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%，年均復合增長率達到71%。目前，國內(nèi)新能源汽車產(chǎn)業(yè)正在進入加速發(fā)展期，新能源汽車和動力電池等領域的成果也在快速普及。消費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)化效率可達到80%-90%，不論是純電還是插電混動，能量轉(zhuǎn)化效率都遠高于燃油汽車。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)化效率的進一步提升。
從目前的技術發(fā)展趨勢來看，優(yōu)化新能源汽車的導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)的汽車導線一直以來都是以銅為導體材料。然而，銅導線也存在一些缺陷：比如容易產(chǎn)生因氧化而形成的銅綠。它不僅會使導線外觀變差，更重要的是，其導電性能遠不及純銅。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電性和機械性能，這些特性決定其在新能源汽車領域的應用價值。
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)團隊，憑借20多年超聲波線束焊接領域的經(jīng)驗和對市場應用技術的鉆研與探索，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域的廣泛應用。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)，鋁導線被視為是銅導線的可行替代品，各大新能源汽車大廠已經(jīng)在嘗試使用鋁導線平替銅導線，因為鋁導線在新能源汽車中有著以下的優(yōu)勢：
1. 良好的導電性能：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，導致銅線的價格遠高于鋁線。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。
在汽車線束領域，成本和重量也是汽車線束向輕量化發(fā)展的關鍵原因之一。使用鋁導線替代傳統(tǒng)銅導線，確實具有降低成本和減輕重量的優(yōu)勢。但是，在鋁導線的應用中也存在一些技術難點，例如：
1. 連接可靠性：鋁導線與銅導線在傳統(tǒng)的壓接中可能出現(xiàn)的金屬氧化、電化學腐蝕等問題會導致連接點松動或電阻增大，影響整個導線的性能。
2. 蠕變效應：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銅線的25倍，對鋁導線的抗疲勞性能和使用壽命有顯著影響。
3. 導線體積增加：鋁導線的導電能力較弱，為了滿足汽車導線的導電要求，需要增加鋁導線的截面積，這會在一定程度上增加導線的體積，并給連接帶來了更大的挑戰(zhàn)。
為了解決上述多個技術難點，業(yè)內(nèi)許多先進的研究人員和企業(yè)開發(fā)了適用于鋁導線的全新技術和方法。其中，在新能源超聲波線束焊接領域頗具代表性的超聲波線束焊接方案服務商---廣東海明聲科技股份有限公司與西北工業(yè)大學和深圳職業(yè)技術大學深入合作，共同攻克難題，通過采用超聲波焊接技術，成功解決了大型平方鋁導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。海明聲采用鍍銀銅端子與鋁導線通過超聲振動摩擦方式進行焊接，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腐蝕和金屬蠕變問題，同時并具備很好的抗拉強度，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、為了提高鋁線的導電效率，首先用導電鋁排代了原有的單絲結構，解決了導電能力較弱的問題。導電鋁排采用了扁平化的設計，減少了所占用的空間。此外，導電鋁排可以緊貼車底布置，減少導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，解決了由于導線柔軟而導致無法實現(xiàn)自動化生產(chǎn)和裝配的問題。此外，剛性的結構還避免了導線走向定義中護板的使用，從而降低了導線的成本。
3、導電鋁排的設計需要與車身設計緊密貼合，鋁排導線的加工應在線束工廠完成。在零部件完成加工時，鋁排導線應該已經(jīng)組裝完成。由于鋁排導線具有一定的剛性，可以使用全自動折彎成型設備或全自動機械手進行加工。自動化程度高，尺寸控制準確，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把握，迅速跟進并深入研發(fā)導電鋁排的超聲焊接技術，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)化效率的關鍵課題之一，對于推動新能源汽車進一步發(fā)展具有重要意義。
要實現(xiàn)導電線路材料與連接方式的優(yōu)化，離不開線束連接領域?qū)W者們的持續(xù)創(chuàng)新。在新能源線束線束連接領域中，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)全球的碳中和目標和高效能源轉(zhuǎn)化貢獻力量。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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