如今新能源汽车的普及程度正在逐渐加深，其搭载三电系统和智能化设备，其质量较传统汽车有所增加，给车辆续驶里程、动力性、成本控制带来不利影响，所以新能源汽车对于轻量化技术的需求更为迫切。新能源汽车技术中的散热技术、冷却系统尤为关键。冷却水管作为新能源汽车上的重要零部件，其轻量化在整车轻量化中占有很大的作用。
传统汽车冷却水管普遍使用橡胶水管（部分要求高处需辅助使用金属硬管），仅通气管采用尼龙材质。新能源汽车起初也只是地板下方的中通道水管采用尼龙材质。相比传统橡胶水管，尼龙水管还具备质量轻、装配方便、径向占用空间小等优点，适合在新能源汽车冷却系统上批量应用。
1、冷却水管的分类和结构
目前应用于汽车的管路材料可以分为三大类，分别是三元乙丙橡胶（EPDM）、热塑性动态硫化橡胶（TPV）和聚酰胺（PA），聚酰胺俗称尼龙。
下面以内径15mm为基准，简单介绍三种技术路线。
1.1EPDM管路常见方案
EPDM管路采用三层结构，内径15mm、壁厚3.5mm，如下图所示。
1.2TPV管路常见方案
TPV管路采用三层结构，内径15mm、壁厚2.5mm，如下图所示。
1.3尼龙管路常见方案
尼龙管路采用三层结构，内径15mm、壁厚1.25～1.5mm，如下图所示。
以常用的橡胶EPDM和尼龙12为例，EPDM密度为1.2×103kg/m3，尼龙12密度为1.02×103kg/m3，尼龙12密度较小。另外，制成水管之后，尼龙水管壁厚较小。相同长度的尼龙管材料可以减重约60%。
尼龙管拥有绝对的轻量化优势，管路越长优势更明显。尼龙管接口采用快插，EPDM和TPV管可采用钢带环箍。由于快插和环箍的成本差异，管路越短橡胶管成本优势越明显。随着产业的规模化和国产化，快插成本进一步降低，为全车尼龙管方案实施清除了最后一道屏障。
目前国产快插在汽车上已逐渐应用并不断成熟，如比亚迪、长安、赛力斯等汽车品牌。在设计和选择尼龙管的接头时，要符合以下两个原则：
1）管接头要有良好的密封性，并且管的接头要符合管件拔脱时的强度；
2）管接头要工艺性好、成本要低、尺寸要小、拆装和维护要方便等。
2、冷却系统冷却水管材料使用对比
EPDM是乙烯、丙烯以及非共轭二烯烃的三元共聚物。EPDM具有优越的耐氧化、抗臭氧和耐高低温性能。另外由于EPDM属于聚烯烃家族，它还具有极好的硫化特性，能吸收大量的填料和油而影响特性不大，因此可以制作低成本的橡胶化合物。
TPV是高度硫化的三元乙丙橡胶EPDM微粒分散在连续聚丙烯PP相中组成的高分子弹性体材料，是一种通过动态硫化工艺制成的高级合成橡胶。TPV在汽车零部件领域已广泛应用，以密封条、天窗排水管等零部件为主。
应用于冷却液管路的尼龙主要有脂肪族和芳香族的尼龙，常用的有PA12、PA612。
由于聚酰胺材料中含有酰胺基，而汽车用冷却液成分为聚乙二醇和水，在这样的介质中，酰胺基会发生醇解以及水解，普通的聚酰胺材料不适用于冷却液介质中。为此，杜邦、巴斯夫等知名尼龙公司均开发出了对应的耐水解的聚酰胺材料，适用于汽车冷却液介质环境中。
EPDM、TPV、PA三种应用于冷却管路材料的基本特性如下表所示。
TPV水管国内胶管行业成熟度低，卡箍连接风险大，且减重效果没有尼龙管明显，目前不太推荐。目前了解的是大众的部分车型在应用。主流的汽车厂家在热管理系统中连接方式还是以尼龙结构（带波纹）和橡胶管的结构更为广泛运用。EPDM在中国的新能源市场比较广泛，特别是针对一些相对震动的部位，EPDM的弹性效果还是优于其他材料。特别是快插接头紧固处和装配连接处，还可以采用卡圈扣压结构。
3、胶管和尼龙管方案对比分析
通过竞品对标分析，整车上胶管和尼龙管方案优缺点，如下表所示。
某新能源项目和胶管、尼龙管综合对比
4、某款新能源车尼龙管方案实施前后对比
示例一款新能源车采用橡胶水管和尼龙水管方案前后对比，如下图所示。
5、尼龙管设计注意事项
1）尼龙光管弯管半径一般按外径的3倍设计与生产，最小按2倍设计与生产。
2）当尼龙光管弯角半径≥R45，最好按波纹结构设计与生产。
3）两个弯的直线段不小于外径2倍，两个弯之间的夹角要≥90°。
4）最短尼龙管长度为130mm（两端快插50mm，中间80mm装配夹具）。
5）一根尼龙管最好统一为一个弯角半径。
6）连接振动部件或固定在振动部件上的管路要设计波纹管，实现减震目的，避免管路耐久试验破损。快插接头端增加波纹段还可以实现方便拆卸插头的目的。T车型拆解发现，所有管路折弯全部以波纹管实现，如图7所示。
7）尼龙波纹管端头直段需预留30mm。
8）尼龙波纹管弯角半径一般按R35设计与生产，最小按R25设计与生产。
9）尼龙管壁厚1～1.5mm，外径6～24mm。尼龙管管道壁厚尺寸首先依照工作状态下管路需达到的承压能力决定。设计压力=工作压力×安全系数，这个安全系数一般是1.5以上。一般情况下，14mm以下管路壁厚为1mm左右，14mm以上管路需达到1.25～1.5mm。
此外管路的壁厚还和成型工艺性有关。在管路弯曲定型时，过薄的壁厚会导致弯曲的内侧管路无法支撑挤压的应力，造成成型弯曲后管壁起皱变形。所以随着管路外径增大，壁厚也要相应增大，以满足成型工艺要求。
10）同长度的尼龙波纹管胚材是尼龙光管2.1倍，壁厚比光管薄，重量预计是光管的1.5倍。
11）尼龙管可以做缩径，T车型拆解解析如图所示。
12）尼龙管可以做成椭圆形截面，T车型拆解解析如图所示。
13）尼龙管与周边零件间隙小处，管外套保护编织护套或泡棉，增加防护，如图所示。
14）波纹段尺寸不易保证，与周边零件间隙最好做到15mm以上。
15）除采用管卡固定外，还可用塑料线束卡固定，T车型拆解解析如图所示。
以上为国内某尼龙管厂家反馈意见，不同厂家工艺可能存在差异。
轻量化、环保、低成本的汽车行业发展趋势决定了新能源汽车的冷却水管发展趋势是以塑代金属、橡胶管路总量减少，而拥有轻量化优势的尼龙管会在未来得到大力开发使用。
汽车尼龙管路设计相对橡胶水管更加复杂，对汽车整车布置、零件加工具有重要的意义，同时对后期汽车的管路装配有很大影响。汽车尼龙管设计时必须遵循管路本身的工艺、布置要求。
利用上述总结的汽车尼龙管设计注意事项，可以使管路设计更加合理、安全、可靠，对同类车型尼龙管管路的设计开发有一定的指导意义。
选自：张冲子《尼龙管在新能源汽车冷却系统中批量应用》汽车实用技术2023年23期
原文始发于微信公众号（艾邦高分子）：尼龙管在新能源汽车冷却系统中批量应用
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