鋁導(dǎo)線-汽車(chē)輕量化

來(lái)源：?作者：線束世界-Jimmy?2021-04-02 15:56

汽車(chē)輕量化一直是汽車(chē)界研究的熱點(diǎn)，作為汽車(chē)神經(jīng)系統(tǒng)的線束是電氣設(shè)備中重要的組成部分，是絕對(duì)不可忽略的。線束的輕量化能夠有效降低整車(chē)的重量，達(dá)到提高燃油經(jīng)濟(jì)性和減少排放的目的，并且在汽車(chē)的其他使用性能方面也得到提升，同時(shí)它還可以降低線束的成本。鋁導(dǎo)線技術(shù)現(xiàn)在成為一個(gè)研究方向及潮流，今天我們就來(lái)聊聊這個(gè)鋁導(dǎo)線。

一.銅導(dǎo)線和鋁導(dǎo)線的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析

	銅線	鋁線
密度	8.9	2.7
熔點(diǎn)(攝氏度）	1083	660
熱膨脹系數(shù)	16.6	23
重量（同等導(dǎo)電能力）	重（100%）	輕（60%）
截面積（同等導(dǎo)電能力）	100%	160%
延展性	好	一般
機(jī)械強(qiáng)度（同等截面積）	好	差
柔軟性能（同等導(dǎo)電能力）	好	一般
抗振動(dòng)（同等截面積）	好	一般
抗疲勞強(qiáng)度	好	差
彈性模量	高（11.7）	低（7.6）
彎曲半徑	小	大
抗氧化	一般	好
耐腐蝕	好	差
導(dǎo)電性能	好	一般
電阻率	低（100%）	高（160%）
載流量（同等截面積）	高	低
價(jià)格	高	低
壓接性能	好	差
焊接性能	好	好

首先，鋁（Al）的重量比銅（Cu）輕三分之二左右，這種輕型材料可以降低電纜線束的整體重量。即使考慮到導(dǎo)電性和密度的關(guān)系，具有相同電阻的鋁線仍然比同等的銅線輕50% 左右。這種減重對(duì)于降低燃料消耗具有重要作用，此外還能減少二氧化碳排放。輕型結(jié)構(gòu)對(duì)于具有備用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的車(chē)輛（混合或電動(dòng)汽車(chē)）來(lái)說(shuō)同等重要，在電動(dòng)模式下，可大大增加車(chē)輛行駛里程，從而有助于減小蓄電池的大小和重量。

其次，鋁是一種供應(yīng)量充足、容易獲取的導(dǎo)電用的基礎(chǔ)材料，而銅的資源有限，屬于“投資型”金屬。這意味著鋁的價(jià)格將相對(duì)穩(wěn)定且低于銅的價(jià)格，對(duì)成本有著比較好的控制。粗略比較，鋁的價(jià)格約為銅的價(jià)格的三分之一。

二. 導(dǎo)體選擇原則

固定敷設(shè)用的布電線一般采用銅線芯。

（1）導(dǎo)體材料應(yīng)根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)、環(huán)境條件、市場(chǎng)貨源等實(shí)際情況選擇銅芯或鋁芯。

（2）下列場(chǎng)合不應(yīng)采用鋁芯線纜：

a）需要確保長(zhǎng)期運(yùn)行中連接可靠的回路，如重要電源、重要的操作回路及二次回路、電機(jī)的勵(lì)磁回路等；

b）移動(dòng)設(shè)備的線路及振動(dòng)場(chǎng)所的線路；

c）對(duì)鋁有腐蝕的環(huán)境；

d）高溫環(huán)境、潮濕環(huán)境、爆炸及火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境；

e）應(yīng)急系統(tǒng)及消防設(shè)施的線路；

f）工業(yè)及市政工程、戶(hù)外工程的布電線（分支配電線）；

g）非熟練人員容易接觸的線路，如公共建筑與居住建筑；

h）線芯截面6mm2及以下的電纜。

（3）下列場(chǎng)合應(yīng)采用鋁導(dǎo)體：

a）對(duì)銅有腐蝕而對(duì)鋁腐蝕相對(duì)較輕的環(huán)境；

b）氨壓縮機(jī)房。

c）架空輸電線路；

d）較大截電的中頻線路。

三.鋁導(dǎo)線的種類(lèi)和應(yīng)用

基于鋁導(dǎo)線的特點(diǎn)，鋁導(dǎo)線廠家開(kāi)發(fā)了多種形狀的鋁導(dǎo)線，主要應(yīng)用有下面三種，選擇鋁導(dǎo)線時(shí)除了像銅導(dǎo)線考慮其電氣性能，還需要根據(jù)所用區(qū)域的空間，周邊環(huán)境等因素綜合考慮。

鋁導(dǎo)體線束的體積比銅導(dǎo)線要大，在線束布置時(shí)是需要考慮線束的安裝空間。對(duì)于大平方鋁導(dǎo)線主要在一些設(shè)計(jì)中考慮鋁導(dǎo)線從車(chē)身下面通過(guò)，有效節(jié)約車(chē)內(nèi)空間。鋁導(dǎo)線的塑性?xún)?yōu)于銅導(dǎo)線，根據(jù)安裝要求，可以將鋁導(dǎo)線壓制成型，與車(chē)身完全貼合，節(jié)省了車(chē)內(nèi)空間，提高了產(chǎn)品的可靠性。鋁導(dǎo)線的韌性比銅差，在選用鋁導(dǎo)線時(shí)，需要盡量避免用在高頻振動(dòng)的區(qū)域，一般發(fā)動(dòng)機(jī)線束不選用鋁導(dǎo)線。

鋁導(dǎo)線的應(yīng)用難題

鋁作為導(dǎo)線材料，除了強(qiáng)度之外，還有其他一些不利屬性需要考慮：

1.該輕質(zhì)合金在機(jī)械負(fù)載下從80℃左右開(kāi)始出現(xiàn)蠕變趨勢(shì)加劇，而銅要在230℃以上才會(huì)在一定程度上出現(xiàn)這一現(xiàn)象。因此，線束上鋁和銅的連接點(diǎn)必須做特殊設(shè)計(jì)，從而保證產(chǎn)品生命周期內(nèi)不喪失電氣性能。

2.如果鋁—銅連接點(diǎn)處出現(xiàn)潮氣，銅（0.3V）和鋁（-1.69V）之間就會(huì)出現(xiàn)電位差，導(dǎo)致兩種金屬中較活潑的金屬—鋁發(fā)生溶解。我們必須采取措施防止這種不良效應(yīng)。

3.鋁是一種韌性金屬，對(duì)折彎很敏感。鋁的機(jī)械強(qiáng)度只有銅的三分之一。用作導(dǎo)線材料時(shí)，為了達(dá)到電線本身以及連接點(diǎn)的拔出力強(qiáng)度要求，必須考慮這些屬性。拔出力由汽車(chē)制造廠商決定，一般標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為60 至90牛頓之間。

4.另一個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)就是鋁會(huì)形成致密并且極其堅(jiān)硬的氧化層。該氧化層在保護(hù)材料不受循環(huán)腐蝕的同時(shí)，還兼有很強(qiáng)的絕緣特性。因此，要實(shí)現(xiàn)良好的電氣連接，需要在壓接時(shí)徹底破壞氧化層。

有部分廠家沒(méi)有放棄鋁導(dǎo)線的使用，繼續(xù)研究其合金的拉伸強(qiáng)度是否可以彌補(bǔ)其純鋁導(dǎo)線的不足。例如以某導(dǎo)線生產(chǎn)廠家的鋁導(dǎo)線開(kāi)發(fā)為例。為滿(mǎn)足0.75mm2的鋁導(dǎo)線可代替0.5 mm2的銅導(dǎo)線為目標(biāo)，設(shè)定鋁導(dǎo)線，金導(dǎo)線的導(dǎo)電率目標(biāo)滿(mǎn)足58%IACS，拉伸強(qiáng)度目標(biāo)滿(mǎn)足110Mpa。雖然純鋁的導(dǎo)電率能達(dá)62%IACS，但其拉伸強(qiáng)度只有70MPa。那么就需要在鋁導(dǎo)線內(nèi)增加第二種金屬，最優(yōu)是鐵，但是分析鐵的比例后發(fā)現(xiàn)滿(mǎn)足導(dǎo)電率的要求后加工性能下降。所以繼續(xù)增加第三種金屬，第三種元素既要滿(mǎn)足加工性能對(duì)鐵缺陷的補(bǔ)償即MS要小，又要拉伸強(qiáng)度的固溶量要高，所以鎂恰恰合適。

這樣摻有另外兩種金屬的鋁合金就很好的替代了銅合金導(dǎo)線，即在導(dǎo)電率和拉伸強(qiáng)度上滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)要求，也大大降低了導(dǎo)線的重量。但是同時(shí)也面臨一個(gè)問(wèn)題，那就是與之配合的端子及端子的壓接成為了新的課題。