電気自動車用高電圧ケーブル材料とその製造プロセス

新エネルギー自動車産業の新たな時代は、産業の転換と大気環境の高度化・保護という二重の使命を担っており、電気自動車用高圧ケーブルをはじめとする関連部品の産業発展を大きく牽引しています。ケーブルメーカーや認証機関は、電気自動車用高圧ケーブルの研究開発に多大な労力を費やしています。電気自動車用高圧ケーブルは、あらゆる面で高い性能が求められており、RoHS指令、難燃性UL94V-0規格の要求、そしてソフトな性能を満たす必要があります。本稿では、電気自動車用高圧ケーブルの材料と製造技術について紹介します。

1.高電圧ケーブルの材質
（１）ケーブルの導体材料
現在、ケーブル導体層の材料は主に銅とアルミニウムの2種類があります。一部の企業は、アルミニウム芯線は生産コストを大幅に削減できると考えています。純粋なアルミニウム材料をベースに銅、鉄、マグネシウム、シリコンなどの元素を加え、合成や焼鈍処理などの特殊なプロセスを経て、ケーブルの導電性、曲げ性能、耐腐食性を向上させ、同じ負荷容量の要件を満たし、銅芯導体と同じ効果、またはそれ以上の効果を実現します。したがって、生産コストを大幅に節約できます。しかし、ほとんどの企業は依然として銅を導体層の主要材料と見なしています。まず、銅の抵抗率が低く、大電流容量、低電圧損失、低消費電力、強力な信頼性など、銅の性能は同レベルのアルミニウムよりも優れているからです。現在、導体の選定においては、銅単繊維の柔らかさと靭性を確保するために、国家標準6軟導体（単線銅線の伸長率が25％以上、単繊維の直径が0.30未満）が一般的に使用されています。表1は、一般的に使用される銅導体材料が満たすべき基準を示しています。

（２）ケーブルの絶縁層材料
電気自動車の内部環境は複雑であるため、絶縁材料の選択においては、絶縁層の安全性を確保する一方で、可能な限り加工が容易で広く使用されている材料を選択することが重要です。現在、一般的に使用されている絶縁材料はポリ塩化ビニル（PVC）です。架橋ポリエチレン（XLPE）、シリコーンゴム、熱可塑性エラストマー（TPE）などがあり、主な特性は表2に示されています。
このうちPVCには鉛が含まれていますが、RoHS指令により鉛、水銀、カドミウム、六価クロム、ポリ臭化ジフェニルエーテル（PBDE）、ポリ臭化ビフェニル（PBB）などの有害物質の使用が禁止されているため、近年ではPVCはXLPE、シリコンゴム、TPEなどの環境に優しい素材に置き換えられています。

（３）ケーブルシールド層材料
シールド層は、半導電性シールド層と編組シールド層の2つの部分に分かれています。半導電性シールド材の20℃、90℃、および経年劣化後の体積抵抗率は、シールド材の性能を評価する重要な技術指標であり、間接的に高電圧ケーブルの耐用年数を決定します。一般的な半導電性シールド材には、エチレンプロピレンゴム（EPR）、ポリ塩化ビニル（PVC）、ポリ塩化ビニル（PVC）などがあります。ポリエチレン（PE）ベース材料。原材料に優位性がなく、品質レベルを短期間で向上できない場合、科学研究機関やケーブル材料メーカーは、シールド材の加工技術と配合比率の研究に重点を置き、シールド材の配合比率の革新を模索することで、ケーブル全体の性能向上を図っています。

2.高電圧ケーブルの準備プロセス
（１）導体撚線技術
ケーブルの基本工程は長年にわたって開発されてきたため、業界や企業には独自の標準規格も存在します。伸線工程では、単線の撚り戻し方式に応じて、撚り戻し撚線機、撚り戻し撚線機、撚り戻し/撚り戻し撚線機に分けられます。銅導体は結晶化温度が高く、焼鈍温度と時間が長くなるため、撚り戻し撚線機設備を使用して連続延伸と単線連続延伸を行い、伸線時の伸び率と破断率を向上させるのが適切です。現在、架橋ポリエチレンケーブル（XLPE）は、1kV～500kVの電圧レベルで油紙ケーブルに完全に取って代わりました。XLPE導体には、円形圧縮と撚線成形の2つの一般的な導体成形プロセスがあります。一方で、ワイヤーコアは架橋パイプライン内の高温・高圧によってシールド材や絶縁材が撚線間隙に押し込まれ、無駄が生じるのを防ぎます。また、導体方向への水の浸入を防ぎ、ケーブルの安全な運用を確保します。銅導体自体は同心円状の撚線構造で、主に一般的なフレーム撚線機やフォーク撚線機などで製造されます。円形圧縮工程と比較して、導体の撚線が円形に形成されることを保証できます。

（2）XLPEケーブル絶縁体の製造プロセス
高電圧 XLPE ケーブルの製造には、懸垂式乾式架橋 (CCV) と垂直乾式架橋 (VCV) という 2 つの成形プロセスがあります。

（３）押出工程
以前は、ケーブルメーカーは二次押出プロセスを使用してケーブルの絶縁コアを製造していました。最初のステップでは、導体シールドと絶縁層を同時に押し出し、次に架橋してケーブルトレイに巻き取り、一定期間置いてから絶縁シールドを押し出していました。 1970年代には、絶縁電線コアに1 + 2の3層押し出しプロセスが登場し、内部と外部のシールドと絶縁を1つのプロセスで完了できるようになりました。 このプロセスでは、最初に導体シールドを押し出し、短い距離（2〜5 m）を通過させてから、導体シールド上に絶縁体と絶縁シールドを同時に押し出します。 しかし、最初の2つの方法には大きな欠点があるため、1990年代後半にケーブル製造設備サプライヤーは、導体シールド、絶縁体、絶縁シールドを同時に押し出す3層共押し出し製造プロセスを導入しました。数年前、海外でも新しい押出機バレルヘッドと湾曲したメッシュプレートの設計が発表されました。スクリューヘッドキャビティのフロー圧力をバランスさせることで材料の蓄積を軽減し、連続生産時間を延長し、ヘッド設計の仕様を継続的に変更することで、ダウンタイムコストを大幅に節約し、効率を向上させることもできます。

3. 結論
新エネルギー車は発展の見通しが良好で市場規模も巨大であるため、高負荷容量、耐高温性、電磁波遮蔽効果、耐屈曲性、柔軟性、長寿命といった優れた性能を備えた一連の高圧ケーブル製品が量産化され、市場を席巻する必要があります。電気自動車用高圧ケーブルの材料とその製造プロセスは、今後の発展が期待されています。高圧ケーブルがなければ、電気自動車の生産効率向上と安全性確保は不可能です。