夏建盟，丁正亞，張 永

(上海金發(fā)科技發(fā)展有限公司 上海市工程塑料功能化工程技術(shù)研究中心，上海 201714)

改性塑料在新能源汽車充電設(shè)施上的工程化應(yīng)用進(jìn)展

夏建盟，丁正亞，張 永

(上海金發(fā)科技發(fā)展有限公司 上海市工程塑料功能化工程技術(shù)研究中心，上海 201714)

概述了新能源汽車及其充電設(shè)施的發(fā)展現(xiàn)狀，梳理新能源汽車充電設(shè)施相關(guān)的系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)充電設(shè)施不同部件的應(yīng)用需求，提供了改性塑料材料解決方案，并展望了改性塑料新型材料在充電設(shè)施上的工程化應(yīng)用前景。

新能源汽車； 改性塑料； 充電設(shè)施

1 新能源汽車及充電設(shè)施發(fā)展概述

圖1 新能源汽車及充電設(shè)施保有量統(tǒng)計(jì)圖

充電設(shè)施作為新能源汽車的標(biāo)準(zhǔn)配置，是與新能源汽車相伴相生的，是新能源汽車推廣應(yīng)用的基礎(chǔ)和保障，特別是在電池性能、單次充電行駛里程短期不能顯著提高的情況下，直接影響到新能源汽車的發(fā)展。近幾年來(lái)，我國(guó)相繼出臺(tái)各項(xiàng)產(chǎn)業(yè)政策，大力推動(dòng)充電基礎(chǔ)設(shè)施(充電樁/充電站)的建設(shè)。2015年9月，國(guó)務(wù)院印發(fā)《關(guān)于加快電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》，提出建設(shè)“樁站先行，適度超前，智能高效”的充電基礎(chǔ)設(shè)施體系，全面覆蓋城市公共領(lǐng)域、高速沿線、私人小區(qū)、單位內(nèi)部等區(qū)域。國(guó)家能源局作為充電基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)管理部門，不斷完善充電設(shè)施政策體系，會(huì)同有關(guān)部門出臺(tái)了《電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南(2015—2020年)》(發(fā)改能源[2015]1454號(hào))、《關(guān)于加快居民區(qū)電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的通知》(發(fā)改能源[2016]1611號(hào))、《電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施接口新國(guó)標(biāo)的實(shí)施方案》(發(fā)改能源[2016]2688號(hào))、《關(guān)于加快單位內(nèi)部電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的通知》(國(guó)能電力[2017]19號(hào))等產(chǎn)業(yè)政策，指導(dǎo)各地編制電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展規(guī)劃，組織成立充電基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)聯(lián)盟，促進(jìn)行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。目前，中國(guó)已成為充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展最快的國(guó)家，《中國(guó)電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)聯(lián)盟年報(bào)2016—2017》發(fā)布結(jié)果顯示，截止到 2016 年底，公共類充電樁建設(shè)、運(yùn)營(yíng)數(shù)量接近 15 萬(wàn)個(gè)，保有量全球第一[1]。2015—2020年，將建成充電樁480萬(wàn)個(gè)，充電站1.2萬(wàn)座，并通過(guò)智能服務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)全國(guó)充電基礎(chǔ)設(shè)施信息和支付互聯(lián)互通，滿足新能源汽車用戶的充電需求。

2 充電設(shè)施及其技術(shù)要求簡(jiǎn)介

新能源汽車充電設(shè)施主要包括充電樁和充電站，其中以充電樁為主。充電樁按工作時(shí)輸出的電流類型可分為交流和直流兩種。交流充電樁與交流電網(wǎng)220 V/380 V連接，其本身并不具備充電功能，只是單純提供電力輸出，還需要連接電動(dòng)汽車車載充電機(jī)實(shí)施充電。由于車載充電機(jī)的功率較小，所以交流充電樁不能實(shí)現(xiàn)快速充電，但因其充電電流小，對(duì)電池壽命影響及對(duì)電網(wǎng)的沖擊相對(duì)也較小，適用于有固定停車處及沒(méi)有快速充電要求的場(chǎng)合。直流充電樁俗稱快充，與交流380 V電網(wǎng)連接，輸出為持續(xù)可調(diào)直流電，直接為電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池充電。由于直流充電樁采用三相四線制供電，可以提供足夠的功率，輸出的電壓和電流調(diào)整范圍大，可以實(shí)現(xiàn)快充的需求，但同時(shí)對(duì)電池的使用壽命影響及對(duì)電網(wǎng)的沖擊相比交流充電樁要明顯增大，一般適用于高速服務(wù)區(qū)等需要快速充電的場(chǎng)合。充電樁根據(jù)安裝場(chǎng)所的不同，一般有落地式和壁掛式兩種，其結(jié)構(gòu)均由殼體、充電槍(連接件)、控制組件(內(nèi)部元器件)和線纜組件組成(見(jiàn)圖2)。

1-充電樁殼體；2-充電槍；3-控制組件；4-線纜組件圖2 充電設(shè)施結(jié)構(gòu)示意圖

充電樁使用強(qiáng)電工作，且連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)，特別是直流充電樁為達(dá)到快速充電的目的，工作電流較大，更為重要的是可能會(huì)與人接觸，所以其整體安全性能要求很高。此外，充電樁的使用工況環(huán)境較為復(fù)雜，必須滿足不同地區(qū)的氣候環(huán)境，如南方沿海地區(qū)的高溫、高濕及鹽霧腐蝕，高寒地區(qū)的低溫撞擊，高海拔地區(qū)高強(qiáng)紫外線照射，以及部分污染嚴(yán)重地區(qū)的酸雨腐蝕等。因此，針對(duì)充電樁的工作性質(zhì)和工作環(huán)境等因素，必須有相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行規(guī)范，以保障充電樁的安全使用。

國(guó)外由于新能源汽車起步早，充電樁的標(biāo)準(zhǔn)制定較早且相對(duì)完善，主要有美國(guó)UL和歐洲IEC兩種標(biāo)準(zhǔn)，其中UL標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)整機(jī)的使用環(huán)境進(jìn)行了充分的考慮，對(duì)材料的機(jī)械、阻燃、電氣和環(huán)境老化等方面的要求都有細(xì)致的規(guī)定。我國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定則相對(duì)較晚，2011年12月27日，工業(yè)和信息化部公布了由國(guó)家能源局、工業(yè)和信息化部組織、電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)和中國(guó)汽車技術(shù)研究中心等機(jī)構(gòu)共同起草的有關(guān)電動(dòng)汽車充電接口和通信協(xié)議的四項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)批準(zhǔn)發(fā)布，于2012年3月1日起實(shí)施。2015年12月底，質(zhì)檢總局、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委、國(guó)家能源局、工信部、科技部等部門聯(lián)合在京發(fā)布了新修訂的《電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng) 第1部分：一般要求》、《電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置 第1部分：通用要求》、《電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置 第2部分：交流充電接口》等5項(xiàng)電動(dòng)汽車充電接口及通信協(xié)議國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，新標(biāo)準(zhǔn)于2016年1月1日起正式實(shí)施。新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)充電接口和通信協(xié)議進(jìn)行了全面系統(tǒng)的規(guī)范，為充電設(shè)施質(zhì)量保證體系提供了技術(shù)保障，確保了電動(dòng)汽車與充電設(shè)施的互聯(lián)互通，對(duì)促進(jìn)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)政策落地，增強(qiáng)購(gòu)買使用電動(dòng)汽車消費(fèi)信心將起到積極的促進(jìn)作用。但上述標(biāo)準(zhǔn)只是針對(duì)充電樁主機(jī)或主要部件的技術(shù)要求，對(duì)于所使用的材料則沒(méi)有明確的要求，對(duì)生產(chǎn)廠家選擇材料起不到有效的指導(dǎo)作用。

表1 充電設(shè)施國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)匯總

中國(guó)質(zhì)量認(rèn)證中心(CQC)于2016年4月24日發(fā)布了國(guó)內(nèi)首個(gè)《電動(dòng)汽車充電設(shè)備非金屬材料外殼技術(shù)規(guī)范》[2](見(jiàn)表2)。該技術(shù)規(guī)范從充電樁的實(shí)際使用環(huán)境出發(fā)，通過(guò)對(duì)材料耐老化、耐候、耐低溫沖擊、阻燃、耐熱、電氣絕緣等方面性能的考核，來(lái)評(píng)價(jià)材料是否能夠達(dá)到長(zhǎng)期使用要求。

3 改性塑料在充電設(shè)施上的應(yīng)用

改性塑料材料作為先進(jìn)高分子材料的重要組成部分，已廣泛應(yīng)用于家電、汽車、電子電氣等各個(gè)領(lǐng)域。針對(duì)充電設(shè)施行業(yè)，改性塑料行業(yè)部分領(lǐng)先企業(yè)，已經(jīng)針對(duì)高分子材料在充電樁上的應(yīng)用進(jìn)行了充分研究，有能力提供針對(duì)充電樁的高分子材料整體解決方案。

綜合針對(duì)充電設(shè)施的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，參照其他類似應(yīng)用領(lǐng)域的需求，轉(zhuǎn)化成對(duì)材料的具體性能要求(見(jiàn)表3)，結(jié)合不同材料對(duì)應(yīng)的性能，可以對(duì)充電樁的不同部件提供對(duì)應(yīng)的改性塑料材料解決方案。

3.1 充電樁殼體

充電樁殼體作為充電樁的對(duì)外防護(hù)部件，不僅需要滿足運(yùn)輸、安裝和使用過(guò)程中可能發(fā)生碰撞的保護(hù)要求，還必須適合復(fù)雜的使用工況環(huán)境，所用材料需要有一定的機(jī)械強(qiáng)度、電氣絕緣性和阻燃性要求，同時(shí)兼具優(yōu)良的耐候性能、低溫沖擊性能、耐腐蝕性能和加工性能。推薦使用無(wú)鹵阻燃PC材料或無(wú)鹵阻燃PC合金材料，如無(wú)鹵阻燃PC/ABS、PC/ASA、PC/PBT材料等，包括使用免噴涂技術(shù)的組合，可以做成不同的外觀顏色，滿足不同使用場(chǎng)合的個(gè)性化需求。

能夠解決上文所提出之困難的能力，就是動(dòng)感。胡塞爾認(rèn)為，在一切對(duì)象構(gòu)造中“必然涉及兩種感覺(jué)……第一種是以側(cè)顯化的方式構(gòu)成著事物本身的相應(yīng)特征”[注][德]埃德蒙德·胡塞爾：《現(xiàn)象學(xué)的構(gòu)成研究》，李幼蒸譯，北京：中國(guó)人民大學(xué)出版社，2013年，第48頁(yè)。 ，以及作為第二種感覺(jué)的動(dòng)感：“在對(duì)第一種感覺(jué)的一切這樣的把握中第二種感覺(jué)必然參與……后者相應(yīng)地屬于每一種構(gòu)成的把握”[注]同上，第48頁(yè)。 ，因此動(dòng)感就貫穿于諸異質(zhì)領(lǐng)域之中。

3.2 充電槍及連接系統(tǒng)

充電槍及連接系統(tǒng)具體包括充電槍殼體和連接頭。充電槍外殼，除需要阻燃性能、電絕緣性能、耐候性能外，還要有良好剛性和韌性，避免跌落和車輛輾壓造成的損壞，同時(shí)兼顧良好的外觀。材料方面推薦無(wú)鹵阻燃耐候PC及其合金材料。充電連接頭，包括插座和插頭，直接與導(dǎo)線轉(zhuǎn)接，需要優(yōu)異的電絕緣性、阻燃性能、耐熱性能，同時(shí)為滿足長(zhǎng)期插拔的使用壽命要求，材料需要優(yōu)異的力學(xué)性能。推薦使用無(wú)鹵阻燃增強(qiáng)尼龍材料。

表2 電動(dòng)汽車充電設(shè)備非金屬材料外殼技術(shù)規(guī)范

3.3 內(nèi)部控制系統(tǒng)組件

內(nèi)部控制系統(tǒng)組件主要包括電源模塊、接觸器、斷路器、散熱風(fēng)扇等。參照常用電源系統(tǒng)及低壓電器行業(yè)的材料應(yīng)用，可使用無(wú)鹵阻燃增強(qiáng)PA或PBT材料。散熱風(fēng)扇推薦在IT行業(yè)廣泛使用的阻燃增強(qiáng)PBT或PPE材料。

3.4 線纜組件

充電樁使用的線纜主要包括電源線和信號(hào)控制線，在CQC發(fā)布的《電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng)電纜技術(shù)規(guī)范》中，對(duì)充電樁線纜的結(jié)構(gòu)、額定電壓、使用溫度、允許彎曲半徑以及耐久性等方面都做了詳細(xì)規(guī)定[3]。高分子材料主要應(yīng)用在線纜的內(nèi)護(hù)層和外護(hù)套方面，內(nèi)護(hù)層可以使用無(wú)鹵阻燃TPE、TPU，外護(hù)套可以使用PVC、無(wú)鹵阻燃彈性體等。

隨著新能源汽車的持續(xù)推廣和應(yīng)用，充電設(shè)施的小型化和輕量化將會(huì)是未來(lái)的發(fā)展方向，一些高性能的新型改性塑料材料，如PPS、PPO、PEEK等，以及其他彈性體材料，均有可能在充電設(shè)施中進(jìn)行工程化應(yīng)用，這對(duì)改性塑料在新能源汽車中的應(yīng)用有著很好的促進(jìn)作用。

表3 充電樁部件使用要求及材料推薦

4 結(jié)論與展望

全球汽車產(chǎn)業(yè)生態(tài)正在重構(gòu)，不少國(guó)家紛紛調(diào)整發(fā)展戰(zhàn)略，加快新能源汽車的產(chǎn)業(yè)布局。目前，全球已有6個(gè)國(guó)家公開(kāi)發(fā)表聲明，將全面禁止傳統(tǒng)能源車，其中法國(guó)、英國(guó)將在2040年啟動(dòng)，德國(guó)、印度將在2030年啟動(dòng)，挪威、荷蘭將在2025年啟動(dòng)。我國(guó)已經(jīng)啟動(dòng)傳統(tǒng)能源車停產(chǎn)停售時(shí)間表研究，計(jì)劃到2025年，我國(guó)新能源車的銷量將至少占汽車總銷量的20%[4]。加快充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展，是落實(shí)國(guó)家能源戰(zhàn)略、大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃和節(jié)能減排的重要戰(zhàn)略舉措。可以預(yù)見(jiàn)未來(lái)的幾年，隨著新能源汽車的蓬勃發(fā)展，充電設(shè)施也將會(huì)進(jìn)入高速發(fā)展期，高分子材料在充電設(shè)施上的應(yīng)用也將逐步規(guī)范。作為改性塑料行業(yè)，需要緊跟新能源汽車和充電設(shè)施的發(fā)展，提前在材料方面進(jìn)行技術(shù)儲(chǔ)備，大力開(kāi)發(fā)適用于充電設(shè)施的新型改性塑料材料，持續(xù)為充電設(shè)施設(shè)備提供整體材料解決方案。

[1] 中國(guó)電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)聯(lián)盟. 中國(guó)電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展年度報(bào)告2016—2017[R]. 北京：國(guó)家能源局，2017.

[2] 中國(guó)質(zhì)量認(rèn)證中心.CQC1305-2016電動(dòng)汽車充電設(shè)備非金屬材料外殼技術(shù)規(guī)范[S]. 北京：中國(guó)質(zhì)量認(rèn)證中心，2016.

[3] 中國(guó)質(zhì)量認(rèn)證中心. CQC1105-2014電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng)電纜技術(shù)規(guī)范[S]. 北京：中國(guó)質(zhì)量認(rèn)證中心，2014.

[4] 曾祥萍. 我國(guó)確定制定停止生產(chǎn)銷售傳統(tǒng)能源汽車時(shí)間表[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，碩士，高級(jí)工程師，主要從事高分子材料改性及應(yīng)用研究工作。

U 465.4+1

A

1009-5993(2017)04-0022-05

2017-11-20)

巴斯夫塑料添加劑提高屋頂耐用性，助力中國(guó)建筑節(jié)能

■TPO屋頂防水卷材采用的Chimassorb?2020穩(wěn)定劑在惡劣天氣條件下提供長(zhǎng)效保護(hù)

■TPO屋頂防水卷材幫助節(jié)約能源

■可調(diào)節(jié)添加量以滿足不同地區(qū)的需要

巴斯夫塑料添加劑Chimassorb?2020被東方雨虹用于中國(guó)多座商業(yè)建筑屋頂施工中。這種出色的屋頂系統(tǒng)防水材料可保護(hù)TPO屋頂防水卷材和屋頂免受磨損，并防止其在極端高溫和強(qiáng)烈日照下快速老化。

屋頂必須經(jīng)受各種不可預(yù)測(cè)及惡劣天氣條件的考驗(yàn)：極端高溫、大風(fēng)、雨、凍雨、冰雹、暴雪和溫度大幅變化等等。要長(zhǎng)時(shí)間承受這些氣候條件極為不易，這對(duì)屋頂?shù)哪陀眯蕴岢隽藝?yán)峻的考驗(yàn)。

TPO屋頂防水卷材通常含有加工穩(wěn)定劑，以便在擠出或壓延時(shí)保護(hù)卷材；同時(shí)還通過(guò)光穩(wěn)定劑和熱穩(wěn)定劑防止高溫老化和光老化。否則，這些卷材就會(huì)很快開(kāi)裂，造成屋頂漏水。巴斯夫特性化學(xué)品部亞太區(qū)高級(jí)副總裁歐達(dá)富介紹道：“如果不使用光穩(wěn)定劑，TPO屋頂防水卷材會(huì)快速老化。為此，巴斯夫提供了品質(zhì)一流的加工穩(wěn)定劑和長(zhǎng)效穩(wěn)定劑產(chǎn)品系列。它們都在巴斯夫上海的實(shí)驗(yàn)室中經(jīng)過(guò)了嚴(yán)格的測(cè)試?！蓖ㄟ^(guò)烘箱老化和人工氣候老化模擬各種惡劣的高溫和氣候條件。結(jié)果顯示，采用巴斯夫聚合物配方和穩(wěn)定方案生產(chǎn)的TPO屋頂防水卷材可經(jīng)受最惡劣的氣候條件的考驗(yàn)，達(dá)到了現(xiàn)行的屋頂施工和防水標(biāo)準(zhǔn)要求。

熱塑性聚烯烴(TPO)卷材生產(chǎn)商?hào)|方雨虹TPO屋頂防水卷材業(yè)務(wù)部技術(shù)研發(fā)經(jīng)理劉志維表示：“利用基于Chimassorb 2020的穩(wěn)定劑技術(shù)，我們成功達(dá)到了ASTM D6878新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)TPO屋頂防水卷材配方的技術(shù)要求。新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)屋頂防水卷材在長(zhǎng)時(shí)間極端高溫天氣下的性能要求進(jìn)行了調(diào)整。我們的目標(biāo)是為客戶提供更耐用的防水產(chǎn)品和更優(yōu)質(zhì)的施工服務(wù)?！?/p>

TPO屋頂防水卷材的另一優(yōu)勢(shì)在于100%可回收，因而有助于減少碳足跡，更加環(huán)境友好?；厥誘PO屋頂防水卷材進(jìn)可防止其在填埋垃圾中堆積，幫助建筑業(yè)主節(jié)約廢物清理費(fèi)用。

此外，得益于良好的紫外線反射性能，TPO屋頂防水卷材的節(jié)能特性也受到客戶高度贊譽(yù)。研究顯示，淺色屋頂?shù)谋砻鏈囟冗h(yuǎn)低于深色屋頂。建筑表面越?jīng)鏊?，空調(diào)用量越少，自然也就越節(jié)能。

巴斯夫可調(diào)節(jié)塑料添加劑的添加量以滿足不同地區(qū)的要求。公司與德國(guó)宇航局(DLR)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的全球紫外輻射圖工具有助于更好地預(yù)測(cè)塑料在特定環(huán)境下的預(yù)期使用壽命，降低因氣候條件造成產(chǎn)品失效的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)這樣的方式，客戶可以選擇合適的穩(wěn)定系統(tǒng)，優(yōu)化添加量，從而保護(hù)塑料材料。