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    改性塑料廠概述改性塑料在新能源汽車充電設施上的應用

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    改性塑料廠概述改性塑料在新能源汽車充電設施上的應用

    發布日期:2018-10-29 16:59 來源:http://www.mon43.com 點擊:

    改性塑料廠概述改性塑料在新能源汽車充電設施上的應用


    概述了新能源汽車及其充電設施的發展現狀,梳理新能源汽車充電設施相關的系列技術標準,針對充電設施不同部件的應用需求,提供了改性塑料材料解決方案,并展望了改性塑料新型材料在充電設施上的工程化應用前景。

    新能源汽車及充電設施發展概述

    新能源汽車代表世界汽車產業的發展方向,加快推進新能源汽車產業化,不僅有利于技術進步和節能減排,還能促進我國汽車產業的可持續發展。我國新能源汽車研究和產業化開始于上世紀末,進入本世紀后,在國家一系列政策的推動下發展迅速,特別是在2012年國務院印發《節能與新能源汽車產業發展規劃(2012—2020)》,將新能源汽車的發展上升到國家發展戰略后,我國的新能源汽車產業進入爆發式增長階段(見圖1)。改性塑料廠根據中汽協的統計,2016年我國新能源汽車銷售量達到50.7萬量,保有量達到95.8萬輛,繼2015后連續兩年保持全球第一。

    充電設施作為新能源汽車的標準配置,是與新能源汽車相伴相生的,是新能源汽車推廣應用的基礎和保障,特別是在電池性能、單次充電行駛里程短期不能顯著提高的情況下,直接影響到新能源汽車的發展。近幾年來,我國相繼出臺各項產業政策,大力推動充電基礎設施(充電樁/充電站)的建設。2015年9月,國務院印發《關于加快電動汽車充電基礎設施建設的指導意見》,提出建設“樁站先行,適度超前,智能高效”的充電基礎設施體系,全面覆蓋城市公共領域、高速沿線、私人小區、單位內部等區域。國家能源局作為充電基礎設施行業管理部門,不斷完善充電設施政策體系,會同有關部門出臺了《電動汽車充電基礎設施發展指南(2015—2020年)》(發改能源[2015]1454號)、《關于加快居民區電動汽車充電基礎設施建設的通知》(發改能源[2016]1611號)、《電動汽車充電基礎設施接口新國標的實施方案》(發改能源[2016]2688號)、《關于加快單位內部電動汽車充電基礎設施建設的通知》(國能電力[2017]19號)等產業政策,指導各地編制電動汽車充電基礎設施發展規劃,組織成立充電基礎設施促進聯盟,促進行業健康可持續發展。目前,中國已成為充電基礎設施發展最快的國家,《中國電動汽車充電基礎設施促進聯盟年報2016-2017》發布結果顯示,截止到 2016 年底,公共類充電樁建設、運營數量接近 15 萬個,保有量全球第一。2015—2020年,將建成充電樁480萬個,充電站1.2萬座,并通過智能服務平臺實現全國充電基礎設施信息和支付互聯互通,滿足新能源汽車用戶的充電需求。

    2充電設施及其技術要求簡介

    新能源汽車充電設施主要包括充電樁和充電站,其中以充電樁為主。充電樁按工作時輸出的電流類型可分為交流和直流兩種。交流充電樁與交流電網220 V/380 V連接,其本身并不具備充電功能,只是單純提供電力輸出,還需要連接電動汽車車載充電機實施充電。由于車載充電機的功率較小,所以交流充電樁不能實現快速充電,但因其充電電流小,對電池壽命影響及對電網的沖擊相對也較小,適用于有固定停車處及沒有快速充電要求的場合。直流充電樁俗稱快充,與交流380 V電網連接,輸出為持續可調直流電,直接為電動汽車的動力電池充電。由于直流充電樁采用三相四線制供電,可以提供足夠的功率,輸出的電壓和電流調整范圍大,可以實現快充的需求,但同時對電池的使用壽命影響及對電網的沖擊相比交流充電樁要明顯增大,一般適用于高速服務區等需要快速充電的場合。充電樁根據安裝場所的不同,一般有落地式和壁掛式兩種,其結構均由殼體、充電槍(連接件)、控制組件(內部元器件)和線纜組件組成。

    充電樁使用強電工作,且連續工作時間長,特別是直流充電樁為達到快速充電的目的,工作電流較大,更為重要的是可能會與人接觸,所以其整體安全性能要求很高。此外,充電樁的使用工況環境較為復雜,必須滿足不同地區的氣候環境,如南方沿海地區的高溫、高濕及鹽霧腐蝕,高寒地區的低溫撞擊,高海拔地區高強紫外線照射,以及部分污染嚴重地區的酸雨腐蝕等。因此,針對充電樁的工作性質和工作環境等因素,必須有相關的技術標準來進行規范,以保障充電樁的安全使用。

    國外由于新能源汽車起步早,充電樁的標準制定較早且相對完善,主要有美國UL和歐洲IEC兩種標準,其中UL標準,對整機的使用環境進行了充分的考慮,對材料的機械、阻燃、電氣和環境老化等方面的要求都有細致的規定。我國相關標準的制定則相對較晚,2011年12月27日,工業和信息化部公布了由國家能源局、工業和信息化部組織、電力企業聯合會和中國汽車技術研究中心等機構共同起草的有關電動汽車充電接口和通信協議的四項國家標準已經批準發布,于2012年3月1日起實施。2015年12月底,質檢總局、國家標準委、國家能源局、工信部、科技部等部門聯合在京發布了新修訂的《電動汽車傳導充電系統  第1部分:一般要求》、《電動汽車傳導充電用連接裝置 第1部分:通用要求》、《電動汽車傳導充電用連接裝置  第2部分:交流充電接口》等5項電動汽車充電接口及通信協議國家標準,新標準于2016年1月1日起正式實施。新標準對充電接口和通信協議進行了全面系統的規范,為充電設施質量保證體系提供了技術保障,確保了電動汽車與充電設施的互聯互通,對促進電動汽車產業政策落地,增強購買使用電動汽車消費信心將起到積極的促進作用。改性塑料廠想說上述標準只是針對充電樁主機或主要部件的技術要求,對于所使用的材料則沒有明確的要求,對生產廠家選擇材料起不到有效的指導作用。 

    中國質量認證中心(CQC)于2016年4月24日發布了國內首個《電動汽車充電設備非金屬材料外殼技術規范》(見表2),該技術規范從充電樁的實際使用環境出發,通過對材料耐老化、耐候、耐低溫沖擊、阻燃、耐熱、電氣絕緣等方面性能的考核,來評價材料是否能夠達到長期使用要求。

    改性塑料在充電設施上的應用

    改性塑料材料作為先進高分子材料的重要組成部分,已廣泛應用于家電、汽車、電子電氣等各個領域。針對充電設施行業,改性塑料行業部分領先企業,已經針對高分子材料在充電樁上的應用進行了充分研究,有能力提供針對充電樁的高分子材料整體解決方案。

    綜合針對充電設施的相關技術標準,參照其他類似應用領域的需求,轉化成對材料的具體性能要求(見表3),結合不同材料對應的性能,可以對充電樁的不同部件提供對應的改性塑料材料解決方案。

    3.1  充電樁殼體

    充電樁殼體作為充電樁的對外防護部件,不僅需要滿足運輸、安裝和使用過程中可能發生碰撞的保護要求,還必須適合復雜的使用工況環境,所用材料需要有一定的機械強度、電氣絕緣性和阻燃性要求,同時兼具優良的耐候性能、低溫沖擊性能、耐腐蝕性能和加工性能。推薦使用無鹵阻燃PC材料或無鹵阻燃PC合金材料,如無鹵阻燃PC/ABS、PC/ASA、PC/PBT材料等,包括使用免噴涂技術的組合,可以做成不同的外觀顏色,滿足不同使用場合的個性化需求。

    3.2  充電槍及連接系統

    充電槍及連接系統具體包括充電槍殼體和連接頭。充電槍外殼,除需要阻燃性能、電絕緣性能、耐候性能外,還要有良好剛性和韌性,避免跌落和車輛輾壓造成的損壞,同時兼顧良好的外觀。材料方面推薦無鹵阻燃耐候PC及其合金材料。充電連接頭,包括插座和插頭,直接與導線轉接,需要優異的電絕緣性、阻燃性能、耐熱性能,同時為滿足長期插拔的使用壽命要求,材料需要優異的力學性能。推薦使用無鹵阻燃增強尼龍材料。

    3.3  內部控制系統組件

    內部控制系統組件主要包括電源模塊、接觸器、斷路器、散熱風扇等。參照常用電源系統及低壓電器行業的材料應用,可使用無鹵阻燃增強PA或PBT材料。散熱風扇推薦在IT行業廣泛使用的阻燃增強PBT或PPE材料。

    3.4  線纜組件

    充電樁使用的線纜主要包括電源線和信號控制線,在CQC發布的《電動汽車傳導充電系統電纜技術規范》中,對充電樁線纜的結構、額定電壓、使用溫度、允許彎曲半徑以及耐久性等方面都做了詳細規定。高分子材料主要應用在線纜的內護層和外護套方面,內護層可以使用無鹵阻燃TPE、TPU,外護套可以使用PVC、無鹵阻燃彈性體等。

    隨著新能源汽車的持續推廣和應用,充電設施的小型化和輕量化將會是未來的發展方向,一些高性能的新型改性塑料材料,如PPS、PPO、PEEK等,以及其他彈性休材料,均有可能在充電設施中進行工程化應用,這對改性塑料在新能源汽車中的應用有著很好的促進作用。

    改性塑料廠結論與展望

    全球汽車產業生態正在重構,不少國家紛紛調整發展戰略,加快新能源汽車的產業布局。目前,全球已有6個國家公開發表聲明,將全面禁止傳統能源車,其中法國、英國將在2040年啟動,德國、印度將在2030年啟動,挪威、荷蘭將在2025年啟動。我國已經啟動傳統能源車停產停售時間表研究,計劃到2025年,我國新能源車的銷量將至少占汽車總銷量的20%。加快充電基礎設施發展,是落實國家能源戰略、大氣污染防治行動計劃和節能減排的重要戰略舉措??梢灶A見未來的幾年,隨著新能源汽車的蓬勃發展,充電設施也將會進入高速發展期,高分子材料在充電設施上的應用也將逐步規范。作為改性塑料行業,需要緊跟新能源汽車和充電設施的發展,提前在材料方面進行技術儲備,大力開發適用于充電設施的新型改性塑料材料,持續為充電設施設備提供整體材料解決方案。


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