铝导线-汽车轻量化

来源：•作者：线束世界-Jimmy•2021-04-02 15:56

汽车轻量化一直是汽车界研究的热点，作为汽车神经系统的线束是电气设备中重要的组成部分，是绝对不可忽略的。线束的轻量化能够有效降低整车的重量，达到提高燃油经济性和减少排放的目的，并且在汽车的其他使用性能方面也得到提升，同时它还可以降低线束的成本。铝导线技术现在成为一个研究方向及潮流，今天我们就来聊聊这个铝导线。

一.铜导线和铝导线的技术经济性分析

	铜线	铝线
密度	8.9	2.7
熔点(摄氏度）	1083	660
热膨胀系数	16.6	23
重量（同等导电能力）	重（100%）	轻（60%）
截面积（同等导电能力）	100%	160%
延展性	好	一般
机械强度（同等截面积）	好	差
柔软性能（同等导电能力）	好	一般
抗振动（同等截面积）	好	一般
抗疲劳强度	好	差
弹性模量	高（11.7）	低（7.6）
弯曲半径	小	大
抗氧化	一般	好
耐腐蚀	好	差
导电性能	好	一般
电阻率	低（100%）	高（160%）
载流量（同等截面积）	高	低
价格	高	低
压接性能	好	差
焊接性能	好	好

首先，铝（Al）的重量比铜（Cu）轻三分之二左右，这种轻型材料可以降低电缆线束的整体重量。即使考虑到导电性和密度的关系，具有相同电阻的铝线仍然比同等的铜线轻50% 左右。这种减重对于降低燃料消耗具有重要作用，此外还能减少二氧化碳排放。轻型结构对于具有备用驱动系统的车辆（混合或电动汽车）来说同等重要，在电动模式下，可大大增加车辆行驶里程，从而有助于减小蓄电池的大小和重量。

其次，铝是一种供应量充足、容易获取的导电用的基础材料，而铜的资源有限，属于“投资型”金属。这意味着铝的价格将相对稳定且低于铜的价格，对成本有着比较好的控制。粗略比较，铝的价格约为铜的价格的三分之一。

二. 导体选择原则

固定敷设用的布电线一般采用铜线芯。

（1）导体材料应根据负荷性质、环境条件、市场货源等实际情况选择铜芯或铝芯。

（2）下列场合不应采用铝芯线缆：

a）需要确保长期运行中连接可靠的回路，如重要电源、重要的操作回路及二次回路、电机的励磁回路等；

b）移动设备的线路及振动场所的线路；

c）对铝有腐蚀的环境；

d）高温环境、潮湿环境、爆炸及火灾危险环境；

e）应急系统及消防设施的线路；

f）工业及市政工程、户外工程的布电线（分支配电线）；

g）非熟练人员容易接触的线路，如公共建筑与居住建筑；

h）线芯截面6mm2及以下的电缆。

（3）下列场合应采用铝导体：

a）对铜有腐蚀而对铝腐蚀相对较轻的环境；

b）氨压缩机房。

c）架空输电线路；

d）较大截电的中频线路。

三.铝导线的种类和应用

基于铝导线的特点，铝导线厂家开发了多种形状的铝导线，主要应用有下面三种，选择铝导线时除了像铜导线考虑其电气性能，还需要根据所用区域的空间，周边环境等因素综合考虑。

铝导体线束的体积比铜导线要大，在线束布置时是需要考虑线束的安装空间。对于大平方铝导线主要在一些设计中考虑铝导线从车身下面通过，有效节约车内空间。铝导线的塑性优于铜导线，根据安装要求，可以将铝导线压制成型，与车身完全贴合，节省了车内空间，提高了产品的可靠性。铝导线的韧性比铜差，在选用铝导线时，需要尽量避免用在高频振动的区域，一般发动机线束不选用铝导线。

铝导线的应用难题

铝作为导线材料，除了强度之外，还有其他一些不利属性需要考虑：

1.该轻质合金在机械负载下从80℃左右开始出现蠕变趋势加剧，而铜要在230℃以上才会在一定程度上出现这一现象。因此，线束上铝和铜的连接点必须做特殊设计，从而保证产品生命周期内不丧失电气性能。

2.如果铝—铜连接点处出现潮气，铜（0.3V）和铝（-1.69V）之间就会出现电位差，导致两种金属中较活泼的金属—铝发生溶解。我们必须采取措施防止这种不良效应。

3.铝是一种韧性金属，对折弯很敏感。铝的机械强度只有铜的三分之一。用作导线材料时，为了达到电线本身以及连接点的拔出力强度要求，必须考虑这些属性。拔出力由汽车制造厂商决定，一般标准规定为60 至90牛顿之间。

4.另一个技术挑战就是铝会形成致密并且极其坚硬的氧化层。该氧化层在保护材料不受循环腐蚀的同时，还兼有很强的绝缘特性。因此，要实现良好的电气连接，需要在压接时彻底破坏氧化层。

有部分厂家没有放弃铝导线的使用，继续研究其合金的拉伸强度是否可以弥补其纯铝导线的不足。例如以某导线生产厂家的铝导线开发为例。为满足0.75mm2的铝导线可代替0.5 mm2的铜导线为目标，设定铝导线，金导线的导电率目标满足58%IACS，拉伸强度目标满足110Mpa。虽然纯铝的导电率能达62%IACS，但其拉伸强度只有70MPa。那么就需要在铝导线内增加第二种金属，最优是铁，但是分析铁的比例后发现满足导电率的要求后加工性能下降。所以继续增加第三种金属，第三种元素既要满足加工性能对铁缺陷的补偿即MS要小，又要拉伸强度的固溶量要高，所以镁恰恰合适。

这样掺有另外两种金属的铝合金就很好的替代了铜合金导线，即在导电率和拉伸强度上满足了设计要求，也大大降低了导线的重量。但是同时也面临一个问题，那就是与之配合的端子及端子的压接成为了新的课题。