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铝导体电缆在汽车上的应用
施爱伟
摘要：
铝的导电率仅次于铜，
而比重还
不到铜的
1/3
，
以铝代替传统的铜作
为汽车布线的导
电材料，
可以大大降低车内电气布线系统的重量
，
减少能源消耗从而减少排放，
对车辆的安全、
节能和环保都有好处。
铝的资源丰富，
价格相对低廉<
/p>
有利于车辆的成本控制。成为一个新的发
展趋势。本文分析了汽车使用铝电缆的可行性，方式方法，存在的问题和解决途径。以便于汽
< br>车电气布线设计的时的优化和选型。
关键词：
铝芯电缆，铝导体，铝汽车
电缆，线束，电缆组件
1
．引言
汽
车电缆一贯是以铜作为导体材料。用铜绞线作为导体的汽车电线，具有低的电阻，高的
热
传导率、抗疲劳和机械强度，而且加工容易，技术成熟。近年来，铜金属的价格一升再升，
使用铜金属做导体的汽车电线的成本急剧增加，我国每年需要进口大量铜，铜的价格受国际市
< br>场影响波动非常大，给汽车电气行业造成很多不确定因素。
我国铝资源极为丰富，价格相对低廉。国内电工用铝和铝合金产品品种齐全，货源充足。
以铝代铜是一条降低成本的途径，适合我国的国情。
铝导
体用于汽车电线不仅仅降低成本，而且也大大降低重量，对于车辆的安全节能很有好
处。
现代车辆技术的发展趋向于节约燃料和改善车辆的和尾气排放，另外从安全考虑将蓄电池
从引擎盖下目前趋于移到储物仓中。电瓶线长度达
6m
，要求电
阻不大于
1m
Ω
。这两方面都直
接与车辆的重量有关，
这就提供了一个促进因素去研究，
是否有较轻的可用在车辆上的替代物，
比如铝。根据资料，轿车上每取得
100
公斤的质量减少，平均每
100
公里可节省
0.35
L
燃料和
每公里可减少
9
g
二氧化碳排放。此外，这种汽车的重量减少是在不影响旅游安全的情况下
完
成，因此在汽车行业的铝部件的应用大大减少了环境污染，并减少通过汽车尾气管道温
室气体
的排放。铝的回收很容易，从而可节省
95
％的原铝生产所需的能源，有助于保护环境。
近年
汽车的重量增加已引起人们的重视，尽管事实上，重量会直接转换成燃料的消耗和尾
气的
排放。这种趋势是来自消费者的喜好和制造商推荐更舒适，更安全的汽车，为改善这些车
辆的性能参数而采用大型部件从而使重量增大。
汽车设计引进
铝部件的另一个优势是提高了功率重量比，提高了车辆的加速和缩短制动距
离。此外，汽
车的重量减少可以用较用小的刹车器即可取得满意的刹车性能，即在路面出现紧
急事故较
轻的车是比较容易控制，从而提高了驾驶人，其他旅客，道路上行人的安全系数。
用低成本的铝代替铜材方面国内外都取得了重要突破，
而日本在上世
纪
90
年代即已制定了
铝汽车电线的标
准
JASO
D603
，最新版本是<
/p>
2011
版。德国也制定了铝汽车电线的行业标准
（
LV112-2
）
，铝汽车
电线的国际标准也在制定中（
ISO
6722-2
）
。
2
铝的特性
地壳中约含有
8
％的铝的化合物，所
以铝是最普通的金属元素。铝大多数以铝土矿的形式
存在，这里面含有铝和铁的混合物。
提炼过程首先转化成氧化铝，然后在熔炉里转化成金属的
形式。铝可以与其它元素融合，
以获得要求的物理属性，比如铜、镁、硅和锌。铝及铝合金种
类众多，应用在汽车导体的
铝主要为以下
2
类，
：
电工铝，
1350
（
Al
：
99.5%
）
，
（
1370
（
Al
：
99.7%
< br>）
合金铝：
1310-50<
/p>
（
AiMgSi
合金）
< br>8310
等
铝和铜之间的要点比较概括如下：
铝线与铜线在重量和直径相同的条件下，铝线与铜线的长度比
10
：
3
。购
买
1
吨铝线体积
相当于购买了
3.3
吨铜线。
铝的电阻率比铜的高，
这意味着对于在一个给定的电压降下，
铝导体必须有较大横截面积。
对应
95
，
7
0
，
50
，
3
5mm2
的铜线，铝线的截面积应是：
150
< br>，
120
，
80
，
50
。
< br>铝的价格比铜便宜得多，比重轻，在相同载流量的条件下，重量降低
50%
，成本降低
80%
3
．铝导体在汽车电线上的应用分析
a
）
电瓶线
电瓶线截面积大。耗铜多，重
量重，成本高，并且主要用于发动机舱里，空间开阔，不受
体积增大的影响，
最适合使用铝导体。
电瓶线用铝可以采用价格低廉
,
性能优良
,
导电率高的电工
铝
b
）
线束原线，
线束原线在长度上占有汽
车导线的绝对比例，如果采用铝线，为了保证相同的载流量，一
般选择的截面积要增大一
个等级，外径会随之增大，这样线束的体积会变大从而妨碍装车，对
于用线量很多的高档
次车辆是不合适的，但对于我国大量存在的低档轿车，卡车和农用车，也
应该是可行的。
线束用线随着截面积的变小，对于导体的机械性能要求更高，一般要采用合金
铝，国外通
常使用
131050
铝合金，这种材料机械强度好，导电率又高
，国内是否有合适材料，
有待研究。
虽然目前铜包铝线也比较普及，
铜包铝材料铜包铝线的加工使用性能更好，
拉制相对容易，
容易接头，压端子。容易被用户接受。但几个关键因素制约着
铜包铝的普及。一是铜包铝不易
回收，浪费资源。和循环经济不协调。二是铜包铝价格贵
，重量比铝重，综合成本高，重量和
成本的减低有限。
4
．尺寸、成本、重量分析
采用铝线，一般在规格上提高一个档次，即可满足原有电缆载流量需要，无需改变原有接
线端子规格系列，以方便使用。根据铜导体和铝导体的电阻率并结合其密度可以计算出成本节
约量。在相同的电阻和载流量下，铝导体和铜导体相比尺寸增大，而重量却降低
52%
，成本减
少
86%<
/p>
。
5
．铝电线存在的问题
5.1
接头的问题
考虑到使用铝作为铜的替
代物的关键问题是采用一个可信赖的方式实现电缆与终端端子的
互联。几种因素共同促成
要做到这点与铜相比更加困难。
1
）
当曝露
在空气中时，金属铝表面会很快氧化。氧化铝是电气绝缘材料。电缆和接线端
之间的表面
电阻会显著升高。
2
）
铝较低
的抗张强度妨碍有效的使用传统的压接技术。尽管最初的压接可能产生一个可
接受的电阻
。铝在外力作用下冷变形，压接的趋势将最终导致分界面变得不密闭，促使氧化产
生。<
/p>
3
）
铝的高延伸系数加剧上面第
2
部分概
括的情况，比如接缝处试验温度从环境条件和通
过自加热影响导致偏移。
基于上面概括的铝的特性，遵循以下要点的任何过程都可能会是可行的：
1
）
去除铝的氧化面；通过用压接端子接触面替代导体的氧化表面。
2
）
确保接缝是无缝的，密闭的；通过填充环氧树脂在终端和负载之间，然后在烤箱里迅
速使接缝愈合。
3
）
接头稳
固，防止冷和热交变：一个全面的粘接剂线形收缩套管提供额外的对周围环境
的保护。<
/p>