為什么鍍錫銅線、鋁線、鋁排是未來新能源汽車線束材料的發(fā)展趨勢？
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發(fā)布時間：2024-05-02 16:01
為什么鍍錫銅線、鋁線、鋁排是未來新能源汽車線束材料的發(fā)展趨勢？
根據(jù)公開數(shù)據(jù)顯示，我國新能源汽車的年產(chǎn)銷量已經(jīng)從十年前的7.5萬輛增長到950萬輛，全球占比超過60%，年均復(fù)合增長率達(dá)到71%。目前，國內(nèi)新能源汽車產(chǎn)業(yè)正在進(jìn)入加速發(fā)展期，新能源汽車和動力電池等領(lǐng)域的成果也在快速普及。消費(fèi)者對新能源汽車的青睞不僅源于環(huán)保意識和低碳出行方式的追求，還因為對更高效能量轉(zhuǎn)換形式的追求。與傳統(tǒng)燃油汽車相比，新能源汽車在環(huán)保和智能化等方面具有優(yōu)勢，但最大的優(yōu)勢在于能量轉(zhuǎn)化效率。
燃油車內(nèi)燃機(jī)的能量轉(zhuǎn)化效率通常在20%-30%之間，其余能量則以廢熱能形式散失。而新能源汽車的能源轉(zhuǎn)化效率可達(dá)到80%-90%，不論是純電還是插電混動，能量轉(zhuǎn)化效率都遠(yuǎn)高于燃油汽車。隨著新能源汽車中更高效的動力單元逐步取代低效動力單元，能源效率將進(jìn)一步提高。新能源汽車的崛起不僅代表著交通方式的綠色轉(zhuǎn)型，更是表明了未來能源高效利用的方向。
根據(jù)國內(nèi)外學(xué)者的研究，新能源汽車的能量轉(zhuǎn)化效率還受到電池性能和電機(jī)效率、車身重量以及充放電過程中的能量轉(zhuǎn)換損失等因素的重要影響。這些損失直接限制了能源轉(zhuǎn)化效率的進(jìn)一步提升。
從目前的技術(shù)發(fā)展趨勢來看，優(yōu)化新能源汽車的導(dǎo)電線路的材料與連接方式是提高能量轉(zhuǎn)化效率的最優(yōu)途徑。
傳統(tǒng)的汽車導(dǎo)線一直以來都是以銅為導(dǎo)體材料。然而，銅導(dǎo)線也存在一些缺陷：比如容易產(chǎn)生因氧化而形成的銅綠。它不僅會使導(dǎo)線外觀變差，更重要的是，其導(dǎo)電性能遠(yuǎn)不及純銅。因此會顯著增加電路中的電阻，降低電流的傳輸效率，從而可能影響新能源汽車的性能和安全性。
為了解決銅導(dǎo)線易氧化的問題，常見的解決方案是采用鍍錫銅線。錫層可以有效地防止銅與空氣中的氧氣和水接觸，從而減緩銅的氧化過程，同時鍍錫銅線具有良好的導(dǎo)電性和機(jī)械性能，這些特性決定其在新能源汽車領(lǐng)域的應(yīng)用價值。
然而，由于錫層的熔點較低，在超聲波線束焊接焊接鍍錫銅線時，局部高溫可能導(dǎo)致錫層融化，影響焊接效果。因此，在鍍錫銅線超聲波焊接過程中，如何精確控制焊接溫度和時間是個非常難以攻克的技術(shù)難點。
可喜的是，廣東海明聲科技股份有限公司的創(chuàng)始人羅海平先生帶著研發(fā)團(tuán)隊，憑借20多年超聲波線束焊接領(lǐng)域的經(jīng)驗和對市場應(yīng)用技術(shù)的鉆研與探索，成功研發(fā)出了超聲波線束焊接鍍錫銅線的解決方案并得到了很好的市場應(yīng)用驗證。
然而，需要注意的是，鍍錫銅線生產(chǎn)成本相對較高。這在一定程度上限制了其在新能源汽車領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。目前僅在高端新能源汽車中使用。中國每年都需要大量進(jìn)口銅材，加上近年來銅材的價格一直在持續(xù)上升。銅資源的稀缺以及價格的上漲，使得汽車導(dǎo)線的成本居高不下。
我們能否在提高能量轉(zhuǎn)化效率的同時又能降低生產(chǎn)成本呢？在業(yè)內(nèi)，鋁導(dǎo)線被視為是銅導(dǎo)線的可行替代品，各大新能源汽車大廠已經(jīng)在嘗試使用鋁導(dǎo)線平替銅導(dǎo)線，因為鋁導(dǎo)線在新能源汽車中有著以下的優(yōu)勢：
1. 良好的導(dǎo)電性能：鋁的電阻率為2.65×10-8 Ω·m，而銅的電阻率為1.72×10-8Ω·m。盡管鋁的電阻率高于銅，但是可以通過增加鋁導(dǎo)線的線徑（約 1.3 倍），來滿足整車電路的電阻要求。
2. 輕量化：鋁的密度為2.7g/cm3，而銅的密度為8.96g/cm3。鋁的密度僅為銅的三分之一，因此只需增加約30%鋁導(dǎo)線的截面積即可實現(xiàn)減重。
3. 成本效益：由于我國銅鋁礦產(chǎn)資源及其開采成本極不平衡，導(dǎo)致銅線的價格遠(yuǎn)高于鋁線。通過使用鋁線代替銅線，我們可以降低新能源汽車的生產(chǎn)成本，使其在市場上更具競爭力。
在汽車線束領(lǐng)域，成本和重量也是汽車線束向輕量化發(fā)展的關(guān)鍵原因之一。使用鋁導(dǎo)線替代傳統(tǒng)銅導(dǎo)線，確實具有降低成本和減輕重量的優(yōu)勢。但是，在鋁導(dǎo)線的應(yīng)用中也存在一些技術(shù)難點，例如：
1. 連接可靠性：鋁導(dǎo)線與銅導(dǎo)線在傳統(tǒng)的壓接中可能出現(xiàn)的金屬氧化、電化學(xué)腐蝕等問題會導(dǎo)致連接點松動或電阻增大，影響整個導(dǎo)線的性能。
2. 蠕變效應(yīng)：蠕變是金屬材料在長時間受外力作用下發(fā)生的緩慢變形現(xiàn)象。由于銅鋁熱膨脹系數(shù)的差異，鋁線更容易發(fā)生蠕變。在特定條件下，鋁線的蠕變率可高達(dá)銅線的25倍，對鋁導(dǎo)線的抗疲勞性能和使用壽命有顯著影響。
3. 導(dǎo)線體積增加：鋁導(dǎo)線的導(dǎo)電能力較弱，為了滿足汽車導(dǎo)線的導(dǎo)電要求，需要增加鋁導(dǎo)線的截面積，這會在一定程度上增加導(dǎo)線的體積，并給連接帶來了更大的挑戰(zhàn)。
為了解決上述多個技術(shù)難點，業(yè)內(nèi)許多先進(jìn)的研究人員和企業(yè)開發(fā)了適用于鋁導(dǎo)線的全新技術(shù)和方法。其中，在新能源超聲波線束焊接領(lǐng)域頗具代表性的超聲波線束焊接方案服務(wù)商---廣東海明聲科技股份有限公司與西北工業(yè)大學(xué)和深圳職業(yè)技術(shù)大學(xué)深入合作，共同攻克難題，通過采用超聲波焊接技術(shù)，成功解決了大型平方鋁導(dǎo)線與銅端子的連接問題，具體解決方案如下:
1、為了提高連接的可靠性和解決蠕變效應(yīng)。海明聲采用鍍銀銅端子與鋁導(dǎo)線通過超聲振動摩擦方式進(jìn)行焊接，在焊接過程中形成銅鋁合金過渡區(qū)。不僅有效地解決了銅鋁之間的電化學(xué)腐蝕和金屬蠕變問題，同時并具備很好的抗拉強(qiáng)度，提高了連接的可靠性，滿足了汽車行駛振動所需抗疲勞性能的要求。
2、為了提高鋁線的導(dǎo)電效率，首先用導(dǎo)電鋁排代了原有的單絲結(jié)構(gòu)，解決了導(dǎo)電能力較弱的問題。導(dǎo)電鋁排采用了扁平化的設(shè)計，減少了所占用的空間。此外，導(dǎo)電鋁排可以緊貼車底布置，減少導(dǎo)線引起的車身底盤凸起，使得車身更加美觀。同時，由于鋁排具有一定的剛性，使得電源導(dǎo)線在加工和安裝到車身時可以實現(xiàn)自動化裝配，解決了由于導(dǎo)線柔軟而導(dǎo)致無法實現(xiàn)自動化生產(chǎn)和裝配的問題。此外，剛性的結(jié)構(gòu)還避免了導(dǎo)線走向定義中護(hù)板的使用，從而降低了導(dǎo)線的成本。
3、導(dǎo)電鋁排的設(shè)計需要與車身設(shè)計緊密貼合，鋁排導(dǎo)線的加工應(yīng)在線束工廠完成。在零部件完成加工時，鋁排導(dǎo)線應(yīng)該已經(jīng)組裝完成。由于鋁排導(dǎo)線具有一定的剛性，可以使用全自動折彎成型設(shè)備或全自動機(jī)械手進(jìn)行加工。自動化程度高，尺寸控制準(zhǔn)確，并且可以實現(xiàn)定制化生產(chǎn)不同車型。海明聲股份憑借其敏銳的市場洞察力和對顧客需求的精準(zhǔn)把握，迅速跟進(jìn)并深入研發(fā)導(dǎo)電鋁排的超聲焊接技術(shù)，目前在市場中已經(jīng)取得了巨大的成功。
新能源汽車在環(huán)保、智能化和高效能量轉(zhuǎn)化等方面具有顯著優(yōu)勢，正在逐漸取代傳統(tǒng)的燃油車。然而，我們也要正視新能源汽車自身存在的一些限制，這些挑戰(zhàn)需要我們逐步解決。導(dǎo)電線路材料的選擇和連接方式是實現(xiàn)輕量化及提高能量轉(zhuǎn)化效率的關(guān)鍵課題之一，對于推動新能源汽車進(jìn)一步發(fā)展具有重要意義。
要實現(xiàn)導(dǎo)電線路材料與連接方式的優(yōu)化，離不開線束連接領(lǐng)域?qū)W者們的持續(xù)創(chuàng)新。在新能源線束線束連接領(lǐng)域中，許多像廣東海明聲科技股份有限公司這樣具有行業(yè)代表性的企業(yè)以及個人都在積極擁抱市場，身先士卒，勇于創(chuàng)新，共同推動世界新能源事業(yè)的發(fā)展，為實現(xiàn)全球的碳中和目標(biāo)和高效能源轉(zhuǎn)化貢獻(xiàn)力量。這是中國科技創(chuàng)新的希望也是世界環(huán)保事業(yè)的希望。
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