铝导线在汽车线束上的的应用
在开始这个话题之前,我们先来看一个旧的新闻标题:
这个新闻是前年的了,总部位于维也纳的电缆供应商 Gebauer &Griller 宣布, 它收到了特斯拉关于3型项目的约3000公里 "屏蔽铝电缆" 的订单。
据说这批电缆是用于电池到电机的传输,当然后来Elon Musk 还是辟谣说明...虽然不全是power线,但是还是有几米是的;
铝导线在汽车的应用是一个老生常谈的话题:
铝电缆的应用在国外至少已经有30年代历史,最早应用在航空上,其发展最早由加拿大的标准协会CSA推动应用,到了2000年左右开始在汽车中使用铝电缆(传统汽车和小电压的混动),当时由德国汽车组织工作组联合开发制定了LV122-2,直到2013年才有了正式的国际标准ISO6722-2
铝相比铜的最大优点应当属它的轻量化了,同等载流能力的换算,
重量可以节省超过46%,能量是守恒的,大面积的降低重量给整车带来的好处是不言而喻的,尤其风口浪尖的新能源汽车;
但是铝导线之所以没有大面积的在电动汽车上应用,还是因为它本身的一些问题:
最明显的就是铝导线需要更大的截面积,比如你一个95方的铜线,铝导线大概需要一个150方左右才能等效电流,你的重量的确是大幅度下降了,而且趋势是你越大下降幅度越成正比,但是你的截面积却大面积上升了;比如95到150,你的电缆直径增加了22.9%,对于车辆布线而言这就需要更为系统的去考虑,比如你的折弯半径、你的走线位置等等;
2.铝最大的问题还是在于他不能提供一个可靠稳定的连接:
从铝的性能上来说,其强度是很低的,小导体的铝线是很容易断裂的,我们家里小时候装修,有动手能力的小伙伴都应该有此感受,所以CSA的要求小于0.75方的时候不允许使用铝线;
当然我们发现铜端子铝导线的结合应用也比较普遍,但是汽车级如果你采用传统的压接技术还是存在一些问题的,当暴露于外部大气时,铝的表面倾向于快速氧化并形成电阻层。该表面层恶化了金属与金属的接触,如果使用传统的压接技术,绝缘层将阻止电流流动,因此,可以产生较高的接触电阻和较高的热量。其蠕变和冷流效应是目前铝导难以在汽车上大面积使用的主要原因了,很大的一个问题当属两种材料的机械式结合带来的化学反应问题,其次就是铝本身较高的热膨胀系数问题,所以其采用传统的方式连接还是存在一定的不确定性的;
当然随着技术的发展,铜铝连接会越来越多,也越来越普遍,电池里面就在大量的应用。很多厂家可以通过端子材料的转换、增加辅助材料等方式来实现一定平方的电缆连接使用;
我们看完了第一个旧闻,我们在看看第二个:
这则新闻是泰科的人在一个电池论坛上接受采访的时候说的,也是比较旧的新闻了,但是我查看了一下,这个产品的确用在了Model3的充电线上了,而且之前我在上海连电论坛上聊 “插片式”产品时,也讲过这个,本身这种插片式的结构在欧美的车型上应用很多也很主流,而且从其设计的结构和尺寸上来说,相比圆形结构而言,提高撒热能力的文章可做的地方会很多,也可以使连接器的结构尺寸更小,还是比较符合主流的设计趋势的,当然contact的设计方式我们后面再另起文章再述,三言两语很难说的详细;泰科的这个产品让人比较感兴趣的是它增加了铝导线焊接的选项卡,而且通过泰科的描述,他们能够解决发热的问题,本身采用超声波焊接或者一些钎焊是可以解决这个问题的,据说特斯拉的工程师对于可以增加铝导线选项很满意,我看了一下网友的评论,特斯拉还是有想法把更多的线换成铝制线的,既然换成铝制线,对于连接器而言,尤其高压连接器而言,在未来的设计当中是否也应该预留铝制导线连接的选项卡呢?
随着技术的发展,铝导线在电动汽车的应用会逐步增多,对于连接器而言我相信它一定会是功能组合化的产物,或者铝线连接选项卡会是其中一项,液冷连接选项会是另外一项?其实从长远来看,我们不需要看到当然也没有办法预测到未来趋势会怎么样,但是技术的迭代有时候会以功能组合化的形成不断的递进,我们只要了解到真实存在的痛点,并且加以针对性的解决,解决办法和思路不一定要秉承特定行业;
铝线。挖机线束用的是铝,铝芯线束一般用于低资工程及临时用电,不能长久使用。而铜芯线束则是公认的安全性、可靠性较高的线束,挖机专用电缆线在设备的工作期间,前行、后退、扭转、移动等动作。电缆将受到较大拉力和扭转,因此电缆的抗拉、弯曲、抗压和扭转、耐磨性。
国内十大品牌电缆有如下这些:远东电线、熊猫电缆、特变电工、上上电线、金杯电工、金龙羽、德力西、民兴电线、正泰电线、飞雕电线。
1、远东电线
该品牌初建1990年,它的制造规模在国内是归属于最大的。该公司主要专注于电力电缆、架空导线等系统的研制、制造、卖出等服务。其产品广发应用于交通、石化等行业和城市建设工程等领域,而且还最畅销全球。
2、熊猫电缆
熊猫电缆初建1947年,在中国电气电缆行业中是历史最历史悠久的,而且负面影响还是最大的专业工厂之一。该公司占地面积超过十万平方米,注册资金为1.08亿。
3、特变电工
该公司给全球能源事业提供了系统解决方案,在新是归属于最大的地方国家级高新技术企业。其次它还归属于国内大型能源装备制造企业,员工超过两万人。
4、上上电线
上上电缆初建1967年,多年以来,该公司仍然不断加强内部管理、坚决技术进步,使得它的产品在品质上获得较慢提升。此次它的占地面积高达62万平米,目前的资产总额超过50亿元。
5、金杯电工
金杯电工是湖南最大的电线电缆生产商,它的总资产达到了31亿元,年销售额超过40亿元。其次该公司有十家子公司,而且还有衡阳、成都等七大制造基地,是国内电缆电线知名企业。
6、金龙羽
金龙羽产品质量十分好,给消费者提供了百分百的合格率。该公司经过大大的希望,多年以来获得了相关权威部门的证书,使得它在市场上的占有奉渐渐提升。目前很多重大工程都是使用金龙羽品牌,可见它的知名度是十分高的。
7、德力西
德力西坐落于浙江初建2007年,它的投资额超过20亿元,占地面积超过六十万平米,员工多达了一万多名。而且该公司在国内低压电器行业中规模是归属于最大的,其实力十分的雄厚。
8、民兴电线
民修建于1988年,它的占地面积高达四万平米。该公司十分重视人才和尊重人才,使得它的团队都是行业中的精英。经过几十年的不懈努力,在同行业中具有较好的口碑。
9、正泰电线
正泰坐落于浙江初建1997年,是国内低压电器行业中归属于销量最大的企业。该公司专业从事终端电器、电源电器等一百多个系列,而且还研制了一万多种规格的低压电器产品。
10、飞雕电线
飞雕坐落于上海初建1987年,该公司的实力十分雄厚,而且还拥有国际领先技术的自动化生产线。目前员工多达了两千人,取得国家专利高达两百多项。
选购要点:
1、长度:这是偷工减料中的常使用的招术之一,有人会说,我买的电线上面标的有米数,看了是100米,你要注意了,他有米标,但在中间部分,有些奸商却少计10米。比如30米后就开始标40米。
2、丝径:这是市厂上最常见的偷工减料的方式之一了。比如2.5平方的BV线,俗称铜单,就是一根丝的铜电线,为什么称之为2.5平方呢?是因为这电线的铜丝截面积是2.5平方毫米。那2.5平方的BV线,其铜丝的直径就是1.78mm。
3、铜材质量:真正的紫铜,是发红的色彩,而黄铜是发黄。另外紫铜很软,黄铜发硬。只要不买到铜包铝(铝材,但在外面镀了一层铜,一般应用于软电线),黄铜目前做假的还不算太多。
1、超声波金属焊接机由来
超声波金属焊接机英文注释:Ultrasonic metal welding machine,超声波金属焊接是19世纪30年代偶然发现的。当时在作电流点焊电极加超声振动试验时,发现不通电流也能焊接上,因而发展了超声金属冷焊技术。它类似于摩擦焊,但有区别,超声焊接时间很短,温度低于再结晶;它与压力焊也不相同,因为所加的静压力比压力焊小的多。一般认为在超声波焊接过程中的初始阶段,切向振动出去金属表面的氧化物,并是粗糙表面的突出部分产生反复的微焊和破坏的过程而使接触面积增大,同时使焊区温度升高,在焊件交界面产生塑性变形。这样在接触压力的作用下,相互接近到原子引力能够发生作用的距离时,即形成焊点。焊接时间过长,或超声波振幅过大会使焊接强度下降,甚至破坏。 2、超声波金属焊接机原理 超声波金属焊接是利用每秒钟数万次的高频振动波传递到两个需焊接的金属工件表面,再施以一定的压力,使金属表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合,达到焊接的目的。3、超声波金属焊接机特点和优缺点:特点:1)-两被焊接物体重叠,经超声振动加压接合成固态形式,接合时间短,且接合部分不产生铸造组织(粗糙面)缺陷。
2)-超声焊与电阻焊方法比较,模具寿命长,模具整修与替换时间少,而且易于实现自动化。3)-同种金属不同种金属之间均可以进行超声焊接,与电气焊相比耗费能量少得多。4)-超声焊与其他压焊相比,要求压力较小,且变型量在10%以下,而冷压焊其工件变形量达40%-90%。5)-超声焊接不像其他焊接那样要求进行被焊表面的预处理及焊后的后处理。6)-超声焊接无需助焊剂、金属填料、外部加热等外部因素。7)-超声焊接可以使材料的温度效应降到最低(焊区的温度不超过被焊金属绝对熔化温度的50%),从而不使金属结构变化,因此很适合电子领域中的焊接应用。优点:熔合强度高; 接近冷态加工、工件不退火、无氧化痕迹; 焊接后导电性好,电阻系数极低或近乎零; 对焊接金属表面要求低,氧化或电镀均可焊接; 焊接时间短,不需任何助焊剂、气体、焊料。 焊接无火花,环保安全。缺点:是所焊接金属件不能太厚,焊点不能太大,需要加压。4、超声波金属焊接机应用: 适用于铜、铝、锡、镍、金、银、钼、不銹钢等有色金属材料薄板、细棒、丝、片、带等材料实施瞬间焊接,厚度可达6mm。5、振幅参数 振幅对于需要焊接的材料来说是一个关键参数,比方说铬铁的温度,温度达不到,焊锡就融化不了,工件就会熔接不上,温度过高就会使原材料烧焦或导致结构破坏而强度变差。根据产品和厂家,选择的换能器功率或制造方式不同,换能器输出的振幅都有所不同,经过适配不同变比的变幅杆及焊头,能够校正焊头的工作振幅以符合要求,通常换能器的输出振幅为10μm,而工作振幅一般为30μm左右,变幅杆及焊头的变比同变幅杆及焊头的形状,前后面积比等因素有关,形状来说如指数型变幅、函数型变幅、阶梯型变幅等,对变比影响很大,前后面积比与总变比成正比。6、频率参数超声波焊接机都有一个中心频率,例如20KHz、40 KHz等,焊接机的工作频率主要由换能器(Converter)、变幅杆(Booster)、和焊头(Horn)的机械共振频率所决定,发生器的频率根据机械共振频率调整,以达到一致,使焊头工作在谐振状态,每一个部份都设计成一个半波长的谐振体。发生器及机械共振频率都有一个谐振工作范围,如一般设定为±0.5 KHz,在此范围内焊接机基本都能正常工作.制作焊头时,都会对谐振频率作调整,要求做到谐振频率与设计频率误差小于0.1 KHZ,如 20KHz 焊头,我们焊头的频率会控制在19.90—20.10 KHz,误差为5‰。7、节点焊头、变幅杆均被设计为一个工作频率的半波长谐振体,在工作状态下,两个端面的振幅最大,应力最小,而相当于中间位置的节点振幅为零,应力最大。节点位置一般设计为固定位,但通常的固定位设计时厚度要大于3mm,或者是凹槽固定,所以固定位并不是一定为零振幅,这样就会引致一些噪音和一部分的能量损失,对于噪音通常用橡胶圈同其它部件隔离,或采用隔声材料进行屏蔽,能量损失在设计振幅参数时或者客户需求时间再予以考虑。8、产品质量超声波焊头因为工作于高频振动情况下,应尽量保持一个对称设计,以避免声波传递的不对称性导致的不均衡应力及横向振动(我们所用于焊接的焊头利用的是超声波振动的纵向传递,对于整个谐振系统而言),不均衡振动能导致焊头发热及断裂。超声波焊接应用于不同行业对加工精度要求是不同的,对于特别薄的工件如锂离子电池极片与极耳的焊接、金箔等的包覆等对加工精度的要求非常高,我们所有的整机或零配件产品都是从瑞士总部进口而得到。9、 网纹超声波金属焊接通常会在焊接位表面,底座表面设计网纹,网纹设计的目地在于防止金属件的滑动,尽可能将能量传递到熔接位。网纹设计一般有方形、菱形、条形网纹。黄金手饰等金属包覆焊头与底座根椐要求不能设计纹路,网纹的大小与深浅根据具体的焊接材料要求来确定。10、 使用寿命每支焊头的使用寿命关键决定于两个方面:1、材料,2、工艺材料方面:超声波焊接要求金属材料有柔顺性好(声波传递过程中机械损耗小)的特点,所以最常用的材料为铝合金及钛合金,但超声波金属焊接要求焊头耐磨损(要求较高的硬度),使材料的选择变得比较困难,因为硬度和韧性似乎是天生对立的,这就要求我们选择非常高要求的材料,我们选择的瑞士工艺制造的优质合金钢材料能够解决这个矛盾,使焊头的有效寿命比其他材料提高很多。11、超声波金属焊接的应用举例:1)-镍氢电池镍网与镍片互熔。 2)-锂电池、聚合物电池铜箔与镍片互熔,铝箔与铝片互熔。 3)-电线互熔,偏结成一条与多条互熔,线束焊接。 4)-电线与各种电子元件、接点、连接器互熔。 5)-各种家电用品、汽车用品的大型散热座、热交换鳍片、蜂巢心的互熔。 6)-电子元器件引线、继电器、电磁开关、无熔丝开关等大电流接点,异种金属片的互熔。 7)-冰箱、空调等用品内金属管的封尾、切断可水、气密。6、超声波金属焊接机的一般简单的故障检测:1、发热焊头在工作时会有一定的发热现象,这是由于材料本身的机械损耗及焊件发热传导所致。焊头发热是否正常判断标准为不带负载(即不接触工件)时,连续发射超声波半小时以上,温度不能够超过50-70℃,如发热历害,证明焊头已损坏或磨损,频率有偏差,需更换。2.不正常音频当焊头工作时出现不正常音频时,应分析以下原因:① 安装螺丝是否已松动② 焊头是否产生裂纹③ 焊头是否和不应接触的物件相接触。2、 过载报警当发生器发出过载警报时,应按如下步骤进行检查:① 空载测试,如工作电流正常,则可能是焊头接触到不应接触的物件或焊头与焊座之间的参数调节出现故障。② 空载测试不正常时,应首先观察焊头是否有裂纹,安装是否牢固,然后拆下焊头再进行空载测试,排除是否是换能器+变幅杆出现问题,一步步进行排除。排除掉换能器+变幅杆出现故障的可能性后,将新的焊头拆换以判断。③ 有时会出现空载测试正常,而不能正常工作的情况,有可能是焊头等声能原件内部发生变化,导致声能传递不畅,这里有一个比较简单的判断方法:手触摸法。正常工作的焊头或变幅杆表面工作时振幅是非常均匀的,手摸上去是丝绒般的顺滑,当声能传递不畅时,用手摸上去会有气泡或毛刺的感觉,这时就要采用排除法去排除有问题的部件。发生器不正常时,也能产生同样的情况,因为正常来说检测换能器输入波形时应为顺滑的正弦波,当正弦波上有尖峰或不正常波形时也能产生这种现象,这时可以用另外备用的声能元件替换以判别。另外:超声波20KHZ 机器,对人体健康无害。
汽车发动机一般是铸铁和铝合金材质的,现在还有铝镁合金的。
航空航天发动机壳体一般是由超高强度钢制成。
电线电缆:用以输电(磁)能、信息和实现电磁能转换的线材产品。
电线与电缆的区分
“电线”和“电缆”在概念上并没有严格的界限。狭义上,分为“电线”和“电缆”,广义上统称为“电缆”。通常认为:
(1)单根叫“线”;多根叫“缆”。
(2)直径小的叫“线”;直径大的叫“缆”。
(3)结构简单的叫“线”;结构复杂的叫“缆”。
但随着使用范围的扩大,很多品种“线中有缆”,“缆中有线”。所以没有必要严格区分。在日常习惯上,人们把家用布电线叫做电线,把电力电缆简称电缆。
电线电缆主要包括裸电线、绕组线、电力电缆、通信电缆与光缆、电气装备用。
电线电缆命名
电线电缆的完整命名通常较为复杂,所以人们有时用一个简单的名称(通常是一个类别的名称)结合型号规格来代替完整的名称,如“低压电缆”代表0.6/1kV级的所有塑料绝缘类电力电缆。
电线电缆的型谱较为完善,可以说,只要写出电线电缆的标准型号规格,就能明确具体的产品,但它的完整命名是怎样的呢?
命名原则
电线电缆产品的命名有以下原则:
1.产品名称中包括的内容
(1)产品应用场合或大小类名称
(2)产品结构材料或型式;
(3)产品的重要特征或附加特征
基本按上述顺序命名,有时为了强调重要或附加特征,将特征写到前面或相应的结构描述前。
2.结构描述的顺序
产品结构描述按从内到外的原则:导体-->绝缘-->内护层-->外护层-->铠装型式。
3.简化
在不会引起混淆的情况下,有些结构描述省写或简写,如汽车线、软线中不允许用铝导体,故不描述导体材料。
案例:
额定电压8.7/15kV阻燃铜芯交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆 (太长了!)
“额定电压8.7/15kV”——使用场合/电压等级
“阻燃”——强调的特征
“铜芯”——导体材料
“交联聚乙烯绝缘”——绝缘材料
“钢带铠装”——铠装层材料及型式(双钢带间隙绕包)
“聚氯乙烯护套”——内外护套材料(内外护套材料均一样,省写内护套材料) “电力电缆”——产品的大类名称
与之对应的型号写为Zr-YJV22-8.7/15,型号的写法见下面的说明。
型号说明
电线电缆的型号组成与顺序如下:
[1:类别、用途][2:导体][3:绝缘][4:内护层][5:结构特征][6:外护层或派生]-[7:使用特征]
1-5项和第7项用拼音字母表示,高分子材料用英文名的第位字母表示,每项可以是1-2个字母;第6项是1-3个数字。
型号中的省略原则:电线电缆产品中铜是主要使用的导体材料,故铜芯代号T省写,但裸电线及裸导体制品除外。裸电线及裸导体制品类、电力电缆类、电磁线类产品不表明大类代号,电气装备用电线电缆类和通信电缆类也不列明,但列明小类或系列代号等。 第7项是各种特殊使用场合或附加特殊使用要求的标记,在“-”后以拼音字母标记。有时为了突出该项,把此项写到最前面。如ZR-(阻燃)、NH-(耐火)、WDZ-(低烟无卤、企业标准)、-TH(湿热地区用)、FY-(防白蚁、企业标准)等。 数字标记铠装层 外被层或外护套 0 无--- 1 联锁铠装纤维外被 2 双层钢带聚氯乙烯外套 3 细圆钢丝聚乙烯外套 4 粗圆钢丝 5 皱纹(轧纹)钢带 6 双铝(或铝合金)带 8 铜丝编织 9 钢丝编织
钢丝封(Wire Seal):通常用锌合金或铝合金制作锁头,然后固定一条钢丝。
线束图纸仅画出实物A向视图表示插件孔位、线号、定位销,线型采用 规定第4层;内部导线代号采用 规定第4层,字体采用2号HZ.txt,优先根据用电器端或线束插件上本身的孔位号来定义孔位,如无法给出时按照从左至右对插件编号。