Știri - Inovații în cablurile electrice auto: Ce este nou pe piață?

Odată cu evoluția rapidă a industriei auto, cablurile electrice au devenit componente esențiale în vehiculele moderne. Iată câteva dintre cele mai recente inovații în domeniul cablurilor electrice auto:

1. Cabluri de înaltă tensiune pentru vehicule electrice

Cablurile de înaltă tensiune pentru vehiculele electrice sunt componente cheie utilizate în vehiculele electrice pentru a conecta baterii de înaltă tensiune, invertoare, compresoare de aer condiționat, generatoare trifazate și motoare electrice pentru a realiza transmiterea energiei electrice. Comparativ cu cablurile utilizate în vehiculele tradiționale pe combustibil, cablurile de înaltă tensiune pentru vehiculele electrice au următoarele caracteristici și cerințe:

Înaltă tensiune și curent ridicat: Cablurile de înaltă tensiune pentru vehicule electrice sunt proiectate să suporte tensiuni de până la 600 V CA/900 V CC (autoturisme) sau 1000 V CA/1500 V CC (vehicule comerciale) și curenți de la 250 A la 450 A sau chiar mai mari. Acest curent este mult mai mare decât în sistemele de 12 V utilizate de obicei în vehiculele convenționale pe combustibil.

Materialul conductorului: Conductorii sunt de obicei construiți din sârmă de cupru moale recoaptă sau sârmă de cupru cositorită pentru o conductivitate și o rezistență la coroziune îmbunătățite. Firele de cupru fără oxigen (care conțin mai puțin de 0,001% oxigen și mai mult de 99,99% puritate) sunt utilizate pe scară largă în cablurile de înaltă tensiune pentru vehicule electrice datorită purității lor ridicate și caracteristicilor de non-fragilitate.

Materiale de izolație și manta: Pentru a îndeplini cerințele de înaltă tensiune și curent ridicat, cablurile de înaltă tensiune sunt izolate cu materiale izolatoare cu grosime mare a peretelui, cum ar fi cauciucul siliconic, polietilena reticulată sau poliolefina reticulată, care au o bună rezistență la căldură și efect ignifug și pot rezista la temperaturi ridicate de peste 150 ℃.

Ecranare și protecție: Cablurile de înaltă tensiune necesită ecranare electromagnetică pentru a reduce zgomotul câmpului electromagnetic și interferențele electromagnetice, în timp ce materialele de protecție (cum ar fi tuburile de izolație termică și tuburile compilate) și inelele de etanșare de pe stratul exterior al cablurilor asigură că acestea sunt impermeabile, rezistente la praf și abraziune în medii dure.

Proiectare și cablare: Proiectarea cablurilor de înaltă tensiune pentru vehiculele electrice trebuie să țină cont de constrângerile de spațiu pentru cablare, cerințele de siguranță (de exemplu, o distanță minimă de 100 de milimetri sau mai mult între conductorii de înaltă tensiune și cei de joasă tensiune), greutatea și costul. Raza de îndoire a cablului, distanța până la punctul de fixare și mediul în care este utilizat (de exemplu, în interiorul sau în exteriorul vehiculului) vor influența, de asemenea, designul și selecția acestuia.

Standarde și specificații: Proiectarea și fabricarea cablurilor de înaltă tensiune pentru vehiculele electrice respectă o serie de standarde industriale, cum ar fi QC-T1037 Standardul industriei auto pentru cabluri de înaltă tensiune pentru vehicule rutiere și TCAS 356-2019 Cabluri de înaltă tensiune pentru vehicule cu energie nouă. Aceste standarde stabilesc cerințe specifice pentru performanța electrică, performanța mecanică și adaptabilitatea cablurilor la mediu.

Aplicații: cablurile de înaltă tensiune pentru vehiculele electrice nu sunt utilizate doar pentru conexiuni în interiorul vehiculului, ci și pentru conexiunile dintre portul de încărcare și baterie, în interiorul bateriei, dintre baterie și motor și alte componente, precum și pentru dispozitive de stocare a energiei bateriei și alte domenii. Cablurile trebuie să poată rezista la condiții dure, cum ar fi medii cu temperaturi ridicate și scăzute, pulverizare cu sare, câmpuri electromagnetice, ulei și substanțe chimice.

Dezvoltarea și aplicarea cablurilor de înaltă tensiune pentru vehiculele electrice reprezintă unul dintre factorii cheie în promovarea unui viitor sustenabil și ecologic pentru mobilitatea electrică. Pe măsură ce tehnologia vehiculelor electrice continuă să avanseze, performanța și standardele cablurilor de înaltă tensiune continuă să fie optimizate pentru a satisface cererea tot mai mare de transmisie a energiei și cerințe de siguranță.

2. Cabluri ușoare din aluminiu

Adoptarea cablurilor auto ușoare din aluminiu este una dintre tendințele importante din industria auto, în special în industria auto a energiei noi, în căutarea greutății reduse, a eficienței energetice și a autonomiei. În continuare, este prezentată o analiză detaliată a cablurilor auto ușoare din aluminiu:

Context și tendințe

Cererea de vehicule cu greutate redusă în industria auto: odată cu dezvoltarea rapidă a vehiculelor cu energie nouă, cererea pentru designul auto ușor este în continuare crescută. Cablurile și firele, ca principale componente ale transmisiei puterii auto, sunt proiectate în mod tradițional pentru a utiliza cuprul ca și conductor, însă cablurile cu miez de cupru sunt scumpe și de calitate ridicată. Prin urmare, dezvoltarea de cabluri și fire conductoare din aluminiu de calitate ușoară și preț redus pentru automobile a devenit o alegere necesară pentru designul auto ușor.

Avantajul cablului de aluminiu: industria energetică tradițională are o lungă istorie în utilizarea cablurilor de aluminiu. Cablurile de aluminiu sunt ieftine, ușoare și au o durată lungă de viață, fiind potrivite în special pentru transmisia de energie de înaltă tensiune pe distanțe lungi. China este bogată în resurse de aluminiu, are fluctuații de preț ale materialelor, costuri stabile și ușor de controlat. În industria vehiculelor energetice noi, utilizarea cablurilor de aluminiu în locul cablurilor de cupru este o soluție ideală pentru reducerea greutății și a costurilor.

Cazuri de aplicare a produselor din sârmă de aluminiu

Model de autobuz: baterie cu sârmă de aluminiu pentru sudură cu ultrasunete internă și externă, utilizarea firului de conectare la alimentare cu diametru mare, avantajul utilizării sârmei de aluminiu este evident.

Autoturism: Bara colectoare de curent continuu adoptă un cablu de aluminiu de 50 mm², care a fost produs cu succes în serie. Utilizarea sudării cu ultrasunete îmbunătățește eficient performanța de contact electric al îmbinărilor și reduce eficient calitatea cablajului în comparație cu firele de cupru.

Pistol de încărcare CA: utilizează sârmă din aliaj de aluminiu de înaltă rezistență la îndoire, greutate redusă, performanță stabilă în testele de îmbătrânire, a început treptat producția de masă; Sârma portului de încărcare CC pentru autoturisme utilizează sârmă de aluminiu pentru a îmbunătăți disiparea căldurii, iar sudarea cu ultrasunete este utilizată în terminalul rotund al portului de încărcare, ceea ce îmbunătățește semnificativ performanța contactului electric, reduce cantitatea de căldură generată și îmbunătățește durata de viață.

Diferențe de performanță între cupru și aluminiu

Rezistență și conductivitate: Datorită rezistivității diferite a aluminiului și cuprului, conductivitatea conductorului de aluminiu este de 62% IACS. Când aria secțiunii transversale a conductorului de aluminiu este de 1,6 ori mai mare decât cea a cuprului, performanța sa electrică este aceeași cu cea a cuprului.

Raportul de masă: greutatea specifică a aluminiului este de 2,7 kg/m3, iar cea a cuprului este de 8,89 kg/m3, deci raportul de masă dintre cele două este (2,7 × 160%) / (8,89 × 1)≈50%. Aceasta înseamnă că, în condiții de performanță electrică similară, masa conductorului de aluminiu este doar jumătate din cea a corpului de cupru.

Spațiu de piață și perspective

Rata anualizată de creștere: Pe baza analizei pieței, rata anualizată de creștere a foilor laminate din aluminiu și a materialelor extrudate va fi de aproximativ 30% până în 2025, demonstrând potențialul imens al aluminiului în domeniul greutății în industria auto.

Analiza incertitudinii

Factori de cost: Deși cablurile din aluminiu prezintă avantaje din punct de vedere al costurilor, există un factor negativ, reprezentat de creșterea costului aluminiului în locul oțelului în industria auto, ceea ce poate afecta viteza de popularizare a cablurilor din aluminiu.

Provocări tehnice: Aplicarea cablurilor de aluminiu în industria automobilelor se confruntă încă cu provocări tehnice, cum ar fi îmbunătățirea performanței de contact electric al îmbinărilor și optimizarea disipării căldurii, care trebuie rezolvate prin inovație tehnologică.

Adoptarea cablurilor auto din aluminiu ușor este o tendință inevitabilă pentru industria auto, care urmărește economisirea energiei și reducerea emisiilor, precum și îmbunătățirea autonomiei. Odată cu progresul continuu al tehnologiei și optimizarea suplimentară a costurilor, aplicarea cablurilor din aluminiu în industria auto va fi tot mai extinsă, aducând o contribuție importantă la reducerea greutății la automobile, economisirea energiei și reducerea emisiilor.

3. Cabluri ecranate pentru reducerea EMI

Interferența electromagnetică (EMI) în automobile reprezintă o problemă complexă, în special în vehiculele electrice și hibride, din cauza utilizării intensive a dispozitivelor electronice de mare putere. Fiind unul dintre principalii factori care contribuie la EMI, proiectarea și selecția materialelor cablajelor auto sunt esențiale pentru minimizarea EMI. Iată câteva puncte cheie despre cum se poate reduce EMI în automobile prin utilizarea cablurilor ecranate:

Cum funcționează cablurile ecranate: Cablurile ecranate funcționează prin adăugarea unui strat de împletitură metalică sau folie în jurul conductorilor. Această ecranare reflectă și absoarbe undele electromagnetice, reducând astfel interferența electromagnetică (EMI). Ecranarea este conectată la masă, care direcționează energia electromagnetică captată către masă și o împiedică să interfereze cu alte dispozitive electronice.

Tipuri de ecranare: Există două tipuri principale de ecranare: ecranare metalică împletită și ecranare din folie. Ecranarea metalică împletită oferă o rezistență mecanică și o flexibilitate mai bune, în timp ce ecranarea din folie oferă o ecranare mai bună la frecvențe mai joase. În aplicațiile auto, este obișnuit să se utilizeze o combinație a acestor două tipuri de ecranare pentru o ecranare optimă.

Împământarea ecranului: Pentru ca un cablu ecranat să fie eficient, ecranul trebuie să fie împământat corespunzător. Dacă ecranul nu este împământat corespunzător, poate deveni o antenă și poate crește EMI-ul. În automobile, este obișnuit să atașați ecranul la cadrul metalic al vehiculului pentru a oferi o cale bună către masă.

Unde se utilizează cablurile ecranate: În automobile, cablurile ecranate sunt utilizate în principal pentru liniile critice de semnal și control care sunt susceptibile la EMI sau care pot deveni ele însele surse EMI. De exemplu, liniile utilizate pentru unitățile de control al motorului (ECU), semnalele senzorilor, rețelele din vehicul (de exemplu, magistralele CAN) și sistemele de divertisment utilizează de obicei cabluri ecranate.

Utilizarea cablurilor ecranate împreună cu cablurile neecranate: În mediile auto unde spațiul este limitat, cablurile de înaltă tensiune și de joasă tensiune sunt adesea plasate în imediata apropiere unul de celălalt. Pentru a minimiza EMI, cablul de înaltă tensiune poate fi proiectat ca un cablu ecranat, în timp ce cablul de joasă tensiune poate fi neecranat. În acest fel, ecranarea cablului de înaltă tensiune protejează cablul de joasă tensiune de EMI.

Amplasarea și proiectarea cablurilor: Pe lângă utilizarea cablurilor ecranate, este foarte importantă și amplasarea corectă a cablurilor. Trebuie evitată formarea buclelor în cabluri, deoarece buclele cresc interferențele electromagnetice (EMI). În plus, cablurile trebuie amplasate cât mai departe posibil de sursele EMI, cum ar fi motoarele și convertoarele de putere.

Utilizarea filtrelor: Pe lângă cablurile ecranate, filtrele EMI pot fi adăugate la ambele capete ale cablului pentru a minimiza și mai mult EMI. Filtrele pot fi condensatoare sau inductoare, care filtrează zgomotul într-un anumit interval de frecvență.

În concluzie, prin utilizarea cablurilor ecranate și combinarea acestora cu o amplasare corectă a cablurilor și tehnici de filtrare, EMI-ul din automobile poate fi redus semnificativ, îmbunătățind astfel fiabilitatea și performanța echipamentelor electronice.

4. Cabluri rezistente la temperaturi ridicate

Cablurile auto rezistente la temperaturi ridicate sunt cabluri concepute pentru industria auto pentru a menține performanțe stabile în medii cu temperaturi ridicate. Acestea sunt fabricate în principal din mai multe materiale speciale pentru a asigura fiabilitatea și siguranța în zonele cu temperaturi ridicate, cum ar fi compartimentele motorului. Iată câteva materiale comune utilizate pentru cablurile auto rezistente la temperaturi ridicate:

Materiale TPE: elastomeri termoplastici (elastomeri termoplastici), inclusiv stireni, olefine, diene, clorură de vinil, poliesteri, esteri, amide, organofluorurate, siliconi și viniluri. În prezent, elastomerii pe bază de SEBS (copolimer bloc stiren-etilenă-butilenă-stiren) sunt cele mai utilizate materiale TPE.

Materiale TPU: poliuretan termoplastic (poliuretan termoplastic), structura moleculară este împărțită în tip poliester și tip polieter, prin segmente de bloc rigid și lanț flexibil. Materialele TPU în procesul de prelucrare prin turnare prin injecție au reprezentat peste 40% din turnarea prin extrudare, ceea ce reprezintă aproximativ 35%, având o elasticitate și o rezistență bună la uzură.

Material PVC: Clorură de polivinil (clorură de polivinil), prin adăugarea de diferite cantități de plastifianți pentru a-i regla moliciunea, reduce temperatura de „tranziție vitroasă”, astfel încât să aibă o bună flexibilitate și plasticitate, ușor de prelucrat prin turnare.

Material siliconic: un material adsorbant foarte activ, substanță amorfă, cauciuc termorezistent. Siliconul are o rezistență excelentă la căldură și frig și o gamă largă de temperaturi de funcționare, de la -60°C la +180°C și peste.

Polietilenă reticulată XLPE: prin reticulare chimică în elastomeri termorezistenți, proprietățile de izolație sunt îmbunătățite, intervalul de rezistență la temperatură al cablului este extins și performanța este îmbunătățită. Cablul XLPE, odată cu arderea, produce dioxid de carbon și apă, fiind relativ ecologic.

Selecția și utilizarea acestor materiale permit cablurilor auto rezistente la temperaturi ridicate să funcționeze stabil pentru perioade lungi de timp în medii cu temperaturi ridicate, cum ar fi compartimentele motorului și în apropierea sistemelor de evacuare, asigurând funcționarea normală a sistemelor electrice auto. În plus, cablurile rezistente la temperaturi ridicate prezintă și avantajele rezistenței la ulei, la apă, la acizi și alcalii, la gaze corozive, la îmbătrânire etc. Sunt potrivite pentru metalurgie, energie electrică, petrochimie, material rulant, energie, fier și oțel, mașini electrice și alte domenii. Atunci când alegeți cabluri rezistente la temperaturi ridicate, trebuie să alegeți modelul potrivit în funcție de scenariul real de aplicare, mediul de temperatură, nivelul de tensiune și alți factori pentru a vă asigura că cablul are performanțe bune și siguranță în condiții de temperatură ridicată.

5. Cabluri inteligente cu senzori integrați

Cablurile pentru mașini inteligente cu senzori integrați sunt o parte integrantă a mașinilor inteligente moderne și joacă un rol cheie în arhitectura electrică și electronică a vehiculului. Cablurile pentru mașini inteligente nu sunt responsabile doar pentru transmiterea energiei, ci, mai important, transportă date și semnale de control, conectând unități de microcontroler (MCU), senzori, actuatoare și alte unități de control electronic (ECU) din mașină, formând „rețeaua neuronală” a mașinii.

Funcția și importanța cablurilor pentru mașini inteligente

Transmiterea datelor: Cablurile mașinilor inteligente sunt responsabile pentru transmiterea datelor de la senzori la MCU și a comenzilor de la MCU la actuatoare. Aceste date includ, dar nu se limitează la, viteza, temperatura, presiunea, poziția etc. și sunt esențiale pentru obținerea unui control precis al vehiculului.
Distribuția energiei: Cablul nu numai că transmite date, ci este responsabil și pentru distribuirea energiei către diversele dispozitive electronice din mașină, pentru a asigura funcționarea corectă a acestora.
Siguranță și securitate: Cablul este proiectat având în vedere siguranța, cum ar fi utilizarea de materiale ignifuge și setarea protecției la supracurent, pentru a asigura că circuitul poate fi întrerupt la timp în cazul unei defecțiuni, evitând potențialele pericole de siguranță.

Cerințe de proiectare

Proiectarea cablurilor pentru mașini inteligente trebuie să îndeplinească următoarele cerințe:

Fiabilitate: Cablurile trebuie să poată funcționa în mod fiabil într-o varietate de medii dure din mașină, inclusiv temperaturi ridicate, temperaturi scăzute, vibrații și umiditate.
Durabilitate: Cablurile trebuie să fie suficient de durabile pentru a rezista la perioade lungi de utilizare fără defectare.
Siguranță: Cablurile trebuie să fie bine izolate pentru a reduce riscul de scurtcircuit și să aibă mecanismele de protecție necesare.
Greutate redusă: Având în vedere tendința către vehicule ușoare, cablurile trebuie să fie cât mai ușoare și subțiri posibil pentru a reduce greutatea totală a vehiculului.
Compatibilitate electromagnetică: Cablurile trebuie să aibă o bună performanță de ecranare pentru a reduce interferențele semnalului.

Scenariu de aplicație

Cablurile pentru mașini inteligente sunt utilizate pe scară largă în diverse sisteme de automobile, inclusiv, dar fără a se limita la:

Sistem de control al motorului: conectarea ECU-ului motorului cu senzori și actuatoare pentru a realiza un control precis al motorului.
Sistem de control al caroseriei: conectarea modulului de control al caroseriei (BCM) cu geamurile, încuietorile ușilor, iluminatul și alte sisteme.
Sistem de asistență a șoferului: conectează controlerul ADAS (Sisteme avansate de asistență a șoferului) cu senzori precum o cameră și un radar.
Sistem de infotainment: conectează centrul multimedia cu difuzoarele audio, sistemul de navigație etc.

Tendințe viitoare

Pe măsură ce arhitecturile electronice și electrice auto evoluează, la fel evoluează și cablurile pentru mașinile inteligente. Tendințele viitoare includ:

Arhitectură centralizată: Pe măsură ce arhitecturile electronice auto trec de la distribuite la centralizate, complexitatea și lungimea cablurilor sunt susceptibile de a scădea, contribuind la reducerea greutății vehiculului și la îmbunătățirea eficienței fluxului de informații.
Management inteligent: Cablurile vor integra componente mai inteligente, cum ar fi senzori încorporați și conectori inteligenți, permițând autodiagnosticarea și raportarea stării.
Aplicarea de noi materiale: Pentru a reduce și mai mult greutatea și a îmbunătăți performanța, cablurile pot fi fabricate din materiale noi și ușoare.

Cablurile inteligente pentru mașini sunt componente cheie care conectează sistemele electronice auto, iar designul și performanța lor sunt esențiale pentru asigurarea siguranței și fiabilității automobilelor. Pe măsură ce tehnologia avansează și electronica auto accelerează, cablurile inteligente pentru mașini vor continua să evolueze pentru a satisface nevoia de performanțe superioare.

6. Cabluri biodegradabile și ecologice

Pe fondul urmăririi protecției mediului și a dezvoltării durabile, cablurile auto biodegradabile și ecologice devin un subiect fierbinte în industria producătoare de automobile. Aceste cabluri nu numai că satisfac nevoile industriei auto în ceea ce privește performanța, dar prezintă și avantaje semnificative în ceea ce privește protecția mediului.

Cabluri izolate biodegradabile

Cablurile izolate biodegradabile sunt fabricate din materiale izolatoare biodegradabile, care, în anumite condiții de mediu, pot fi descompuse treptat prin metabolismul microorganismelor și, în cele din urmă, transformate în molecule mici, ecologice, cum ar fi dioxidul de carbon și apa. Acest proces necesită, de obicei, o anumită perioadă de timp și condiții de mediu adecvate. Utilizarea cablurilor biodegradabile este în conformitate cu principiile dezvoltării ecologice și durabile. Aceasta asigură performanța cablurilor, minimizând în același timp impactul asupra mediului și promovează dezvoltarea industriei cablurilor ecologice.

Cabluri cu lac izolant nepoluant

Lacul izolator nepoluant pentru cabluri folosește lac izolator nepericulos pentru a înlocui materialele izolatoare care conțin ingrediente periculoase din cablurile tradiționale. Această inovație nu numai că reduce poluarea mediului, dar îmbunătățește și siguranța și fiabilitatea cablurilor.

Materiale biobazate în cablurile auto

Materialele biologice, în special fibrele de acid polilactic (PLA), compozitele și nailonul, au un mare potențial de aplicare în industria auto datorită biodegradabilității lor, producției și procesării ecologice, gamei largi de surse de materii prime, mirosului redus și conținutului scăzut de compuși organici volatili (COV). Odată cu creșterea substanțială a capacității de producție, acidul polilactic PLA (PLA), ca polimer biologic derivat din resurse naturale, a cunoscut și el o dezvoltare extraordinară. PLA este sintetizat chimic din porumb natural. Acest material poate fi descompus în CO2 și H2O de către microorganisme după ce este aruncat, fără a polua mediul și este recunoscut ca un nou eco-material verde și sustenabil în secolul XXI.

Aplicarea materialelor TPU în cablurile auto

Materialele termopoliuretanice (TPU) nu numai că oferă performanțe excelente, dar sunt și biodegradabile (3-5 ani) și reciclabile. Proprietățile sustenabile și ecologice ale materialelor TPU oferă o nouă opțiune pentru cablurile auto, ceea ce ajută la reducerea impactului asupra mediului.

Provocări și perspective

Deși cablurile auto biodegradabile și ecologice prezintă numeroase avantaje, aplicarea lor se confruntă cu unele provocări și limitări. De exemplu, viteza și eficacitatea degradării sunt afectate de condițiile de mediu, necesitând o evaluare și o selecție atentă a scenariilor de aplicare. În același timp, performanța și stabilitatea materialelor izolatoare degradabile trebuie îmbunătățite și testate continuu pentru a asigura fiabilitatea și siguranța acestora. În viitor, pe măsură ce tehnologia continuă să avanseze și conștientizarea mediului crește, se așteaptă ca cablurile auto biodegradabile și ecologice să joace un rol mai important în industria auto, impulsionând întreaga industrie într-o direcție mai ecologică și mai sustenabilă.