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      新能源汽車專題(六) | 充得更快,開得更遠

      2023/12/1 10:00:21 來源:聚風傳媒 關鍵詞:聚風塑料網

      隨著消費者對電動汽車的需求增加,以及減排方面的立法以及城鎮化進程的上升,消費者和政策制定者都在呼吁使用更可持續發展和更先進的汽車,且不會損失性能或安全性。即使是保守的估計也表明,在我們今天所處的20年代結束之前,世界上至少有三分之二的汽車將是電動的(含純電動和混合動力)。汽車行業工程師和材料供應商正在共同幫助推進這一重大進步,將其從概念帶到現實。這是令我們塑料行業激動人心的時刻,但汽車制造商及材料供應商也得面對事實 - 技術的飛躍帶來了一系列挑戰。


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      電池容量和車輛的續航里程是其中最大的挑戰之一,當消費者考慮轉向駕駛電動車時,他們腦海里常會出現的大問題是:車子一次充滿電后能開多遠?給電池充滿電需要多長時間?在其他所有安全和性能要求中,航程最大化和充電時間最短化被視為電動車吸引消費者和奪取市場份額的葵花寶典。簡而言之,有競爭力的電池一次充滿了可走得更遠,充電所花費的時間也更短。


      本公眾號推出的新能源汽車專題已經分別對車身輕量化、一體化成型、鋰電池隔膜、貫穿式車燈、內飾幾個方面的發展創新進行了探討。而充電系統是電動車設計上一個獨特的部件,也自有其一套苛刻的材料要求,本文將為您提供此領域的最新信息。



      電動汽車推廣之瓶頸:供電設備


      越來越多的人開始選擇電動汽車(EV)和插電式混合動力車,但是由于電動汽車充電站網絡密度不夠,充電站數量上缺乏,難以像汽油加油站一樣易于車輛使用,因此電動汽車的大規模普及受到嚴重阻礙,乃至人們對電動汽車與供電設備之間關系的認識陷入了“是先有雞還是先有蛋”的困惑之中。


      無論是政府、企業、汽車原始設備制造商,還是私人家庭,都在應對電動汽車基礎設施的挑戰。城市中開始為電動汽車預留配備交流充電樁的停車位,比如越來越多連鎖超市的停車場中,開始出現免費的充電停車位。很多企業也將其配車轉向電動汽車,通常還會配備可再生能源供應以及相應的設施充電器。汽車制造商正在開發充電速度更快、可提供更多能量以延長續航里程的電動汽車電池。他們與運營商合作,開始在高速公路沿線和市中心以外的地點布點,打造更廣泛的快速直流充電網絡。個體家庭也開始為自己的電動汽車安裝壁掛式交流充電器。


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      充電行業所有這些創新都需要經過試驗和測試印證的材料,以滿足不斷增長的全球充電基礎設施需求。



      充電系統對塑料材料的性能要求


      電動車的充電系統主要由快充、慢充、低壓充電和制動能量回收四項功能組成。具體地,快充功能由直流充電接口(帶高壓線束)、動力電池等組成,商用直流快速充電電壓>500 V,可產生> 50 kW的功率,可為大多數車輛充滿電只需15-30分鐘;慢充功能由交流充電接口(帶高壓線束)、車載充電器、動力電池等組成,家用交流充電電壓為120 V,可產生1.4 kW的功率,需要8-12小時才能充滿電。


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      對于電動車的充電系統而言,最重要的材料屬性有以下幾條,提供保護作用,并產生時尚美觀的外觀。


      ◆耐久性是最重要的標準。EV充電樁必須能夠長年承受嚴酷的室外條件,不僅要能適應高溫、強紫外線和多沙環境,甚至還可以承受北極沿海地區的零下低溫和長時間海水接觸。在各種各樣的極端條件下,材料必須始終保持其關鍵特性,比如沖擊強度、色牢度和表面質量等。


      ◆在較寬的溫度范圍(-40℃至+80℃)和環境條件(例如高濕度)下具有電絕緣性。


      ◆外觀的可塑性也是一個重要考量。充電系統使用的材料應能夠提供豐富的顏色、形狀和裝飾選擇,以適應公共到私人電動充電站安裝的不同情況。


      ◆此外,所使用的材料還應該具有環保、節能等特性。使用循環材料制造塑料零件,單個組件可在充電系統使用壽命結束后重復使用。


      電動交通成功與否取決于可靠和有效的充電基礎設施。一些材料供應企業專門開發的材料解決方案可滿足與不同充電水平相關的一系列嚴格的電氣和機械要求,應用于壁掛式充電器、充電樁等電動汽車充電基礎設施之中,引領未來電動汽車創新。



      應用案例

      ●充電樁與壁掛盒

      充電樁和壁掛盒安全高效地管理從電網到電動汽車電池的安全高效電力傳輸。壁箱專為住宅的交流充電而設計,而充電樁則專用于商業和公共場所的高功率快速直流充電,其外殼旨在保護內部的電氣電子組件免受環境影響,例如光、天氣、安全、機械沖擊和故意破壞,以促進充電樁在整個生命周期內的安全電力管理。


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      充電樁


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      壁掛盒


      材料巨頭科思創公司與薄膜技術的領導者庫爾茲公司、注塑設備領域重要玩家住友德馬格公司聯手,共同開發出新一代電動汽車壁盒充電器。全新產品集設計靈活性、多功能性和低碳足跡(可持續性)于一體,采用了科思創的??寺? RE聚碳酸酯和??烁?薄膜材料解決方案,結合庫爾茲的設計技術和住友德馬格的注塑成型技術。三方共同構思出了“從車輛到電網(V2G)”雙向充電的可持續充電概念,這意味著不僅能夠通過家用太陽能系統為車輛充電,而且還能夠通過車輛充電電池為電網供電。該壁盒配備了顯示屏、背光和觸摸控件,將不再是單純的功能性充電器,而是提供廣泛的設計可能性 - 兼具視覺吸引力和一系列智能功能,以助力未來的電動出行。此外,極其節能和精確的住友德馬格全電動注塑機以高效和節約資源的方式生產這種壁盒充電器,從而提高可持續性。


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      住友德馬格全電動注塑機


      預計中國到2025年將占全球一半左右的電動汽車市場,因此充電基礎設施是實現電動汽車普及化的關鍵。特別是高功率的充電樁,可以改善電動汽車充電的可行性和消費者體驗。因為需要承載更高的電流和電壓負荷,所以應用于高功率充電樁的材料承受的環境條件往往更加苛刻,這些充電樁需要采用高性能的材料制成,能在高溫下展現優異的機械性能及具備高尺寸穩定性。去年9月19日,配合巴斯夫工程塑料裝置在中國廣東湛江的一體化基地的落成,巴斯夫公司和新能源汽車高壓連接系統解決方案提供商 - 巴斯巴科技發展有限公司展示了采用巴斯夫創新材料解決方案制造的概念超級充電樁(見下圖)。Ultramid? 聚酰胺(PA)、Ultramid? Advanced聚鄰苯二甲酰胺(PPA)、Ultradur?聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)及Elastollan?熱塑性聚氨酯(TPU)被用于制造概念超級充電樁的各種部件,包括電子外殼、充電槍、斷路器、開關、安全部件、電纜和冷卻系統。概念超級充電樁所采用的材料具備杰出的機械性能,包括阻燃性和電絕緣性。


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      ●充電插頭(充電槍)和插座

      充電插頭和插座有助于電動汽車與充電基礎設施(例如壁箱、充電樁)之間安全、輕松的連接。這些系統必須提供獨立于環境條件的功能、易于使用并且能夠承受惡劣環境的考驗。


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      電動汽車充電插頭是塞拉尼斯Frianyl? PA材料成功進入這一關鍵且快速增長的應用的成功范例。Frianyl? PA 牌號B3 GF25 V0 BK 9005/P/F1專為需要自熄性能和良好機械性能的電氣應用而設計,符合電動汽車充電插頭最高安全標準所需的所有認證。該公司以經濟高效的方式滿足嚴格的監管要求,并提供優質車主應得的觸感和美觀。


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      ●連接器和電纜

      到目前為止,提高電動車的續航里程,往往通過增加電池尺寸,或配備高效的AC/DC逆變器和DC/DC轉換器或高效的交流電機來實現。這些選項都是有效的,但它們會增加車輛的重量。最高效的電動汽車將采用微型組件設計,增加電池的電壓,來達到更高的功率/重量比和功率/空間比。未來,老司機們充一次電就能夠長距離駕駛,并可以為電池快速充電,提升沿途的駕駛體驗。然而,為了確保車輛安全,高壓充電對用于連接器和絕緣部件的材料提出了更嚴格的要求。


      高壓充電系統要求用于連接器和電纜的材料以及絕緣材料具有更高的相對漏電起痕指數(CTI),這將會很大程度上降低絕緣材料端子間表面漏電起弧甚至是燃燒的風險。目前絕大多數材料標定的最高CTI 值為600V,并且大部分儀器測試范圍也僅有600V。帝斯曼公司是唯一一家在其產品組合中擁有CTI600V以上材料的塑料制造商。他們的ForTiiTX1聚合物在UL94標準0.4mm厚度下等級為V-0,CTI為900V;0.2mm厚度下等級為V-0,CTI為875V。AkulonSG-KGS6/HV聚合物的CTI為700V。所有這些材料均不含磷和鹵素。


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      未來已來

      預計到2030年,全球新能源車產量將會占據汽車總產量的70%,總體而言電動化是大勢所趨。展望那個時候的城市出行方式,電動出行有望成為新常態。電動汽車在充電方面的發展將呈現出四個主要趨勢:


      1.充電地點開始從家庭逐漸轉向公共和半公共充電站,讓更多的人可以使用EV充電方式。2.交流充電走向商業化的同時,直流快速充電也呈不斷攀升之勢。3.市場對集成式充電解決方案的需求不斷增長,即將硬件、軟件和服務融合在一起。

      4.“車輛到電網”(V2G)、充電中心和更智能充電解決方案等新充電技術,將實現廣泛的應用。


      另有機構預計到2027年,電動汽車供電設備的市場規模將達到297億美元,各國為環保所設立的目標,加上政府和汽車制造商開展的眾多項目,將成為充電基礎設施發展的主要動力。


      未來不僅是屬于電動車的,而且未來已來!

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      未來的電動汽車充電站

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