CN114709010B - 一种新能源汽车用信号传输线及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于新能源汽车的信号传输线及其制备方法和应用，所述信号传输线包括至少1根缆芯、填充层、屏蔽层和外护套；所述缆芯由对绞在一起的两根线芯以及包覆在对绞在一起的两根线芯外侧的绕包层组成；所述线芯由铝合金导体和包覆在所述铝合金导体外的绝缘层组成，且所述线芯的横截面为星型；所述缆芯外侧依次包覆有屏蔽层和外护套，且所述缆芯和屏蔽层的空隙还包括填充层；所述信号传输线通过对线芯结构的特殊设计以及搭配各层材料的特殊选择，使最终得到的信号传输线具有轻量化、信号损耗小以及安全性更高的优点，完全适合在新能源汽车中使用。

Description

一种新能源汽车用信号传输线及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于电缆技术领域，具体涉及一种信号传输线及其制备方法和应用。
背景技术
随着新能源汽车的快速发展，汽车整车及各零部件对轻量化、智能化及安全性的要求越来越高，其中新能源汽车用信号传输线也在向着更轻、信号损耗更小、更安全的方向不断努力。
CN204332529U公开了一种汽车用信号传输线，包括导体，导体外还依次包覆有聚酯带、铝镁合金丝网和耐磨绝缘层，导体包括1根中空芯体，中空芯体具有内部导体，中空芯体还具备覆盖内部导体的内环部、从所述内环部以放射状延伸的多个肋部、连接所述肋部的外端的外环部，具有由所述内环部、肋部和外环部包围的多个中空部，导体还包括与中空芯体平行设置的4根双绞线，每根双绞线外包覆有减少摩擦的涂覆层，涂覆层与双绞线之间还设有助撕带，耐磨绝缘层外表面沿导体长度方向还设有若干环形凹槽和凸块，以及与环形凹槽和凸块配合的弹性挡圈。该汽车用信号传输线方便固定在车内，同时又不影响信号传输，而且在需要剥线时可以方便剥线。
CN102509580A公开了一种电动汽车换电设施专用电缆，包括直流充电线和信号线，所述直流充电线和信号线共同设置在包带层内，所述包带层内还填充有填充材料，所述包带层外围挤包有外护套，所述直流充电线由电源线芯和包覆在电源线芯外侧的绝缘护套构成，其特征在于：所述信号线的线芯由信号传输线、预留信号传输线和辅助电源线构成，所述信号传输线、预留信号传输线和辅助电源线外侧均包覆有绝缘层，所述信号线的线芯外层包覆屏蔽层，本发明的专用电缆具有额定电压高，耐高温性能强，弯曲半径小和阻燃能力强的优点，更重要的是该专用电缆的信号线具有预留信号传输线，在铺设和使用过程，如果有个别信号传输线断掉，就可以使用预留信号传输线，不至于整条电缆线的报废。
但是，目前现有技术中提供的汽车用信号传输线大多存在重量大、信号损耗严重以及安全性较差的问题，限制了新能源汽车的进一步发展。
因此，开发一种质量轻、信号损耗小且安全性更高的新能源汽车用信号传输线，是本领域急需解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于新能源汽车的信号传输线及其制备方法和应用，所述信号传输线包括至少1根缆芯、填充层、屏蔽层和外护套；所述缆芯由对绞在一起的两根线芯以及包覆在对绞在一起的两根线芯外侧的绕包层组成；所述线芯由铝合金导体和包覆在所述铝合金导体外的绝缘层组成，且所述线芯的横截面为星型；所述缆芯外侧依次包覆有屏蔽层和外护套，且所述缆芯和屏蔽层的空隙还包括填充层；所述信号传输线具有质量轻、安全性高以及信号损耗小的优势，完全适用于在新能源汽车中应用。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种信号传输线，所述信号传输线包括至少1根缆芯、填充层、屏蔽层和外护套；
所述缆芯由对绞在一起的两根线芯以及包覆在对绞在一起的两根线芯外侧的绕包层组成；所述线芯由铝合金导体和包覆在所述铝合金导体外的绝缘层组成，且所述线芯的横截面为星型；
所述缆芯外侧依次包覆有屏蔽层和外护套，且所述缆芯和屏蔽层的空隙还包括填充层。
本发明提供的信号传输线的剖面结构示意图如图1所示，图1中，1代表铝合金导体，2代表包覆在铝合金导体1外侧的绝缘层，多根铝合金导体1和绝缘层2组成了单根线芯，在本发明提供的信号传输线中单根线芯的横截面为星型，具有所述星型结构的线芯可以在不改变线芯间距的情况下，节约绝缘材料的用量，进而降低最终信号传输线的重量，还节约了成本；3代表绕包层，绕包层3包覆在两根对绞在一起的线芯的外层形成缆芯，本发明提供的信号传输线至少包含一根缆芯；4代表填充层，5代表屏蔽层，6代表外护套，屏蔽层5和外护套6依次包覆在缆芯外侧，填充层4填充在缆芯和屏蔽层5的空隙处。
本发明提供的信号传输线通过对上述缆芯结构的特殊设计以及搭配选择导体材料以及各层材料的选择，使最终得到的信号传输线具有轻量化的优点，同时信号损耗小且安全性更高，完全适合在新能源汽车中使用。
需要说明的是，本发明中所提供的星型结构的线芯，星型的内切圆的直径占外接圆的直径的25～35％，例如26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％或34％等。
优选地，所述缆芯的根数不低于2根，例如4根、5根、6根、7根、8根、9根或10根等。
优选地，所述铝合金导体由多根绞合在一起的铝合金丝组成。
优选地，所述铝合金导体的外径为0.7～2mm，例如0.9mm、1.1mm、1.3mm、1.5mm、1.7mm或1.9mm等
优选地，所述铝合金导体的电导率为61～62％IACS，例如61.1％IACS、61.2％IACS、61.3％IACS、61.4％IACS、61.5％IACS、61.6％IACS、61.7％IACS、61.8％IACS或61.9％IACS等。
优选地，所述铝合金丝的制备原料包括铝硼合金、稀土合金、镁锭和铁硅合金的组合。
优选地，所述铝合金丝中硼的质量百分含量为0.013～0.032％，例如0.015％、0.017％、0.019％、0.021％、0.023％、0.025％、0.027％、0.029％或0.031％等。
优选地，所述铝合金丝中稀土的质量百分含量为0.03～0.05％，例如0.032％、0.034％、0.036％、0.038％、0.04％、0.042％、0.044％、0.046％或0.048％等。
优选地，所述铝合金丝中镁的质量百分含量为0.3～0.4％，例如0.031％、0.032％、0.033％、0.034％、0.035％、0.036％、0.037％、0.038％或0.039％等。
优选地，所述铝合金丝中铁的质量百分含量为0.1～0.5％，例如0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％或0.45％等。
优选地，所述铝合金丝中硅的质量百分含量为0.3～0.6％，例如0.33％、0.36％、0.39％、0.42％、0.45％、0.48％、0.51％、0.54％或0.57％等。
本发明提供的信号传输线中所采用的铝合金导体可通过如下方法制备得到，所述方法包括如下步骤：
(A1)熔炼：将铝水温度控制为750～810℃，将无钠精炼剂混合氩气，通入铝水中并来回搅拌，时间15min，然后添加铝硼合金、稀土合金、镁锭、铁和硅合金；控制硼含量为0.013～0.032％，稀土含量为0.03～0.05％、镁含量为0.3～0.4％、铁含量为0.1～0.5％、硅含量为0.3～0.6％、杂质总量＜0.05％；
(A2)精炼：采用在线除气装置，通过采用氩气精炼，氩气压力控制在0.5～1.0MPa，流量控制在2～5m3/h，采用氩气除气及氢的扩散特性，在铝水中通入高纯惰性气体，游离的氢离子会扩散到惰性气体的气泡中，随着惰性气泡上浮，游离的氢离子将带离铝水，达到除气的效果，除气工序可以有效的把铝水中氢离子含量控制在0.1mg/100g，这样将会极大提高铝合金线杆的机械及电气性能；
(A3)合金丝热处理：通过控制热处理温度及冷却时间，使铝合金单丝达到规定的性能参数，使用在线退火装置，加热管长度4.5m，温度控制在410～460℃，铝线通过加热管的时间约为45s，采用去软水冷却，冷却时间约为30s；
(A4)合金丝绞合：采用微紧压绞合工艺，左向绞合，绞合节径比控制在16～20倍的绞合外径，微紧压为采用孔径比导体外径小0～0.05mm的模具进行导体紧压。
优选地，所述绝缘层的材料为聚乙烯。
作为本发明的优选技术方案，所述绝缘材料为聚乙烯，例如可以选择万马电缆科技有限公司生产的牌号为WMPE-4322L的聚乙烯，体积电阻率＞8.6×1015Ω·m，介电常数＞3.25，介质损耗角正切小于0.0006。
优选地，所述线芯的横截面为三角星型、四角星型、五角星型或六角星型中的任意一种。
作为本发明的优选技术方案，限定线芯的横截面为三角星型、四角星型、五角星型或六角星型中的任意一种，是因为新能源汽车用信号传输线电压普遍较低，一般为24V或36V，所以绝缘层的厚度不需要很厚，但信号线需要考虑到线芯间最大电容、电感、信号衰减及特性阻抗等信号指标，线芯间距应尽量放大，在不改变主要生产设备的前提下，设置线芯的横截面积为三角星型、四角星型、五角星型或六角星型中的任意一种，这样就可以在不改变线芯间距的情况下，节约绝缘材料60％左右，降低电缆的重量的同时节约了成本。优选地，所述绕包层为聚酯带绕包层。
优选地，所述绕包层的厚度为0.02～0.04mm，例如0.022mm、0.024mm、0.026mm、0.028mm、0.03mm、0.032mm、0.034mm、0.036mm或0.038mm等。
优选地，所述填充层为聚丙烯填充绳。
优选地，所述屏蔽层为铜丝屏蔽层。
优选地，所述铜丝屏蔽层中铜丝的单丝直径为0.12～0.3mm，例如0.14mm、0.16mm、0.18mm、0.2mm、0.22mm、0.24mm、0.26mm或0.28mm等。
优选地，所述外护套的材料为TPV材料。
作为本发明的优选技术方案，所述外护套的材料为TPV材料，TPV材料耐温达到-60～120℃，具有优异的耐候、耐油、耐磨、耐酸碱特性。
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述信号传输线的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将绝缘层的材料挤出并包覆在铝合金导体外，得到星型线芯；
(2)将两根步骤(1)得到的星型线芯对绞，得到线芯组；
(3)将绕包层的材料包覆在步骤(2)得到的线芯组外侧，得到缆芯；
(4)将步骤(3)得到的缆芯进行成缆绞合，并在空隙处放置填充层，得到缆芯组；
(5)在步骤(4)得到的缆芯组外编织屏蔽层的材料，并挤出包覆外护套的材料，，得到所述信号传输线。
优选地，步骤(1)所述挤出通过挤塑机进行。
优选地，所述挤塑机的螺杆的长径比不小于25，例如26、27、28、29或30等。
优选地，所述挤塑机的螺杆的压缩比为2～3，例如2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8或2.9等。
优选地，所述挤塑机的螺杆为双螺纹螺杆。
作为本发明的优选技术方案，在本发明提供的制备方法的步骤(1)中，铝合金导体进挤塑机机头前需要采用预热装置进行预热，导体预热温度为100～120℃，所述预热装置与挤塑机机头间距离不超过0.5m，且需要选用长径比≥25、压缩2～3的双螺纹螺杆。
作为本发明的优选技术方案，在本发明提供的制备方法的步骤(2)中对绞次数控制在每米30次以上，线对节距小于33mm，对绞后用包带进行绕包，保证线芯紧实。
优选地，步骤(4)所述编织的密度＞90％，例如91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％或98％等。
优选地，步骤(5)所述编织的角度为30～60°，例如35°、40°、45°、50°、55°、或60°等。
作为本发明的优选技术方案，在本发明提供的制备方法步骤(5)中，编织采用16锭编织机，编织密度控制在90％以上，编织角控制为30～60°，保证线芯紧实。
第三方面，本发明提供一种如第一方面所述的信号传输线在新能源汽车中的应用。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的用于新能源汽车的信号传输线包括至少1根缆芯、填充层、屏蔽层和外护套；所述缆芯由对绞在一起的两根线芯以及包覆在对绞在一起的两根线芯外侧的绕包层组成；所述线芯由铝合金导体和包覆在所述铝合金导体外的绝缘层组成，且所述线芯的横截面为星型；所述缆芯外侧依次包覆有屏蔽层和外护套，且所述缆芯和屏蔽层的空隙还包括填充层；所述信号传输线通过上述线芯结构的特殊设计以及搭配各层材料的特殊选择，使最终得到的信号传输线具有轻量化的优点，同时信号损耗小且安全性更高，完全适合在新能源汽车中使用。
附图说明
图1为实施例1提供的信号传输线的剖面结构示意图；
其中，1-铝合金导体，2-绝缘层，3-绕包层，4-填充层，5-屏蔽层，6-外护套。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
一种用于新能源汽车的信号传输线，其剖面结构示意图如图1所示，包括2根缆芯，缆芯由对绞在一起的两根线芯以及包覆在对绞在一起的两根线芯外的绕包层3组成，每根线芯均由铝合金导体1和包覆在所述铝合金导体1外的绝缘层2组成，且所述每根线芯的横截面均为五角星型，缆芯外侧依次包覆有屏蔽层5和外护套6，填充层填充在屏蔽层5和缆芯的空隙处；
其中，铝合金导体1由18根绞合在一起的铝合金丝(硼含量控制在0.013～0.032％；稀土含量控制在0.03～0.05％，镁含量控制在0.3～0.4％，铁含量控制在0.1～0.5％，硅含量控制在0.3～0.6％，杂质总量控制在＜0.05％；)组成，铝合金导体1的密度约为2.71g/cm，导电率为61.5％IACS，同截面铝合金导体的重量仅为铜导体的31％；
绝缘层2为聚乙烯绝缘层，万马电缆科技有限公司，牌号为WMPE-4322L；
绕包层3为聚酯带(汇东电缆材料有限公司，0.03#)；
填充层4为聚丙烯填充绳(江苏诺鸣电工材料有限公司，2000D)；
屏蔽层5为铜丝屏蔽层；
外护套6为TPV外护套(科盟、SITNR1215B HF)；
本实施例提供的信号传输线的制备方法包括如下步骤：
(1)将聚乙烯挤出并包覆在铝合金导体外，得到五角星型线芯；其中，铝合金导体进挤塑机机头前采用预热装置进行预热，导体预热温度为110℃，所述预热装置与挤塑机机头间距离不超过0.5m；且选用长径比≥25、压缩比为2～3的双螺纹螺杆挤塑机；
(2)将两根步骤(1)得到的五角星型线芯对绞，得到线芯组；其中，对绞次数控制在每米30次以上，线对节距小于33mm；
(3)将绕包层的材料包覆在步骤(2)得到的线芯组外侧，得到缆芯；
(4)在步骤(3)得到的缆芯外侧编织铜丝，采用16锭编织机，编织密度控制在90％以上，编织角控制为30～60°，再挤出包覆外护套的材料，并将填充层的材料填充在屏蔽层和缆芯之间的空隙处，得到所述信号传输线。
实施例2
一种信号传输线，其与实施例1的区别仅在于，包括4根缆芯，其他结构、参数和制备方法均与实施例1相同。
实施例3
一种信号传输线，其与实施例1的区别仅在于，包括单根缆芯，其他结构、参数和制备方法均与实施例1相同。
实施例4
一种信号传输线，其与实施例1的区别仅在于，线芯的横截面为四角星型，其他结构、参数和制备方法均与实施例1相同。
实施例5
一种信号传输线，其与实施例1的区别仅在于，线芯的横截面为三角星型，其他结构、参数和制备方法均与实施例1相同。
实施例6
一种信号传输线，其与实施例1的区别仅在于，采用常规聚氯乙烯(凯波、H-70PVC)替代牌号为WMPE-4322L的聚乙烯，其他结构、参数和制备方法均与实施例1相同。
对比例1
一种信号传输线，其与实施例1的区别仅在于，线芯的横截面为圆形，其他结构、参数和制备方法均与实施例1相同。
对比例2
一种信号传输线，其与实施例1的区别仅在于，采用铜导体替换铝合金导体，其他结构、参数和制备方法均与实施例1相同。
性能测试：
(1)质量：截取1米、不同类型的线芯，每种线芯各取5段进行称重并计算平均值，称重结果精确到小数点后1位；
(2)信号保留率：在电缆的一端连接信号发射装置，另一端连接无源自动接收机及一个AND栅极用来测试信号的衰减程度；
(3)安全性：将电缆连接电源进行测试，使用红外测温仪测量其表面平均温度，温度越低，电缆的安全性越好；
按照上述测试方法对实施例1～6和对比例1～2提供的信号传输线进行测试，测试结果如表1所示：
表1
根据表1数据可以看出：本发明提供的用于新能源汽车的信号传输线具有质轻、信号损耗低以及安全性高的优点。具体而言，实施例1～6得到的信号传输线的质量为297～812g/m，信号保留率为70～95％，安全性测试电缆表面的温度为24.6～27.6℃。
通过比较实施例1和对比例1可以发现，横截面为圆形的线芯得到的信号传输线的质量较大，信号保留率有所降低，说明信号损耗很差且安全性较差。
比较实施例1和对比例2可以看出，采用铜导体替换铝合金导体得到的信号传输线虽然信号保留率以及安全性都很高，但是质量较高，且铜导体的成本较高。
进一步比较实施例1和实施例6可以发现，采用常规聚氯乙烯替换WMPE-4322L的聚乙烯得到的信号传输线的信号保留率很低，说明信号损耗很高。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明一种用于新能源汽车的信号传输线及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述工艺步骤，即不意味着本发明必须依赖上述工艺步骤才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (16)

1.一种用于新能源汽车的信号传输线，其特征在于，所述信号传输线包括1根或2根缆芯、填充层、屏蔽层和外护套；
所述缆芯由对绞在一起的两根线芯以及包覆在对绞在一起的两根线芯外侧的绕包层组成；所述线芯由铝合金导体和包覆在所述铝合金导体外的绝缘层组成，且所述线芯的横截面为星型，所述星型的内切圆的直径占外接圆的直径的25~33%；
所述绝缘层的材料为聚乙烯；
所述聚乙烯的体积电阻率＞8.6×1015 Ω·m，介电常数＞3.25，介质损耗角正切小于0.0006；
所述铝合金导体的外径为0.7~2 mm；
所述铝合金导体由多根绞合在一起的铝合金丝组成；
所述铝合金丝的制备原料包括铝硼合金、稀土合金、镁锭和铁硅合金的组合；所述铝合金丝中硼的质量百分含量为0.013~0.032%；
所述铝合金丝中稀土的质量百分含量为0.03~0.05%；
所述铝合金丝中镁的质量百分含量为0.3~0.4%；
所述铝合金丝中铁的质量百分含量为0.1~0.5%；
所述铝合金丝中硅的质量百分含量为0.3~0.6%；
所述缆芯外侧依次包覆有屏蔽层和外护套，且所述缆芯和屏蔽层的空隙处还包含填充层；
所述线芯的横截面为三角星型、四角星型、五角星型或六角星型中的任意一种。
2.根据权利要求1所述的信号传输线，其特征在于，所述铝合金导体的电导率为61~62%IACS。
3.根据权利要求1所述的信号传输线，其特征在于，所述绕包层为聚酯带绕包层。
4.根据权利要求1所述的信号传输线，其特征在于，所述绕包层的厚度为0.02~0.04mm。
5.根据权利要求1所述的信号传输线，其特征在于，所述填充层为聚丙烯填充绳。
6.根据权利要求1所述的信号传输线，其特征在于，所述屏蔽层为铜丝屏蔽层。
7.根据权利要求6所述的信号传输线，其特征在于，所述铜丝屏蔽层中铜丝的单丝直径为0.12~0.3 mm。
8.根据权利要求1所述的信号传输线，其特征在于，所述外护套的材料为TPV材料。
9.一种如权利要求1~8任一项所述信号传输线的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
（1）将体积电阻率＞8.6×1015 Ω·m，介电常数＞3.25，介质损耗角正切小于0.0006的绝缘层材料聚乙烯挤出并包覆在铝合金导体外，得到星型线芯；
（2）将两根步骤（1）得到的星型线芯对绞，得到线芯组；
（3）将绕包层的材料包覆在步骤（2）得到的线芯组外侧，得到缆芯；
（4）将步骤（3）得到的缆芯成缆绞合，并在空隙处放置填充层，得到缆芯组；
（5）在步骤（4）得到的缆芯组外编织屏蔽层，并挤出包覆外护套的材料，得到所述信号传输线。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述挤出通过挤塑机进行。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述挤塑机的螺杆的长径比不小于25。
12.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述挤塑机的螺杆的压缩比为2~3。
13.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述挤塑机的螺杆为双螺纹螺杆。
14.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤（5）所述编织的密度＞90%。
15.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤（5）所述编织的角度为30~60°。
16.一种如权利要求1~8任一项所述的信号传输线在新能源汽车中的应用。
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