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，上海 201714)

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，上海 201714)

概述了新能源汽车及其充电设施的发展现状，梳理新能源汽车充电设施相关的系列技术标准，针对充电设施不同部件的应用需求，提供了改性塑料材料解决方案，并展望了改性塑料新型材料在充电设施上的工程化应用前景。

新能源汽车； 改性塑料； 充电设施

1 新能源汽车及充电设施发展概述

图1 新能源汽车及充电设施保有量统计图

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[1]。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。

2 充电设施及其技术要求简介

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)。

1-充电桩壳体；2-充电枪；3-控制组件；4-线缆组件图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》[2](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。

3 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。

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。

能够解决上文所提出之困难的能力，就是动感。胡塞尔认为，在一切对象构造中“必然涉及两种感觉……第一种是以侧显化的方式构成着事物本身的相应特征”[注][德]埃德蒙德·胡塞尔：《现象学的构成研究》，李幼蒸译，北京：中国人民大学出版社，2013年，第48页。 ，以及作为第二种感觉的动感：“在对第一种感觉的一切这样的把握中第二种感觉必然参与……后者相应地属于每一种构成的把握”[注]同上，第48页。 ，因此动感就贯穿于诸异质领域之中。

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。

表2 电动汽车充电设备非金属材料外壳技术规范

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[3]。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，以及其他弹性体材料，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。

表3 充电桩部件使用要求及材料推荐

4 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%[4]。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。

[1] 中国电动汽车充电基础设施促进联盟. 中国电动汽车充电基础设施发展年度报告2016—2017[R]. 北京：国家能源局，2017.

[2] 中国质量认证中心.CQC1305-2016电动汽车充电设备非金属材料外壳技术规范[S]. 北京：中国质量认证中心，2016.

[3] 中国质量认证中心. CQC1105-2014电动汽车传导充电系统电缆技术规范[S]. 北京：中国质量认证中心，2014.

[4] 曾祥萍. 我国确定制定停止生产销售传统能源汽车时间表[EB/OL].[2017-9-14].http://epaper.xxsb.com/html/content/2017-09/14/content_704538.html.

EngineeringApplicationProgressonModifiedPlasticsinNewEnergyVehiclesChargingFacilities

XIAJian-meng,DINGZheng-ya,ZHANGYong

(Shanghai Kingfa SCI. & TECH. Co.,Ltd.，Shanghai Engineering Research Center for Functionalization of Engineering Plastics，Shanghai 201714, China)

This paper summarized the development of new energy vehicles and charging facilities, combed a series of technical standards for new energy vehicles charging facilities, and provided modified plastic materials solutions to meet the application requirements of charging facilities for different parts, and prospected the engineering application of the new types of modified plastic materials in charging facilities.

new energy vehicles； modified plastics； charging facilities

夏建盟(1972—)，男，硕士，高级工程师，主要从事高分子材料改性及应用研究工作。

U 465.4+1

A

1009-5993(2017)04-0022-05

2017-11-20)

巴斯夫塑料添加剂提高屋顶耐用性，助力中国建筑节能

■TPO屋顶防水卷材采用的Chimassorb®2020稳定剂在恶劣天气条件下提供长效保护

■TPO屋顶防水卷材帮助节约能源

■可调节添加量以满足不同地区的需要

巴斯夫塑料添加剂Chimassorb®2020被东方雨虹用于中国多座商业建筑屋顶施工中。这种出色的屋顶系统防水材料可保护TPO屋顶防水卷材和屋顶免受磨损，并防止其在极端高温和强烈日照下快速老化。

屋顶必须经受各种不可预测及恶劣天气条件的考验：极端高温、大风、雨、冻雨、冰雹、暴雪和温度大幅变化等等。要长时间承受这些气候条件极为不易，这对屋顶的耐用性提出了严峻的考验。

TPO屋顶防水卷材通常含有加工稳定剂，以便在挤出或压延时保护卷材；同时还通过光稳定剂和热稳定剂防止高温老化和光老化。否则，这些卷材就会很快开裂，造成屋顶漏水。巴斯夫特性化学品部亚太区高级副总裁欧达富介绍道：“如果不使用光稳定剂，TPO屋顶防水卷材会快速老化。为此，巴斯夫提供了品质一流的加工稳定剂和长效稳定剂产品系列。它们都在巴斯夫上海的实验室中经过了严格的测试。”通过烘箱老化和人工气候老化模拟各种恶劣的高温和气候条件。结果显示，采用巴斯夫聚合物配方和稳定方案生产的TPO屋顶防水卷材可经受最恶劣的气候条件的考验，达到了现行的屋顶施工和防水标准要求。

热塑性聚烯烃(TPO)卷材生产商东方雨虹TPO屋顶防水卷材业务部技术研发经理刘志维表示：“利用基于Chimassorb 2020的稳定剂技术，我们成功达到了ASTM D6878新标准对TPO屋顶防水卷材配方的技术要求。新标准对屋顶防水卷材在长时间极端高温天气下的性能要求进行了调整。我们的目标是为客户提供更耐用的防水产品和更优质的施工服务。”

TPO屋顶防水卷材的另一优势在于100%可回收，因而有助于减少碳足迹，更加环境友好。回收TPO屋顶防水卷材进可防止其在填埋垃圾中堆积，帮助建筑业主节约废物清理费用。

此外，得益于良好的紫外线反射性能，TPO屋顶防水卷材的节能特性也受到客户高度赞誉。研究显示，浅色屋顶的表面温度远低于深色屋顶。建筑表面越凉爽，空调用量越少，自然也就越节能。

巴斯夫可调节塑料添加剂的添加量以满足不同地区的要求。公司与德国宇航局(DLR)联合开发的全球紫外辐射图工具有助于更好地预测塑料在特定环境下的预期使用寿命，降低因气候条件造成产品失效的风险。通过这样的方式，客户可以选择合适的稳定系统，优化添加量，从而保护塑料材料。