Новини - Інновації в автомобільних електричних кабелях: що нового на ринку?

Зі швидким розвитком автомобільної промисловості електричні кабелі стали критично важливими компонентами сучасних автомобілів. Ось деякі з останніх інновацій в автомобільних електричних кабелях:

1. Високовольтні кабелі для електромобілів

Високовольтні кабелі для електромобілів є ключовими компонентами, що використовуються в електромобілях для підключення високовольтних акумуляторів, інверторів, компресорів кондиціонерів, трифазних генераторів та електродвигунів для реалізації передачі електричної енергії. Порівняно з кабелями, що використовуються в традиційних транспортних засобах на паливі, високовольтні кабелі для електромобілів мають такі характеристики та вимоги:

Висока напруга та високий струм: Високовольтні кабелі для електромобілів призначені для роботи з напругою до 600 В змінного струму/900 В постійного струму (легкові автомобілі) або 1000 В змінного струму/1500 В постійного струму (комерційні транспортні засоби) та струмами від 250 А до 450 А або навіть вище. Це набагато більше, ніж у 12-вольтових системах, які зазвичай використовуються в транспортних засобах на звичайному паливі.

Матеріал провідника: Провідники зазвичай виготовляються з відпаленого м'якого мідного дроту або лудженого мідного дроту для покращеної провідності та стійкості до корозії. Безкисневі мідні дроти (що містять менше 0,001% кисню та чистоту понад 99,99%) широко використовуються у високовольтних кабелях для електромобілів завдяки їхній високій чистоті та некрихкості.

Ізоляційні та оболонкові матеріали: Для задоволення вимог високої напруги та високого струму високовольтні кабелі ізолюють ізоляційними матеріалами з великою товщиною стінки, такими як силіконова гума, зшитий поліетилен або зшитий поліолефін, які мають добру термостійкість та вогнестійкість, а також можуть витримувати високі температури понад 150 ℃.

Екранування та захист: Високовольтні кабелі потребують електромагнітного екранування для зменшення шуму електромагнітного поля та електромагнітних перешкод, тоді як захисні матеріали (такі як теплоізоляційні трубки та збірні трубки) та ущільнювальні кільця на зовнішньому шарі кабелів забезпечують водонепроникність, пилонепроникність та стійкість до стирання кабелів у суворих умовах.

Конструкція та проводка: Конструкція високовольтних кабелів для електромобілів повинна враховувати обмеження простору для проводки, вимоги безпеки (наприклад, мінімальну відстань 100 міліметрів або більше між високовольтними та низьковольтними провідниками), вагу та вартість. Радіус вигину кабелю, відстань до точки кріплення та середовище, в якому він використовується (наприклад, всередині або зовні транспортного засобу), також впливатимуть на його конструкцію та вибір.

Стандарти та специфікації: Проектування та виробництво високовольтних кабелів для електромобілів відповідає низці галузевих стандартів, таких як QC-T1037 «Стандарт автомобільної промисловості для високовольтних кабелів для дорожніх транспортних засобів» та TCAS 356-2019 «Високовольтні кабелі для транспортних засобів на нових джерелах енергії». Ці стандарти висувають конкретні вимоги до електричних характеристик, механічних характеристик та екологічної адаптації кабелів.

Застосування: високовольтні кабелі для електромобілів використовуються не лише для з'єднань усередині автомобіля, але й для з'єднань між зарядним портом та акумулятором, всередині акумулятора, між акумулятором та двигуном та іншими компонентами, а також для з'єднань з пристроями накопичення енергії акумулятора та іншими полями. Кабелі повинні бути здатними витримувати суворі умови, такі як високі та низькі температури, сольовий туман, електромагнітні поля, нафта та хімікати.

Розробка та застосування високовольтних кабелів для електромобілів є одним із ключових факторів у сприянні сталому та кліматичному розвитку електромобільності. З розвитком технологій електромобілів, характеристики та стандарти високовольтних кабелів продовжують оптимізуватися для задоволення зростаючого попиту на передачу енергії та вимог безпеки.

2. Легкі алюмінієві кабелі

Впровадження легких алюмінієвих автомобільних кабелів є однією з важливих тенденцій в автомобільній промисловості, особливо в новій енергетичній автомобільній промисловості, у прагненні до легкої ваги, енергоефективності та дальності експлуатації. Нижче наведено детальний аналіз легких алюмінієвих автомобільних кабелів:

Передумови та тенденції

Попит на легкі автомобільні конструкції: зі швидким розвитком транспортних засобів на нових джерелах енергії, попит на легкі автомобільні конструкції ще більше зростає. Дроти та кабелі, як основні компоненти автомобільної передачі енергії, традиційно розробляються з використанням міді як провідника, але мідні кабелі є дорогими та важкими за якістю. Тому розробка легких та недорогих алюмінієвих дротів та кабелів для автомобілів стала необхідним вибором для легких автомобільних конструкцій.

Перевага алюмінієвого кабелю: традиційна енергетична промисловість має довгу історію використання алюмінієвих кабелів, алюмінієві кабелі низької вартості, легкої ваги, тривалого терміну служби, особливо підходять для високовольтної передачі електроенергії на великі відстані. Китай багатий на алюмінієві ресурси, ціни на матеріали коливаються, вартість стабільна та проста в управлінні. У галузі нових енергетичних транспортних засобів використання алюмінієвих кабелів замість мідних є ідеальним рішенням для зменшення ваги та вартості.

Випадки застосування виробів з алюмінієвого дроту

Модель автобуса: акумуляторний блок, внутрішнє та зовнішнє ультразвукове зварювання алюмінієвим дротом, використання проводу живлення великого діаметра, перевага використання алюмінієвого дроту очевидна.

Легковий автомобіль: Шина постійного струму використовує алюмінієвий кабель перерізом 50 мм2, який успішно виробляється серійно. Використання ультразвукового зварювання ефективно покращує електричні контактні характеристики з'єднань та знижує якість проводки порівняно з мідними дротами.

Зарядний пістолет змінного струму: використання високоміцного дроту з алюмінієвого сплаву, стійкого до вигину, легкої ваги, стабільної роботи у випробуваннях на старіння, поступово розпочалося масове виробництво; дріт порту зарядки постійного струму для легкових автомобілів використовує алюмінієвий дріт для покращення тепловіддачі, а ультразвукове зварювання використовується в круглому терміналі порту зарядки, що значно покращує характеристики електричного контакту, зменшує кількість виробленого тепла та збільшує термін служби.

Різниця в продуктивності між міддю та алюмінієм

Питомий опір та провідність: Через різний питомий опір алюмінію та міді, провідність алюмінієвого провідника становить 62% IACS. Коли площа поперечного перерізу алюмінієвого провідника в 1,6 раза більша, ніж у міді, його електричні характеристики такі ж, як і у міді.

Співвідношення мас: питома вага алюмінію становить 2,7 кг/м3, питома вага міді – 8,89 кг/м3, тому співвідношення мас цих двох матеріалів становить (2,7×160%)/(8,89×1)≈50%. Це означає, що за однакових електричних характеристик маса алюмінієвого провідника становить лише 1/2 маси мідного тіла.

Ринковий простір та перспективи

Річні темпи зростання: Згідно з аналізом ринку, річні темпи зростання виробництва алюмінієвого прокату та екструдованого матеріалу становитимуть близько 30% до 2025 року, що свідчить про величезний потенціал алюмінію в галузі полегшення автомобілів.

Аналіз невизначеності

Фактори вартості: Хоча алюмінієві кабелі мають переваги у вартості, існує негативний фактор зростання вартості алюмінію замість сталі в автомобільній промисловості, що може вплинути на швидкість популяризації алюмінієвих кабелів.

Технічні проблеми: Застосування алюмінієвих кабелів в автомобілях все ще стикається з технічними проблемами, такими як покращення характеристик електричного контакту з'єднань та оптимізація тепловіддачі, які необхідно вирішувати за допомогою технологічних інновацій.

Впровадження легких алюмінієвих автомобільних кабелів є неминучою тенденцією для автомобільної промисловості, спрямованою на енергозбереження та зменшення викидів, а також на збільшення запасу ходу. З постійним розвитком технологій та подальшою оптимізацією витрат, застосування алюмінієвих кабелів в автомобільній промисловості буде ширшим, що зробить важливий внесок у легкість автомобілів, енергозбереження та зменшення викидів.

3. Екрановані кабелі для зменшення електромагнітних перешкод

Електромагнітні перешкоди (ЕМП) в автомобілях є складною проблемою, особливо в електричних та гібридних транспортних засобах, через інтенсивне використання потужних електронних пристроїв. Як один з основних факторів, що сприяють електромагнітним перешкодам, вибір конструкції та матеріалу автомобільних джгутів проводів має вирішальне значення для мінімізації електромагнітних перешкод. Ось деякі ключові моменти щодо зменшення електромагнітних перешкод в автомобілях за допомогою використання екранованих кабелів:

Як працюють екрановані кабелі: Екрановані кабелі працюють шляхом додавання шару металевої оплетки або фольги навколо провідників. Це екранування відображає та поглинає електромагнітні хвилі, тим самим зменшуючи електромагнітні перешкоди. Екранування з'єднане із землею, яка спрямовує захоплену електромагнітну енергію на землю та запобігає її перешкодам для інших електронних пристроїв.

Типи екранування: Існує два основних типи екранування: плетене металеве екранування та фольгове екранування. Плетене металеве екранування забезпечує кращу механічну міцність та гнучкість, тоді як фольгове екранування забезпечує краще екранування на нижчих частотах. В автомобільній галузі для оптимального екранування зазвичай використовується комбінація цих двох типів екранування.

Заземлення екрана: Для того, щоб екранований кабель був ефективним, екран має бути належним чином заземлений. Якщо екран не заземлений належним чином, він може перетворитися на антену та натомість збільшити електромагнітні перешкоди. В автомобілях екран зазвичай кріплять до металевої рами транспортного засобу, щоб забезпечити хороший шлях до землі.

Де використовуються екрановані кабелі: В автомобілях екрановані кабелі в основному використовуються для критично важливих сигнальних та керуючих ліній, які чутливі до електромагнітних перешкод або самі можуть стати джерелами електромагнітних перешкод. Наприклад, лінії, що використовуються для блоків керування двигуном (ECU), сигналів датчиків, бортових мереж (наприклад, шин CAN) та розважальних систем, зазвичай використовують екрановані кабелі.

Використання екранованих кабелів разом із неекранованими кабелями: В автомобільних середовищах, де простір обмежений, високовольтні та низьковольтні кабелі часто розміщуються поблизу один одного. Щоб мінімізувати електромагнітні перешкоди, високовольтний кабель може бути виконаний як екранований кабель, тоді як низьковольтний кабель може бути неекранованим. Таким чином, екран високовольтного кабелю захищає низьковольтний кабель від електромагнітних перешкод.

Розташування та конструкція кабелів: Окрім використання екранованих кабелів, також дуже важливе правильне розташування кабелів. Слід уникати утворення петель у кабелях, оскільки петлі збільшують електромагнітні перешкоди. Крім того, кабелі слід розташовувати якомога далі від джерел електромагнітних перешкод, таких як двигуни та перетворювачі потужності.

Використання фільтрів: Окрім екранованих кабелів, для подальшого мінімізації електромагнітних перешкод на обох кінцях кабелю можна встановити фільтри електромагнітних перешкод. Фільтрами можуть бути конденсатори або котушки індуктивності, які фільтрують шум у певному діапазоні частот.

Підсумовуючи, використання екранованих кабелів та їх поєднання з правильним розташуванням кабелів і методами фільтрації дозволяє значно зменшити електромагнітні перешкоди в автомобілях, тим самим підвищуючи надійність і продуктивність електронного обладнання.

4. Кабелі, стійкі до високих температур

Автомобільні кабелі, стійкі до високих температур, призначені для автомобільної промисловості для підтримки стабільної роботи в умовах високих температур. Вони в основному виготовляються з кількох спеціальних матеріалів для забезпечення надійності та безпеки в зонах з високими температурами, таких як моторні відсіки. Ось кілька поширених матеріалів, що використовуються для автомобільних кабелів, стійких до високих температур:

ТПЕ-матеріали: термопластичні еластомери (термопластичні еластомери), включаючи стироли, олефіни, дієни, вінілхлорид, поліефіри, естери, аміди, фторорганічні сполуки, силікони та вініли. Наразі еластомери на основі SEBS (блок-сополімер стирол-етилен-бутилен-стирол) є найширше використовуваними ТПЕ-матеріалами.

ТПУ матеріали: термопластичний поліуретан (термопластичний поліуретан), молекулярна структура якого поділяється на поліефірний та поліефірний тип, жорсткі блоки та гнучкі ланцюгові сегменти. ТПУ матеріали в процесі обробки лиття під тиском становлять понад 40% від екструзійного лиття, приблизно 35%, і мають хорошу еластичність та зносостійкість.

ПВХ-матеріал: полівінілхлорид (полівінілхлорид), до якого додають різну кількість пластифікаторів для регулювання м'якості, знижують температуру "склування", забезпечуючи добру гнучкість і пластичність, що легко піддається формуванню.

Силіконовий матеріал: високоактивний адсорбуючий матеріал, аморфна речовина, термореактивна гума. Силікон має чудову термо- та морозостійкість і широкий діапазон робочих температур від -60°C до +180°C і вище.

Зшитий поліетилен XLPE: шляхом хімічного зшивання в термореактивні еластомери покращує ізоляційні властивості, розширює діапазон температурної стійкості кабелю та покращує його продуктивність. Після згоряння XLPE-кабель виділяє вуглекислий газ та воду, що робить його відносно екологічно чистим.

Вибір та використання цих матеріалів дозволяють високотемпературним автомобільним кабелям стабільно працювати протягом тривалого часу в умовах високих температур, таких як моторні відсіки та поблизу вихлопних систем, забезпечуючи нормальну роботу автомобільних електричних систем. Крім того, високотемпературні кабелі також мають такі переваги, як маслостійкість, водостійкість, стійкість до кислот та лугів, стійкість до агресивних газів, стійкість до старіння тощо. Вони підходять для металургії, електроенергетики, нафтохімії, рухомого складу, енергетики, чорної металургії, електротехнічного машинобудування та інших галузей. Вибираючи високотемпературні кабелі, необхідно обрати правильну модель відповідно до фактичного сценарію застосування, температурного середовища, рівня напруги та інших факторів, щоб забезпечити хороші характеристики та безпеку кабелю в умовах високих температур.

5. Розумні кабелі з інтегрованими датчиками

Кабелі розумних автомобілів з інтегрованими датчиками є невід'ємною частиною сучасних розумних автомобілів і відіграють ключову роль в електричній та електронній архітектурі транспортного засобу. Кабелі розумних автомобілів не лише відповідають за передачу енергії, але й, що ще важливіше, передають дані та сигнали керування, з'єднуючи блоки мікроконтролерів (MCU), датчики, виконавчі механізми та інші електронні блоки керування (ECU) в автомобілі, утворюючи «нейронну мережу» автомобіля.

Функція та важливість розумних автомобільних кабелів

Передача даних: Кабелі розумних автомобілів відповідають за передачу даних від датчиків до мікроконтролера (MCU) та команд від MCU до виконавчих механізмів. Ці дані включають, але не обмежуються, швидкість, температуру, тиск, положення тощо, і є критично важливими для досягнення точного керування транспортним засобом.
Розподіл живлення: Кабель не тільки передає дані, але й відповідає за розподіл живлення між різними електронними пристроями в автомобілі, щоб забезпечити їхню належну роботу.
Безпека та захист: Кабель розроблено з урахуванням безпеки, наприклад, з використанням вогнетривких матеріалів та встановленням захисту від перевантаження по струму, щоб забезпечити своєчасне відключення кола у разі несправності, уникаючи потенційних загроз безпеці.

Вимоги до проектування

Конструкція кабелів для розумних автомобілів повинна відповідати наступним вимогам:

Надійність: Кабелі повинні бути здатними надійно працювати в різних суворих умовах в автомобілі, включаючи високу температуру, низьку температуру, вібрацію та вологість.
Довговічність: Кабелі повинні бути достатньо міцними, щоб витримувати тривале використання без поломок.
Безпека: Кабелі повинні бути добре ізольовані, щоб зменшити ризик коротких замикань, та мати необхідні захисні механізми.
Легка вага: З огляду на тенденцію до легких транспортних засобів, троси також повинні бути якомога легшими та тоншими, щоб зменшити загальну вагу транспортного засобу.
Електромагнітна сумісність: Кабелі повинні мати хороші екрануючі характеристики для зменшення перешкод сигналу.

Сценарій застосування

Кабелі для смарт-кабелів широко використовуються в різних системах автомобілів, включаючи, але не обмежуючись:

Система керування двигуном: з'єднання ЕБУ двигуна з датчиками та виконавчими механізмами для реалізації точного керування двигуном.
Система керування кузовом: підключення модуля керування кузовом (BCM) до вікон, замків дверей, освітлення та інших систем.
Система допомоги водієві: з'єднує контролер ADAS (розширені системи допомоги водієві) з датчиками, такими як камера та радар.
Інформаційно-розважальна система: з'єднує мультимедійний центр з аудіодинаміками, навігаційною системою тощо.

Майбутні тенденції

З розвитком автомобільної електроніки та електричних архітектур розвиваються й кабелі для розумних автомобілів. Майбутні тенденції включають:

Централізована архітектура: Оскільки архітектури автомобільної електроніки переходять від розподілених до централізованих, складність та довжина кабелів, ймовірно, зменшуватимуться, що сприятиме зменшенню ваги автомобіля та підвищенню ефективності потоку інформації.
Інтелектуальне управління: Кабелі будуть інтегровані в більш інтелектуальні компоненти, такі як вбудовані датчики та інтелектуальні роз'єми, що забезпечить самодіагностику та звітування про стан.
Застосування нових матеріалів: Для подальшого зменшення ваги та покращення продуктивності кабелі можуть бути виготовлені з нових легких матеріалів.

Кабелі для розумних автомобілів є ключовими компонентами, що з'єднують автомобільні електронні системи, а їхня конструкція та продуктивність мають вирішальне значення для забезпечення безпеки та надійності автомобілів. З розвитком технологій та прискоренням розвитку автомобільної електроніки кабелі для розумних автомобілів продовжуватимуть розвиватися, щоб задовольнити потреби у вищій продуктивності.

6. Біорозкладні та екологічно чисті кабелі

На тлі прагнення до захисту довкілля та сталого розвитку, біорозкладні та екологічно чисті автомобільні кабелі стають гарячою темою в автомобільній промисловості. Ці кабелі не лише відповідають потребам автомобільної промисловості з точки зору продуктивності, але й демонструють значні переваги з точки зору захисту довкілля.

Біорозкладні ізольовані кабелі

Біорозкладні ізольовані кабелі виготовляються з біорозкладних ізоляційних матеріалів, які за певних умов навколишнього середовища можуть поступово розкладатися шляхом метаболізму мікроорганізмів і зрештою перетворюватися на екологічно чисті малі молекули, такі як вуглекислий газ і вода. Цей процес зазвичай вимагає певного часу та відповідних умов навколишнього середовища. Використання біорозкладних кабелів відповідає принципам зеленого та сталого розвитку. Це забезпечує продуктивність кабелів, мінімізуючи вплив на навколишнє середовище та сприяє розвитку індустрії зелених кабелів.

Кабелі з екологічно чистим ізоляційним лаком

Нешкідливий ізоляційний лак для кабелів використовує безпечний ізоляційний лак для заміни ізоляційних матеріалів, що містять небезпечні інгредієнти в традиційних кабелях. Ця інновація не лише зменшує забруднення навколишнього середовища, але й підвищує безпеку та надійність кабелів.

Біоматеріали в автомобільних кабелях

Біоматеріали, особливо волокна полімолочної кислоти (PLA), композити та нейлон, мають великий потенціал для застосування в автомобільній промисловості завдяки своїй біорозкладності, екологічно чистому виробництву та переробці, широкому спектру джерел сировини, слабкому запаху та низькому вмісту летких органічних сполук (ЛОС). Зі значним збільшенням виробничих потужностей полімолочна кислота (PLA) як біополімер, отриманий з природних ресурсів, також зазнала величезного розвитку. PLA хімічно синтезується з натуральної кукурудзи. Цей матеріал може розкладатися на CO2 та H2O мікроорганізмами після утилізації, не забруднюючи навколишнє середовище, і визнаний новим екологічним матеріалом, який є зеленим та сталим у 21 столітті.

Застосування ТПУ-матеріалів в автомобільних кабелях

Термопластичні поліуретанові (ТПУ) матеріали не тільки пропонують чудові характеристики, але й є біорозкладними (3-5 років) та придатними для переробки. Сталий розвиток та екологічність ТПУ-матеріалів пропонують новий варіант для автомобільних кабелів, що допомагає зменшити вплив на навколишнє середовище.

Виклики та перспективи

Хоча біорозкладні та екологічно чисті автомобільні кабелі мають багато переваг, їх застосування стикається з деякими труднощами та обмеженнями. Наприклад, швидкість та ефективність деградації залежать від умов навколишнього середовища, що вимагає ретельної оцінки та вибору сценаріїв застосування. Водночас, характеристики та стабільність біорозкладних ізоляційних матеріалів необхідно постійно вдосконалювати та тестувати, щоб забезпечити їхню надійність та безпеку. У майбутньому, з розвитком технологій та підвищенням екологічної обізнаності, очікується, що біорозкладні та екологічно чисті автомобільні кабелі відіграватимуть більшу роль в автомобільній промисловості, рухаючи всю галузь у більш екологічному та сталому напрямку.