏等因素的影響下，行業(yè)內(nèi)企業(yè)亦加大相關(guān)技術(shù)的研發(fā)力度。近幾年我國(guó)鋁合金電纜行業(yè)在低壓電纜技術(shù)轉(zhuǎn)型升級(jí)和產(chǎn)品更新?lián)Q代方面取得很大的成就。伴隨著技術(shù)的不斷成熟及市場(chǎng)認(rèn)可度的日益提高，我國(guó)“鋁代銅”規(guī)模有望大幅提高。