改性塑料在新能源汽车充电设施上

的工程化应用进展

夏建盟，丁正亚，张  永

（上海金发科技发展有限公司，上海市工程塑料功能化工程技术研究中心）

关键词：新能源汽车；改性塑料；充电设施

中图分类号：U 465.4⁺1 文献标志码：A 文章编号：1009-5993(2017)04-

新能源汽车及充电设施发展概述

新能源汽车代表世界汽车产业的发展方向，加快推进新能源汽车产业化，不仅有利于技术进步和节能减排，还能促进我国汽车产业的可持续发展。我国新能源汽车研究和产业化开始于上世纪末，进入本世纪后，在国家一系列政策的推动下发展迅速，特别是在2012年国务院印发《节能与新能源汽车产业发展规划（2012—2020）》，将新能源汽车的发展上升到国家发展战略后，我国的新能源汽车产业进入爆发式增长阶段(见图1)。根据中汽协的统计，2016年我国新能源汽车销售量达到50.7万量，保有量达到95.8万辆，继2015后连续两年保持全球第一。

充电设施作为新能源汽车的标准配置，是与新能源汽车相伴相生的，是新能源汽车推广应用的基础和保障，特别是在电池性能、单次充电行驶里程短期不能显著提高的情况下，直接影响到新能源汽车的发展。近几年来，我国相继出台各项产业政策，大力推动充电基础设施（充电桩/充电站）的建设。2015年9月，国务院印发《关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见》，提出建设“桩站先行，适度超前，智能高效”的充电基础设施体系，全面覆盖城市公共领域、高速沿线、私人小区、单位内部等区域。国家能源局作为充电基础设施行业管理部门，不断完善充电设施政策体系，会同有关部门出台了《电动汽车充电基础设施发展指南（2015—2020年）》（发改能源[2015]1454号）、《关于加快居民区电动汽车充电基础设施建设的通知》（发改能源[2016]1611号）、《电动汽车充电基础设施接口新国标的实施方案》（发改能源[2016]2688号）、《关于加快单位内部电动汽车充电基础设施建设的通知》（国能电力[2017]19号）等产业政策，指导各地编制电动汽车充电基础设施发展规划，组织成立充电基础设施促进联盟，促进行业健康可持续发展。目前，中国已成为充电基础设施发展最快的国家，《中国电动汽车充电基础设施促进联盟年报2016-2017》发布结果显示，截止到 2016 年底，公共类充电桩建设、运营数量接近 15 万个，保有量全球第一。2015—2020年，将建成充电桩480万个，充电站1.2万座，并通过智能服务平台实现全国充电基础设施信息和支付互联互通，满足新能源汽车用户的充电需求。

图1  新能源汽车及充电设施保有量统计图

新能源汽车充电设施主要包括充电桩和充电站，其中以充电桩为主。充电桩按工作时输出的电流类型可分为交流和直流两种。交流充电桩与交流电网220 V/380 V连接，其本身并不具备充电功能，只是单纯提供电力输出，还需要连接电动汽车车载充电机实施充电。由于车载充电机的功率较小，所以交流充电桩不能实现快速充电，但因其充电电流小，对电池寿命影响及对电网的冲击相对也较小，适用于有固定停车处及没有快速充电要求的场合。直流充电桩俗称快充，与交流380 V电网连接，输出为持续可调直流电，直接为电动汽车的动力电池充电。由于直流充电桩采用三相四线制供电，可以提供足够的功率，输出的电压和电流调整范围大，可以实现快充的需求，但同时对电池的使用寿命影响及对电网的冲击相比交流充电桩要明显增大，一般适用于高速服务区等需要快速充电的场合。充电桩根据安装场所的不同，一般有落地式和壁挂式两种，其结构均由壳体、充电枪（连接件）、控制组件（内部元器件）和线缆组件组成（见图2）。

图2  充电设施结构示意图

充电桩使用强电工作，且连续工作时间长，特别是直流充电桩为达到快速充电的目的，工作电流较大，更为重要的是可能会与人接触，所以其整体安全性能要求很高。此外，充电桩的使用工况环境较为复杂，必须满足不同地区的气候环境，如南方沿海地区的高温、高湿及盐雾腐蚀，高寒地区的低温撞击，高海拔地区高强紫外线照射，以及部分污染严重地区的酸雨腐蚀等。因此，针对充电桩的工作性质和工作环境等因素，必须有相关的技术标准来进行规范，以保障充电桩的安全使用。

国外由于新能源汽车起步早，充电桩的标准制定较早且相对完善，主要有美国UL和欧洲IEC两种标准，其中UL标准，对整机的使用环境进行了充分的考虑，对材料的机械、阻燃、电气和环境老化等方面的要求都有细致的规定。我国相关标准的制定则相对较晚，2011年12月27日，工业和信息化部公布了由国家能源局、工业和信息化部组织、电力企业联合会和中国汽车技术研究中心等机构共同起草的有关电动汽车充电接口和通信协议的四项国家标准已经批准发布，于2012年3月1日起实施。2015年12月底，质检总局、国家标准委、国家能源局、工信部、科技部等部门联合在京发布了新修订的《电动汽车传导充电系统  第1部分：一般要求》、《电动汽车传导充电用连接装置 第1部分：通用要求》、《电动汽车传导充电用连接装置  第2部分：交流充电接口》等5项电动汽车充电接口及通信协议国家标准，新标准于2016年1月1日起正式实施。新标准对充电接口和通信协议进行了全面系统的规范，为充电设施质量保证体系提供了技术保障，确保了电动汽车与充电设施的互联互通，对促进电动汽车产业政策落地，增强购买使用电动汽车消费信心将起到积极的促进作用。但上述标准只是针对充电桩主机或主要部件的技术要求，对于所使用的材料则没有明确的要求，对生产厂家选择材料起不到有效的指导作用。 

表1 充电设施国内外标准汇总

中国质量认证中心(CQC)于2016年4月24日发布了国内首个《电动汽车充电设备非金属材料外壳技术规范》（见表2），该技术规范从充电桩的实际使用环境出发，通过对材料耐老化、耐候、耐低温冲击、阻燃、耐热、电气绝缘等方面性能的考核，来评价材料是否能够达到长期使用要求。

表2  电动汽车充电设备非金属材料外壳技术规范

改性塑料在充电设施上的应用

改性塑料材料作为先进高分子材料的重要组成部分，已广泛应用于家电、汽车、电子电气等各个领域。针对充电设施行业，改性塑料行业部分领先企业，已经针对高分子材料在充电桩上的应用进行了充分研究，有能力提供针对充电桩的高分子材料整体解决方案。

综合针对充电设施的相关技术标准，参照其他类似应用领域的需求，转化成对材料的具体性能要求（见表3），结合不同材料对应的性能，可以对充电桩的不同部件提供对应的改性塑料材料解决方案。

表3  充电桩部件使用要求及材料推荐

3.1  充电桩壳体

充电桩壳体作为充电桩的对外防护部件，不仅需要满足运输、安装和使用过程中可能发生碰撞的保护要求，还必须适合复杂的使用工况环境，所用材料需要有一定的机械强度、电气绝缘性和阻燃性要求，同时兼具优良的耐候性能、低温冲击性能、耐腐蚀性能和加工性能。推荐使用无卤阻燃PC材料或无卤阻燃PC合金材料，如无卤阻燃PC/ABS、PC/ASA、PC/PBT材料等，包括使用免喷涂技术的组合，可以做成不同的外观颜色，满足不同使用场合的个性化需求。

3.2  充电枪及连接系统

充电枪及连接系统具体包括充电枪壳体和连接头。充电枪外壳，除需要阻燃性能、电绝缘性能、耐候性能外，还要有良好刚性和韧性，避免跌落和车辆辗压造成的损坏，同时兼顾良好的外观。材料方面推荐无卤阻燃耐候PC及其合金材料。充电连接头，包括插座和插头，直接与导线转接，需要优异的电绝缘性、阻燃性能、耐热性能，同时为满足长期插拔的使用寿命要求，材料需要优异的力学性能。推荐使用无卤阻燃增强尼龙材料。

3.3  内部控制系统组件

内部控制系统组件主要包括电源模块、接触器、断路器、散热风扇等。参照常用电源系统及低压电器行业的材料应用，可使用无卤阻燃增强PA或PBT材料。散热风扇推荐在IT行业广泛使用的阻燃增强PBT或PPE材料。

3.4  线缆组件

充电桩使用的线缆主要包括电源线和信号控制线，在CQC发布的《电动汽车传导充电系统电缆技术规范》中，对充电桩线缆的结构、额定电压、使用温度、允许弯曲半径以及耐久性等方面都做了详细规定。高分子材料主要应用在线缆的内护层和外护套方面，内护层可以使用无卤阻燃TPE、TPU，外护套可以使用PVC、无卤阻燃弹性体等。

随着新能源汽车的持续推广和应用，充电设施的小型化和轻量化将会是未来的发展方向，一些高性能的新型改性塑料材料，如PPS、PPO、PEEK等，以及其他弹性休材料，均有可能在充电设施中进行工程化应用，这对改性塑料在新能源汽车中的应用有着很好的促进作用。

结论与展望

全球汽车产业生态正在重构，不少国家纷纷调整发展战略，加快新能源汽车的产业布局。目前，全球已有6个国家公开发表声明，将全面禁止传统能源车，其中法国、英国将在2040年启动，德国、印度将在2030年启动，挪威、荷兰将在2025年启动。我国已经启动传统能源车停产停售时间表研究，计划到2025年，我国新能源车的销量将至少占汽车总销量的20%。加快充电基础设施发展，是落实国家能源战略、大气污染防治行动计划和节能减排的重要战略举措。可以预见未来的几年，随着新能源汽车的蓬勃发展，充电设施也将会进入高速发展期，高分子材料在充电设施上的应用也将逐步规范。作为改性塑料行业，需要紧跟新能源汽车和充电设施的发展，提前在材料方面进行技术储备，大力开发适用于充电设施的新型改性塑料材料，持续为充电设施设备提供整体材料解决方案。

小编推荐

Recommended 

2018全国改性塑料产业创新与发展论坛

议程安排新鲜出炉！

改性大咖 · 深入议题 · 圆桌峰会

节目抽奖 · 精彩互动

！！！ 

▼论坛议程▼

5月29日	代表报到
5月30日（周三）
08:30-09:00	开幕式
时间	报告题目	报告专家及单位
09:00-09:25	上汽集团乘用车公司非金属材料开发应用策略	狄春峰 非金属材料科分析技术经理 上海汽车集团股份有限公司
09:25-09:50	基于高性能化的聚烯烃改性技术发展及应用	刘乐文 通用塑料部部长 上海金发科技发展有限公司
09:50-10:15	塑料中的瑰宝--滑石产品新工艺新材料	于祥民 董事长 辽宁鑫达滑石集团有限公司
10:15-10:40	纳米复合功能高分子材料研究进展	施利毅 科技园区总经理 上海大学
10:40-10:55	茶歇
圆桌峰会
10:55-12:00	嘉宾	单位
	上海化工研究院有限公司
	黄河生-总经理	上海金发科技发展有限公司
	李宏-副董事长	上海普利特复合材料股份有限公司
	陈晓东-总经理	上海日之升新技术发展有限公司
	辛敏琦-总经理	上海锦湖日丽塑料有限公司
	李兰杰-副总裁	上海杰事杰新材料（集团）股份有限公司
	黄岐善-新材料事业部总经理	万华化学集团股份有限公司
12：00-13:00	午餐
13：00-13:25	热分析技术在塑料及其改性中的应用	贺经纬 技术应用顾问 梅特勒-托利多国际贸易（上海）有限公司
13:25-13:50	民用航空热塑性复合材料的应用动态及研究进展	杨  洋 热塑性复合材料专业总师 上海飞机制造有限公司
13:50-14:15	先进高分子材料发展动态与展望	王精晔 市场总监 上海杰事杰新材料（集团）股份有限公司
14:15-14:40	光稳定剂在汽车内饰材料中的应用 应用进展及展望	张  超 研发主管 宿迁联盛科技有限公司
14:40-15:05	高分子材料无卤阻燃解决方案	叶  文 功能材料事业部副部长 上海化工研究院有限公司
15:05-15:20	茶歇
15:20-15:45	PP亲水改性及其在家电产品上的应用	熊玉明 材料技术实验室主任 美的集团中央研究院
15:45-16:10	创新助剂赋能ABS，助力材料高性能化	朱从山 市场主管 佳易容相容剂江苏有限公司
16:10-16:35	待定	万华
16:35-17:00	科莱恩阻燃剂为电动汽车车用塑料提供安全保障	戴莹莹 技术市场工程师 科莱恩（中国）有限公司
17:00-17:25	待定	广东伊之密精密机械股份有限公司 （拟邀）
18:00-20:00	欢迎晚宴（节目表演+抽奖互动）
5月31日（周四）
时间	报告题目	报告专家及单位
09:00-09:25	NAFILean----天然纤维复合材料	游雨龙 全球技术与标准化工程师 佛吉亚（中国）投资有限公司
09:25-09:50	电气安全塑料在电动汽车的应用	周海堤 销售经理 上海日之升科技有限公司
09:50-10:15	美学创造价值--免喷涂美学塑料的最新进展	朱亚明 市场开发经理 上海锦湖日丽塑料有限公司
10:15-10:40	绿色环保聚丙烯材料在新能源汽车中的应用	吴  俊 技术专家 上海普利特复合材料股份有限公司
10:40-10:55	茶歇
10:55-11:20	待定	朱敏敏 销售总监 东西贸易（上海浦东新区）有限公司
11:20-11:45	待定	沙特基础工业公司
11:45-13:00	午餐
13:00-16:00	参观上汽乘用车公司中心试验室

注：会场—上海浦东华美达酒店，最终议程或有变动，以最终现场报告顺序为准。

点击下列标题  阅读更多专栏

| 【行业资讯】索尔维高韧生物相容性Radel® PPSU助力开发医用器械HAART 300主动脉瓣瓣环成形术器械包中的测瓣器

|【塑料视野】改性塑料国内市场需求分析

|【行业资讯】博禄携软包装创新解决方案旗舰品牌ANTEO™ 亮相2018国际橡塑展

|【行业资讯】塑料也有黑科技 | 钢化吸能塑料来了！（一）

|【深度好文】白岩松：信仰缺失下的迷茫

上海塑料

欢迎投稿（论文、项目介绍、新技术、单位新闻、招聘招生等）合作

联系电话：13818657644

邮箱：sh-plastics@srici.cn

文章若涉及版权问题请联系编辑部

联系电话：021-52808220

文章来源于 《上海塑料》编辑部

文章版权归作者及来源所有

转载文章不代表上海塑料立场

《上海塑料》期刊征稿进行时！
点击阅读原文 
了解我们 快速投稿！