2021年，中國新能源汽車銷量超350萬輛，占汽車總銷量的比例達(dá)到13%，增速快于大家預(yù)期。有輿論認(rèn)為，目前充電設(shè)施裝配不足已經(jīng)成為制約新能源汽車快速發(fā)展的重要原因。這個問題，從十一、春節(jié)等假日期間高速路上電動汽車排長龍充電可見一斑。
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圖源：搜狐新聞
據(jù)統(tǒng)計，截至2021年底，全國充電設(shè)施規(guī)模達(dá)到261.7萬臺，換電站1298座，服務(wù)近800萬輛新能源汽車。
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圖源：人民網(wǎng)
在2022年全國兩會上，全國人大代表、奇瑞控股集團(tuán)黨委書記、董事長尹同躍便提交了加強(qiáng)頂層設(shè)計?優(yōu)化新能源車充電設(shè)施建設(shè)的提案。未來，充電設(shè)施可能會有快速的發(fā)展，從而帶動相關(guān)行業(yè)發(fā)展。
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充電設(shè)施組成及性能要求法規(guī)簡介
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。充電樁按工作時輸出的電流類型可分為交流和直流兩種。
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新能源汽車充電口
交流充電樁與交流電網(wǎng)220V/380V連接，其本身并不具備充電功能，只是單純提供電力輸出，還需要連接電動汽車車載充電機(jī)實施充電。
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交流充電樁與交流插頭 圖源：搜狐
由于車載充電機(jī)的功率較小，所以交流充電樁不能實現(xiàn)快速充電，但因其充電電流小，對電池壽命影響及對電網(wǎng)的沖擊相對也較小，適用于有固定停車處及沒有快速充電要求的場合。
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直流充電樁與直流插頭 ?圖源：搜狐
直流充電樁俗稱快充，與交流380V電網(wǎng)連接，輸出為持續(xù)可調(diào)直流電，直接為電動汽車的動力電池充電。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，可以實現(xiàn)快充的需求，但同 時對 電池 的使用壽命影響及對電網(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 的場合 。
國內(nèi)外的充電樁原理大同小異，但外形略有區(qū)別，大致如下：
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?交流與直流充電插頭差異 ?圖源：搜狐
充電樁根據(jù)安裝場所的不同，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。
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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)工作時間長，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，針對充電樁必須有相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行規(guī)范，以保障充電樁的安全使用。
國外由于新能源汽車起步早，充電樁的標(biāo)準(zhǔn)制定較早且相對完善，主要有美國 UL和歐洲IEC兩種標(biāo)準(zhǔn)，其中UL標(biāo)準(zhǔn)對整機(jī)的使用環(huán)境進(jìn)行了充分的考慮，對材料的機(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。
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我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定相對較晚，2015年12月底，質(zhì)檢總局、國家標(biāo)準(zhǔn)委、 國家能源局、工信部、科技部等部門聯(lián)合在京發(fā)布了新修訂的《電動汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng)第1部分：一般要求》、《電動汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置第1部分：通用要求》、《電動汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置第２部分：交流充電接口》等５項電動汽車充電接口及通信協(xié)議國家標(biāo)準(zhǔn)，新標(biāo)準(zhǔn)于2016年1月1日起正式實施 。
新標(biāo)準(zhǔn)對充電接口和通信協(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，確保了電動汽車與充電設(shè)施 的互聯(lián)互通，對促進(jìn)電動汽車產(chǎn)業(yè)政策落地，增強(qiáng)購 買使用電動汽車消費信心將起到積極的促進(jìn)作用。但上述標(biāo)準(zhǔn)只是針對充電樁主機(jī)或主要部件的技術(shù)要求，對于所使用的材料則沒有明確的要求，對生產(chǎn)廠家選擇材料起不到有效的指導(dǎo)作用。
中國質(zhì)量認(rèn)證中心（CQC）于2016年4月24日發(fā)布了國內(nèi)首個《電動汽車充電設(shè)備非金屬材料外殼技術(shù)規(guī)范》。該技術(shù)規(guī)范從充電樁的實際使用環(huán)境出發(fā)，通過對材料耐老化、耐候、耐低溫沖擊、阻燃、耐熱、電氣絕緣等方面性能的考核，來評價材料是否能夠達(dá)到長期使用要求。
電動汽車充電設(shè)備非金屬材料外殼技術(shù)規(guī)范
檢測項目
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依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)
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要求值
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灼熱絲起燃溫度
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GB/T 5169.13
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≥775℃
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阻燃等級
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GB/T5169.16
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V-0/1.5mm
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球壓溫度
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GB/T 5169.21
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≥85℃，或環(huán)境中預(yù)期可能達(dá)到的最高溫度
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漏電起痕指數(shù)
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GB/T 4207
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≥175℃
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加速老化測試
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GB/T 16422.2(方法A)
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（彎曲強(qiáng)度、簡支梁/懸臂梁沖擊強(qiáng)度）≥70%材料初始性能；色牢度（GB/T 250）≥4級
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耐化學(xué)環(huán)境測試
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GB/T 11547 試液A∶2%硫酸溶液;試液B∶10%氯化鈉溶液;浸泡時間∶168h;浸泡溫度∶70 ℃
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（彎曲強(qiáng)度、簡支梁/懸臂梁沖擊強(qiáng)度）≥50%材料初始性能
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耐低溫沖擊
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GB/T 2423.1（試驗方法 Ad）
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低溫沖擊后材料按GB/T 1843/U 測試懸臂梁沖擊強(qiáng)度，不應(yīng)出現(xiàn)破壞現(xiàn)象，低溫沖擊后材料按GB/T1043.1/leU 測試簡支梁沖擊強(qiáng)度，不應(yīng)出現(xiàn)破壞現(xiàn)象
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綜合針對充電設(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)化成對材料的具體性能要求，結(jié)合不同材料對應(yīng)的性能，可以對充電樁的不同部件提供對應(yīng)的改性塑料解決方案。
部件
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應(yīng)用需求
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材料性能要求
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材料推薦
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充電樁殼體
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阻燃，耐候，耐沖擊（常溫/低溫），耐酸堿鹽霧腐蝕，良外觀
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阻燃V-0/1.5mm，GWIT≥775℃，CTI≥175V，球壓≥85℃，高耐候，冷熱循環(huán)及低溫沖擊，耐酸堿化學(xué)腐蝕
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無鹵阻燃耐候PC及其合金
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充電槍外殼
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電氣絕緣，阻燃，耐候，抗碾壓，抗跌落
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阻燃V-0/1.5mm，高介電強(qiáng)度，耐候，低溫沖擊，高CTI，高GWIT
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無鹵阻燃耐候PC
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插頭插座
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絕緣，無鹵阻燃，尺寸穩(wěn)定，耐長期插拔
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阻燃V-0/1.5mm，GWFI960℃，CTI＞600V，高介電強(qiáng)度，力學(xué)優(yōu)異
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無鹵阻燃增強(qiáng)PA
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內(nèi)部控制元件
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無鹵阻燃，絕緣性好，尺寸穩(wěn)定，易激光標(biāo)識
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阻燃V-0/1.5mm，GWFI960℃，CTI＞600V，易激光打標(biāo)
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無鹵阻燃增強(qiáng)PA，PBT
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散熱風(fēng)扇
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阻燃，耐熱，低噪，動平衡性能好
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無鹵阻燃，高耐熱，尺寸穩(wěn)定
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無鹵阻燃增強(qiáng)PBT，PPE
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連接線纜
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絕緣，阻燃，耐候，抗碾壓，耐彎折
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無鹵阻燃，絕緣，低溫柔韌，耐溫
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PVC，無鹵阻燃TPU/TPE/彈性體類
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充電樁殼體作為充電樁的對外防護(hù)部件，不僅需要滿足運輸、安裝和使用過程中可能發(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。
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充電樁 ?圖源：電車之家
推薦使用無鹵阻燃PC材料或無鹵阻燃PC合金材料，如無鹵阻燃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，滿足不同使用場合的個性化需求。
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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，同時兼顧良好的外觀。材料方面推薦無鹵阻燃耐候PC及其合金材料。
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充電槍 ?圖源：博拉圖? ?
充電插頭及插座
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，同時為滿足長期插拔的使用壽命要求，材料需要優(yōu)異的力學(xué)性能。推薦使用無鹵阻燃增強(qiáng)尼龍材料。
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，可使用無鹵阻燃增強(qiáng)PA或PBT材料。
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接觸器
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斷路器? ? ? ?
散熱風(fēng)扇
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。
充電樁使用的線纜主要包括電源線和信號控制線，在CQC發(fā)布的《電動汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng)電纜技術(shù)規(guī)范》中，對充電樁線纜的結(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。
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充電槍TPE線纜 ?圖源：公牛
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)層可以使用無鹵阻燃TPE、TPU，外護(hù)套可以使用PVC、無鹵阻燃彈性體等。
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是未來的發(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。
可以預(yù)見未來的幾年，隨著新能源汽車的蓬勃發(fā)展，充電設(shè)施也將會進(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)儲備，大力開發(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。
參考資料：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，夏建盟等，互聯(lián)網(wǎng)資料。
原文始發(fā)于微信公眾號（鋰電產(chǎn)業(yè)通）：新能源汽車充電設(shè)施及所需高分子材料
