砥柱中流---銅材料助力新能源汽車安全與可靠性技術(shù)進(jìn)步
導(dǎo)讀:新能源汽車安全性的每一次提升,背后是法規(guī)、技術(shù)與材料的協(xié)同進(jìn)步
隨著十四五期間中國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,安全性已成為消費(fèi)者購(gòu)車的首要考量因素。在這五年中,通過法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善、技術(shù)創(chuàng)新的持續(xù)突破,以及企業(yè)安全意識(shí)的顯著提升,中國(guó)新能源汽車在電池、電機(jī)和線束三大核心系統(tǒng)的安全與可靠性方面取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。
在這一進(jìn)程中,銅材料憑借其優(yōu)異的導(dǎo)電性、散熱性、耐腐蝕性和良好的延展性與柔韌性,為降低熱失控、電弧、腐蝕和機(jī)械疲勞等風(fēng)險(xiǎn)提供了材料層面的解決方案。
電池安全技術(shù)進(jìn)步顯著
電池作為新能源汽車的核心部件,其安全技術(shù)在十四五期間取得了顯著突破。
中國(guó)車企在電池技術(shù)路線之爭(zhēng)中走出了“安全與成本平衡”的特色路徑。比亞迪2020年推出的刀片電池通過結(jié)構(gòu)創(chuàng)新,將磷酸鐵鋰電池?zé)崾Э馗怕式档?0%,2025年裝車率已超60%。
寧德時(shí)代的麒麟電池采用第三代CTP技術(shù),以創(chuàng)新設(shè)計(jì)的水冷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)4C超充穩(wěn)定運(yùn)行,15分鐘即可補(bǔ)充80%電量。
一汽研發(fā)總院發(fā)明了材料復(fù)配及界面重構(gòu)電芯本征安全技術(shù)和全維結(jié)構(gòu)防護(hù)與熱擴(kuò)散抑制技術(shù),實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池全域安全跨尺度協(xié)同設(shè)計(jì),行業(yè)內(nèi)首次完成水中-陸地雙托底試驗(yàn)。
銅材料在提升電池安全性方面發(fā)揮了重要作用。在各類鋰離子電池中,銅箔作為負(fù)極集流體,起著收集和傳導(dǎo)電子的關(guān)鍵作用。研究表明,采用優(yōu)質(zhì)銅箔作為集流體的電池,其內(nèi)阻相比其他材料可降低約10%-15%,顯著減少了因電阻發(fā)熱導(dǎo)致的熱失控風(fēng)險(xiǎn)。
電機(jī)電控系統(tǒng)可靠性提升
驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為電動(dòng)汽車的核心動(dòng)力部件,其可靠性直接關(guān)系到車輛的安全性能。
銅線是制造電機(jī)繞組的理想材料。驅(qū)動(dòng)電機(jī)在運(yùn)行過程中,繞組需要承載大電流,銅的高導(dǎo)電性確保了電流的高效傳輸,提高了電機(jī)的效率。同時(shí),銅導(dǎo)線良好的導(dǎo)熱性有助于將電機(jī)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱量快速散發(fā)出去,避免電機(jī)過熱。
根據(jù)企業(yè)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),采用高純度的銅轉(zhuǎn)子電機(jī),驅(qū)動(dòng)電機(jī)的效率可以提高約8%;同時(shí)在連續(xù)高速行駛等極端工況下,電機(jī)溫度可降低近10℃。
電控系統(tǒng)如同電動(dòng)汽車的“大腦”,負(fù)責(zé)控制和管理車輛的各種電氣設(shè)備。銅在電控系統(tǒng)中主要用于印刷電路板(PCB)的線路和連接部件。銅的高導(dǎo)電性使得信號(hào)傳輸更加快速和準(zhǔn)確,確保電控系統(tǒng)對(duì)車輛各部件的精確控制。
此外,銅的耐腐蝕性能保證了在復(fù)雜的電氣環(huán)境下,相關(guān)零部件的穩(wěn)定性和可靠性。
線束與充電系統(tǒng)安全性增強(qiáng)
電動(dòng)汽車的線束和充電電纜負(fù)責(zé)整車的信號(hào)傳遞和電力傳輸,被稱為車輛的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”。
銅的柔韌性使其易于加工成各種形狀和規(guī)格的導(dǎo)線,以滿足不同的布線需求。此外,銅的高導(dǎo)電性和良好的耐腐蝕性確保了電力在傳輸過程中的穩(wěn)定性和可靠性。
在充電過程中,快速充電對(duì)電纜的載流能力提出了更高要求。某品牌的直流快充電纜,采用了高純度的銅導(dǎo)體,能夠承受高達(dá)500A的電流,大大縮短了充電時(shí)間。由于銅的低電阻特性,減少了充電過程中的發(fā)熱現(xiàn)象,提高了充電安全性。
新興材料技術(shù)也在不斷提升銅的性能。例如通過將石墨烯與銅結(jié)合,形成具有金屬共價(jià)鍵的新材料。這種材料具備更低的電阻溫度系數(shù),有助于提高車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)的性能、減少耗電、增加續(xù)航里程數(shù)。 還具有低漏電特性,可減少信號(hào)損失率、增加信號(hào)傳輸?shù)目煽慷?,適用于傳輸線、充-電槍與充電樁線。
技術(shù)進(jìn)步與材料科學(xué)的共同演進(jìn)仍在繼續(xù)。隨著全固態(tài)電池的中試量產(chǎn)、電池溯源體系的全國(guó)上線,以及銅材料在導(dǎo)電、散熱方面的持續(xù)創(chuàng)新,新能源汽車的安全與可靠性將邁上新的臺(tái)階。
未來,隨著全球化平臺(tái)與本土化場(chǎng)景的深度融合,中國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的安全進(jìn)步經(jīng)驗(yàn),將為全球汽車產(chǎn)業(yè)的電動(dòng)化轉(zhuǎn)型提供重要參考。
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