1 純電動(dòng)汽車單車低壓線束用銅量比燃油汽車多 5 公斤

每輛燃油汽車和電動(dòng)汽車的低壓線束系統(tǒng)用銅量分別為 18kg 和 23kg。隨著汽車駕駛智能性、舒適性的逐日提升，汽車提供越來越多的電子功能，如 ADAS、信息娛樂系統(tǒng)等，要求排布更多更復(fù)雜的低壓線束系統(tǒng)。每輛燃油汽車的低壓線束系統(tǒng)用銅量為 18kg，占燃油汽車用銅的大部分。隨著電動(dòng)汽車網(wǎng)聯(lián)化、智能化程度加深，每輛電動(dòng)汽車（包括純電動(dòng)車、混動(dòng)車、插電式混動(dòng)車）的低壓線束系統(tǒng)用銅量分別達(dá) 23kg。汽車的低壓線束系統(tǒng)多采用無氧銅絲作為導(dǎo)體，紫銅合金帶材作連接器。低壓線束中的低壓導(dǎo)線為銅質(zhì)多絲軟線，導(dǎo)體多采用無氧銅絲，銅含量在99.99%以上，不易受氧脆化；連接器主要采用T2、C10500 紫銅合金帶材。

2 電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)采用銅導(dǎo)線為主

在傳統(tǒng)低壓線束以外，新能源汽車以高壓電池包為動(dòng)力來源，新增高壓線束為傳輸載體。汽車線束是控制汽車電氣和電子元件功能的主要載體，是汽車的血管和神經(jīng)，為各電子元件提供動(dòng)力、傳遞和反饋信號(hào)。根據(jù)汽車線束耐電壓高低可以分為低壓線纜和高壓線纜，傳統(tǒng)燃油車主要應(yīng)用低壓線纜，而電動(dòng)車線束新增了高壓線纜，其承載電壓約為 600V。新能源汽車尤其是純電動(dòng)汽車，動(dòng)力來源靠高壓電池包提供，傳輸載體為高壓線束，連接充電口座、高壓電池包、逆變器、電機(jī)，車載充電機(jī)等大功率設(shè)備。高壓線束主要包括：高壓連接器、高壓線纜，接地端子和扎帶、外包材料、膠帶、熱縮套管、膠套、安裝支架等輔材。

預(yù)計(jì)未來電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)仍將采用銅導(dǎo)線為主。在汽車“輕量化”的趨勢(shì)下，汽車的部分零部件散熱器，逐漸被鋁材所代替，既輕便又經(jīng)濟(jì)。汽車線束的發(fā)展趨勢(shì)主要向輕量化、高壓承載能力和大容量、高效率發(fā)展。鋁導(dǎo)線的應(yīng)用有利于線束輕量化，近十年來鋁導(dǎo)線在傳統(tǒng)汽車上已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但目前仍鮮有將鋁導(dǎo)線成功應(yīng)用在電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)的案例。核心問題在于電氣性能，鋁的電導(dǎo)率只有銅的 60%，鋁導(dǎo)線需要增加橫截面積才能通過同樣大小的持續(xù)電流，可參考 USCAR 推薦的銅、鋁導(dǎo)線等量替換對(duì)照表。盡管鋁導(dǎo)線可以減輕 45%的重量并節(jié)約一半左右的成本，但鋁導(dǎo)線會(huì)帶來一系列的電線鋪設(shè)問題，比如占用更大空間、因線束變粗造成轉(zhuǎn)彎半徑增大。此外，鋁的抗拉強(qiáng)度、膨脹系數(shù)都不如銅，而且鋁導(dǎo)線表面極易形成氧化鋁薄膜，起一定的絕緣作用，影響接觸部位的電阻。預(yù)計(jì)未來電動(dòng)汽車高壓系統(tǒng)仍將采用銅導(dǎo)線為主。

電動(dòng)汽車高壓線束包括連接器、線纜等，導(dǎo)電性能要求高。高壓線束主要包括：高壓連接器、高壓線纜，接地端子和扎帶、外包材料、膠帶、熱縮套管、膠套、安裝支架等輔材。在高壓線束系統(tǒng)中，線纜的重量占比一般為 75%左右，成本占比 35%左右；連接器的重量占比一般為 15%左右，成本占比 55%左右。電動(dòng)汽車將以電能運(yùn)用為主，在電能的加載、控制和應(yīng)用上離不開導(dǎo)電性能優(yōu)越的材料。線束導(dǎo)體材料一般為退火純銅，根據(jù)汽車不同位置使用要求，也會(huì)采用一些銅合金。

3 銅合金材料提升高壓線束的性能

電動(dòng)汽車高壓線纜要求能夠承受高電壓、大電流。新能源汽車采用的是大功率的電動(dòng)機(jī)，其輸電線束必須是能夠承載高壓大電流的線束。高壓電纜由導(dǎo)體、絕緣、護(hù)套、屏蔽、鋁箔、包帶、填充物等組成，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)參照《QC-T1037 道路車輛用高壓電纜汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》、《新能源汽車用高壓電纜 TCAS 356-2019》。電動(dòng)汽車高壓線纜的特點(diǎn)是：（1）高電壓，乘用車一般使用額定電壓 600VAC/900VDC、商用車一般使用額定電壓 1000VAC/1500VDC；（2）大電流，常用在250A，部分大功率電機(jī)可用到 400A。

連接器的接觸件是完成電連接功能的核心部件，占線束重量的 15%左右。連接器位于電纜兩端，連接導(dǎo)線與適當(dāng)?shù)呐鋵?duì)元件，起著電氣連接和信號(hào)傳遞作用。連接器通常由接觸件（端子和插針）和外覆的塑料構(gòu)成。汽車線束的接觸件是汽車連接器完成電連接功能的核心部件，是汽車線束端子壓接和保證線束正常工作的關(guān)鍵。因此，對(duì)接觸件用銅合金材料的力學(xué)/導(dǎo)電/尤其抗應(yīng)力松弛和折彎成型性能有很高的要求，其重量一般占線束的 15%左右。

接觸件銅材要求耐高溫、加工成型性良好、內(nèi)部彈性均勻、耐蝕性好、導(dǎo)電、導(dǎo)熱率高和可焊性好。《電連接器接觸件總規(guī)范》(GJB1216)規(guī)定：最高工作溫度 125℃接觸件一般使用銅合金，沒有規(guī)定材料類別。連接器現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)僅規(guī)定了接觸件的工作直徑、鍍金層厚度、分離力和保持力等主要技術(shù)參數(shù)，并未規(guī)定銅合金材料牌號(hào)、規(guī)格和狀態(tài)。我國連接器行業(yè)沒有經(jīng)歷正向設(shè)計(jì)階段，都是仿制產(chǎn)品，接觸件銅材牌號(hào)、規(guī)格、狀態(tài)等源于國外標(biāo)準(zhǔn)。為防止剛性插針插拔時(shí)彎曲損傷，插針常選用具有較高機(jī)械強(qiáng)度的黃銅（H62、HPb59-1 等）制作。為保證彈性插孔插合時(shí)接觸可靠，防止塑性變形和應(yīng)力松弛，插孔常選用具有較高彈性極限與疲勞極限和適當(dāng)彈性模量的錫青銅（QSn4-3、QSn6.5-0.1等）、鈹青銅（C17200、QBe2等）或鎳硅青銅（C70250等）制作。接觸件銅材還要求其加工成型性良好、內(nèi)部彈性均勻、耐蝕性好、導(dǎo)電、導(dǎo)熱率高和可焊性好等

故障電弧導(dǎo)致的新能源汽車火災(zāi)比例高達(dá) 60%，對(duì)新能源汽車安全帶來巨大威脅。隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，其火災(zāi)危險(xiǎn)性也逐漸顯現(xiàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于電氣系統(tǒng)故障產(chǎn)生故障電弧導(dǎo)致的新能源汽車火災(zāi)比例高達(dá) 60%。新能源汽車電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備的增加和自動(dòng)化程度的提高，導(dǎo)致車載線路的復(fù)雜化和電壓等級(jí)的提高；另外，充電插拔和車輛顛簸都會(huì)增加電弧產(chǎn)生的幾率。故障電弧對(duì)新能源汽車電氣系統(tǒng)帶來巨大威脅。

銅材品質(zhì)是影響接觸件性能的根本因素。銅材是制作連接器導(dǎo)電核心零件——接觸件的基礎(chǔ)材料，其品質(zhì)是直接影響連接器接觸件電接觸可靠性的關(guān)鍵因素。在所有影響因素中，接觸件銅材品質(zhì)是最根本的，也是最基礎(chǔ)的。在不同環(huán)境下使用的連接器接觸件插合后，接觸電阻由收縮電阻、膜層電阻和導(dǎo)體電阻三部分組成，銅材品質(zhì)對(duì)組成接觸電阻的這三部分電阻都有影響。收縮電阻除正壓力還取決于設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)（尺寸精度）外，正壓力、表面物理特征（細(xì)晶結(jié)構(gòu)）和表面粗糙度都與銅材品質(zhì)有關(guān)；膜層電阻取決于銅材的耐腐蝕性和防護(hù)鍍層質(zhì)量；導(dǎo)體電阻取決于材料類別，如標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 1mm 的鍍金接觸件接觸電阻；銅合金 5mΩ、鐵合金 15mΩ。