新能源汽车高温热稳定电缆及高温热稳定方法与流程

本发明涉及电缆制备，特别是涉及一种新能源汽车高温热稳定电缆及高温热稳定方法。

背景技术：

1、新能源汽车高压电缆主要用于连接动力电池包、电机控制器、驱动电机、车载充电机、高压配电盒以及空调压缩机等关键部件。与传统低压车用线缆相比，新能源汽车高压电缆通常承载更高电压和更大电流，并长期工作在发动机舱、电池包附近、底盘通道或其他高温密闭空间中。因此，该类电缆不仅需要具备良好的电绝缘性能，还需要具有优异的耐高温、耐油、耐老化、耐弯折和安全可靠性。

2、现有新能源汽车电缆的绝缘材料多采用交联聚烯烃、硅橡胶或其他弹性体材料。虽然这些材料在常规工况下能够满足一定耐温要求，但在持续高温、大电流和散热条件受限的环境中，导体电阻热与外部环境热叠加，容易使绝缘层长期处于较高温度状态。持续高温会加速聚合物分子链热氧降解，导致绝缘层硬化、开裂、伸长率下降和绝缘电阻降低，严重时可能引发局部击穿或安全事故。

3、此外，新能源汽车内部空间紧凑，电缆常成束布置，热量难以及时散发。现有电缆中的金属编织屏蔽层虽具有一定导热能力，但其主要功能仍为电磁屏蔽，未与绝缘层、外护套层形成系统化导热散热结构。电缆在频繁启停和冷热循环过程中，导体、绝缘层、屏蔽层和护套层之间因热膨胀系数不同而产生界面应力，容易导致绝缘层剥离、微裂纹和界面空隙，进一步恶化导热和绝缘性能。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供一种形成由内向外的梯级导热散热路径，提高电缆耐高温、耐热老化和运行安全性的新能源汽车高温热稳定电缆及高温热稳定方法。

2、本发明所采用的技术方案是：一种新能源汽车高温热稳定电缆，包括由内向外依次设置的导体、复合耐热绝缘层、导热过渡层、屏蔽/散热复合层以及外护套层；所述复合耐热绝缘层包括硅橡胶/氟弹性体共混基体、气相法白炭黑、纳米氮化硼、纳米氧化铈、硅烷偶联剂和交联剂；所述导热过渡层设置于所述复合耐热绝缘层与所述屏蔽/散热复合层之间，用于降低所述复合耐热绝缘层与所述屏蔽/散热复合层之间的界面热阻；所述屏蔽/散热复合层包括镀镍铜丝编织层和导热石墨带层；

3、其中，所述复合耐热绝缘层、导热过渡层和屏蔽/散热复合层共同形成由导体向外护套层方向传导热量的梯级导热散热路径。

4、对上述方案的进一步改进为，所述导体为裸铜绞线、镀镍铜绞线或镀银铜绞线，导体截面积为16～120mm²；优选地，所述导体为镀镍铜绞线。

5、对上述方案的进一步改进为，还包括内半导电屏蔽层，所述内半导电屏蔽层设置于导体与复合耐热绝缘层之间，用于均化导体表面电场并降低导体绞合间隙引起的局部电场集中。

6、对上述方案的进一步改进为，所述硅橡胶/氟弹性体共混基体包括甲基乙烯基硅橡胶和氟弹性体，以所述甲基乙烯基硅橡胶和氟弹性体的总重量为100份计，所述甲基乙烯基硅橡胶为60～80份，所述氟弹性体为20～40份。

7、对上述方案的进一步改进为，以所述甲基乙烯基硅橡胶和氟弹性体的总重量为100份计，所述复合耐热绝缘层还包括：

8、气相法白炭黑20～40份；

9、纳米氮化硼5～20份；

10、纳米氧化铈1～5份；

11、硅烷偶联剂1～3份；

12、交联剂0.5～2份。

13、对上述方案的进一步改进为，所述纳米氮化硼为六方氮化硼，粒径为100～300nm；

14、所述纳米氧化铈的粒径为20～80nm；

15、所述硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、氨基硅烷和环氧基硅烷中的一种或多种；

16、所述交联剂为2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧化己烷。

17、对上述方案的进一步改进为，所述导热过渡层的厚度为0.1～0.5mm；

18、所述导热过渡层为导热硅脂层或导热弹性体层，所述导热过渡层包括硅橡胶基体、球形氧化铝填料和纳米氮化硼，所述球形氧化铝填料的粒径为1～10μm；

19、所述导热过渡层的导热率不低于1.5w/m·k。

20、对上述方案的进一步改进为，所述镀镍铜丝编织层的编织密度不低于85%；

21、所述导热石墨带层绕包或纵包于所述镀镍铜丝编织层外侧，所述导热石墨带层的厚度为0.1～0.3mm，面内导热率不低于300w/m·k。

22、对上述方案的进一步改进为，所述导热石墨带层沿电缆轴向螺旋绕包设置，且相邻绕包边缘具有搭接区域；或者，所述导热石墨带层沿电缆轴向纵包设置，且纵包搭接边沿外侧由外护套层压覆固定。

23、对上述方案的进一步改进为，所述外护套层为辐照交联聚烯烃护套层或硅橡胶护套层，所述外护套层中还包括纳米氮化硼、阻燃剂、抗氧剂和耐磨助剂中的一种或多种。

24、对上述方案的进一步改进为，所述复合耐热绝缘层经电子束辐照交联形成交联网络结构，所述电缆的长期耐温等级不低于150℃。

25、一种新能源汽车电缆高温热稳定方法，用于制备新能源汽车高温热稳定电缆，包括以下步骤：

26、s1、制备复合耐热绝缘料：将甲基乙烯基硅橡胶和氟弹性体投入密炼设备，在120～150℃下混炼5～10min，再依次加入气相法白炭黑、纳米氮化硼、纳米氧化铈和硅烷偶联剂，继续混炼15～20min，降温后加入交联剂，经薄通、冷却和切粒得到复合耐热绝缘料；

27、s2、挤出复合耐热绝缘层：将所述复合耐热绝缘料通过挤出设备包覆于导体外周，形成复合耐热绝缘层；

28、s3、交联处理：对形成复合耐热绝缘层的绝缘线芯进行电子束辐照交联；

29、s4、形成导热过渡层：在所述复合耐热绝缘层外周涂覆或共挤出导热过渡层；

30、s5、形成屏蔽/散热复合层：在所述导热过渡层外周先进行镀镍铜丝编织形成镀镍铜丝编织层，再绕包或纵包导热石墨带形成导热石墨带层；

31、s6、挤出外护套层：在所述屏蔽/散热复合层外周挤出外护套层。

32、对上述方案的进一步改进为，在步骤s2中，挤出复合耐热绝缘层的挤出温度为：加料段100～120℃，塑化段130～160℃，均化段150～180℃，机头160～180℃。

33、对上述方案的进一步改进为，在步骤s3中，电子束辐照交联的辐照剂量为80～200kgy。

34、对上述方案的进一步改进为，在步骤s6之后，还包括对外护套层进行辐照交联处理，和/或对制得的电缆进行高温老化检测、热循环检测、绝缘电阻检测和导体至外表面温差检测。

35、本发明有益效果是：

36、与现有技术相比，本发明不是单纯依赖提高绝缘材料本身耐温等级，而是通过复合耐热绝缘层、导热过渡层和屏蔽/散热复合层形成由内向外的梯级导热散热路径。复合耐热绝缘层中的纳米氮化硼能够提高绝缘层内部导热能力，导热过渡层降低绝缘层与屏蔽层之间的界面热阻，屏蔽/散热复合层中的镀镍铜丝编织层和导热石墨带层能够将热量向电缆外表面快速扩散，由此显著降低导体附近局部过热风险。

37、复合耐热绝缘层采用甲基乙烯基硅橡胶和氟弹性体共混体系，硅橡胶提供高温弹性骨架，氟弹性体提高高温力学强度、耐油性和耐化学性。经电子束辐照交联后，二者形成交联网络结构，使绝缘层在高温环境下仍能保持较好的尺寸稳定性和机械完整性，有利于将电缆长期耐温等级提升至150℃级或以上。

38、本发明在复合耐热绝缘层中同时引入纳米氮化硼和纳米氧化铈。纳米氮化硼具有高导热且电绝缘的特性，能够在绝缘材料内部形成微观导热通路，降低导体热量在绝缘层内的积聚；纳米氧化铈中ce³+/ce4+可变价态能够捕获并淬灭高温热氧化过程中产生的自由基，延缓聚合物分子链降解。二者协同构成“主动导热降温+抑制热氧降解”的热稳定机制。

39、导热过渡层设置在复合耐热绝缘层和屏蔽/散热复合层之间，可填充绝缘层与金属编织层或石墨带之间的微观间隙，降低界面热阻，使绝缘层中的热量更顺畅地传递至外部散热层。同时，导热过渡层具有一定弹性，可缓冲硅橡胶/氟弹性体绝缘层与金属屏蔽层之间因热膨胀系数不同而产生的热机械应力，减少界面剥离、开裂和局部空隙产生。

40、屏蔽/散热复合层采用镀镍铜丝编织层与导热石墨带层组合。镀镍铜丝编织层不仅提供电磁屏蔽功能，还可作为热量采集和传导网络；导热石墨带层具有较高面内导热率，能够将局部点状热量快速扩展为面状热流，从而提高外护套表面温度分布均匀性，降低局部热点造成绝缘老化加速的风险。

41、本发明的复合耐热绝缘层以硅橡胶为高温弹性骨架，并引入适量氟弹性体增强高温力学性能和耐油性，不采用过度高填充刚性材料作为唯一耐热手段，因而能够在提升耐热和导热能力的同时维持较好的柔韧性，适用于新能源汽车高压电缆在狭小空间内弯折布线和长期振动环境。

42、电子束辐照交联使vmq和fkm分子链之间形成稳定交联网络，同时硅烷偶联剂可增强纳米填料与基体之间的界面结合，使纳米氮化硼和纳米氧化铈在高温长期服役条件下不易迁移和团聚。由此提高电缆绝缘层的耐热变形性能、耐热老化保持率和电绝缘稳定性。

43、由于电缆在高温、大电流、密闭和振动环境下更容易发生热积聚、绝缘下降和局部击穿，本发明通过材料热稳定、内部导热、界面导热和外部扩散散热的综合设计，可降低长期过温运行风险，提升新能源汽车高压电缆系统的安全性和可靠性。