Vijesti - Inovacije u automobilskim električnim kabelima: Što je novo na tržištu?

S brzim razvojem automobilske industrije, električni kabeli postali su ključne komponente u modernim vozilima. Evo nekih od najnovijih inovacija u automobilskim električnim kabelima:

1. Visokonaponski kablovi za električna vozila

Visokonaponski kabeli za električna vozila ključne su komponente koje se koriste u električnim vozilima za spajanje visokonaponskih baterija, pretvarača, kompresora klima uređaja, trofaznih generatora i elektromotora radi prijenosa električne energije. U usporedbi s kabelima koji se koriste u tradicionalnim vozilima na gorivo, visokonaponski kabeli za električna vozila imaju sljedeće karakteristike i zahtjeve:

Visoki napon i visoka struja: Visokonaponski kabeli za električna vozila dizajnirani su za rad s naponima do 600 VAC/900 VDC (osobna vozila) ili 1000 VAC/1500 VDC (komercijalna vozila) i strujama od 250 A do 450 A ili čak i više. To je puno više od 12 V sustava koji se obično koriste u vozilima na konvencionalna goriva.

Materijal vodiča: Vodiči su obično izrađeni od žarene meke bakrene žice ili kositrene bakrene žice za poboljšanu vodljivost i otpornost na koroziju. Bakrene žice bez kisika (koje sadrže manje od 0,001% kisika i više od 99,99% čistoće) široko se koriste u visokonaponskim kabelima za električna vozila zbog svoje visoke čistoće i svojstava da nisu krhki.

Materijali za izolaciju i plašt: Kako bi se zadovoljili zahtjevi visokog napona i velike struje, visokonaponski kabeli izolirani su izolacijskim materijalima s velikom debljinom stijenke, kao što su silikonska guma, umreženi polietilen ili umreženi poliolefin, koji imaju dobru otpornost na toplinu i usporavanje plamena te mogu izdržati visoke temperature veće od 150 ℃.

Zaštita i oklop: Visokonaponski kabeli zahtijevaju elektromagnetsko oklopljavanje kako bi se smanjila buka elektromagnetskog polja i elektromagnetske smetnje, dok zaštitni materijali (poput toplinski izolacijskih cijevi i sastavljenih cijevi) i brtveni prstenovi na vanjskom sloju kabela osiguravaju da su kabeli vodootporni, otporni na prašinu i habanje u teškim uvjetima.

Dizajn i ožičenje: Prilikom dizajniranja visokonaponskih kabela za električna vozila potrebno je uzeti u obzir ograničenja prostora za ožičenje, sigurnosne zahtjeve (npr. minimalni razmak od 100 milimetara ili više između visokonaponskih i niskonaponskih vodiča), težinu i cijenu. Polumjer savijanja kabela, udaljenost do točke pričvršćivanja i okruženje u kojem se koristi (npr. unutar ili izvan vozila) također će utjecati na njegov dizajn i odabir.

Standardi i specifikacije: Dizajn i proizvodnja visokonaponskih kabela za električna vozila slijede niz industrijskih standarda, kao što su QC-T1037 Standard automobilske industrije za visokonaponske kabele za cestovna vozila i TCAS 356-2019 Visokonaponski kabeli za vozila na novu energiju. Ovi standardi postavljaju specifične zahtjeve za električne performanse, mehaničke performanse i prilagodljivost kabela okolišu.

Primjena: visokonaponski kabeli za električna vozila ne koriste se samo za veze unutar vozila, već i za veze između priključka za punjenje i baterije, unutar baterije, između baterije i motora i drugih komponenti, kao i za uređaje za pohranu energije baterije i druga polja. Kabeli moraju biti u stanju izdržati teške uvjete poput visokih i niskih temperatura, slane magle, elektromagnetskih polja, ulja i kemikalija.

Razvoj i primjena visokonaponskih kabela za električna vozila jedan je od ključnih čimbenika u promicanju održive i klimatski prihvatljive budućnosti električne mobilnosti. Kako tehnologija električnih vozila nastavlja napredovati, performanse i standardi visokonaponskih kabela nastavljaju se optimizirati kako bi se zadovoljila rastuća potražnja za prijenosom energije i sigurnosnim zahtjevima.

2. Lagani aluminijski kablovi

Usvajanje laganih aluminijskih automobilskih kabela jedan je od važnih trendova u automobilskoj industriji, posebno u automobilskoj industriji novih izvora energije, u potrazi za malom težinom, energetskom učinkovitošću i dometom. Slijedi detaljna analiza laganih aluminijskih automobilskih kabela:

Pozadina i trend

Potražnja za laganim automobilskim konstrukcijama: s brzim razvojem vozila na nove izvore energije, potražnja za laganim automobilskim konstrukcijama dodatno se povećava. Žice i kabeli, kao glavne komponente automobilskog prijenosa snage, tradicionalno su dizajnirani za korištenje bakra kao vodiča, ali bakreni kabeli su skupi i teške kvalitete. Stoga je razvoj laganih, jeftinih aluminijskih vodiča i kabela za automobile postao nužan izbor za lagani automobilski dizajn.

Prednost aluminijskih kabela: tradicionalna elektroenergetska industrija ima dugu povijest korištenja aluminijskih kabela, aluminijski kabeli su niski, lagani i dugog vijeka trajanja, posebno pogodni za visokonaponski prijenos energije na velike udaljenosti. Kina je bogata aluminijskim resursima, cijene materijala variraju, troškovi su stabilni i lako se kontroliraju. U industriji novih energetskih vozila, korištenje aluminijskih kabela umjesto bakrenih kabela idealno je rješenje za smanjenje težine i troškova.

Slučajevi primjene proizvoda od aluminijske žice

Model autobusa: baterijski paket, unutarnje i vanjsko ultrazvučno zavarivanje aluminijske žice, korištenje žice za spajanje napajanja velikog promjera, prednost korištenja aluminijske žice je očita.

Osobni automobil: DC sabirnica koristi aluminijski kabel od 50 mm2, koji se uspješno masovno proizvodi. Korištenje ultrazvučnog zavarivanja učinkovito poboljšava električne kontaktne performanse spojeva i učinkovito smanjuje kvalitetu ožičenja u usporedbi s bakrenim žicama.

AC pištolj za punjenje: korištenjem visokočvrste aluminijske legure otporne na savijanje, male težine, stabilnih performansi u testu starenja, postupno je započela masovna proizvodnja; DC žica za punjenje osobnih automobila koristi aluminijsku žicu za poboljšanje odvođenja topline, a ultrazvučno zavarivanje koristi se u okruglom terminalu priključka za punjenje, što značajno poboljšava performanse električnog kontakta, smanjuje količinu stvorene topline i produžuje vijek trajanja.

Razlike u performansama između bakra i aluminija

Otpornost i vodljivost: Zbog različite otpornosti aluminija i bakra, vodljivost aluminijskog vodiča iznosi 62% IACS-a. Kada je površina presjeka aluminijskog vodiča 1,6 puta veća od bakra, njegove električne performanse su iste kao i kod bakra.

Omjer mase: specifična težina aluminija je 2,7 kg/m3, specifična težina bakra je 8,89 kg/m3, pa je omjer mase ta dva elementa (2,7 × 160%) / (8,89 × 1) ≈ 50%. To znači da je pri istim električnim performansama masa aluminijskog vodiča samo 1/2 mase bakrenog tijela.

Tržišni prostor i izgledi

Godišnja stopa rasta: Na temelju analize tržišta, godišnja stopa rasta valjanih aluminijskih limova i ekstrudiranih materijala bit će oko 30% do 2025. godine, što pokazuje ogroman potencijal aluminija u području lagane automobilske konstrukcije.

Analiza nesigurnosti

Troškovni faktori: Iako aluminijski kabeli imaju cjenovne prednosti, postoji negativan faktor povećanja cijene aluminija u odnosu na čelik u automobilskoj industriji, što može utjecati na brzinu popularizacije aluminijskih kabela.

Tehnički izazovi: Primjena aluminijskih kabela u automobilima još se uvijek suočava s tehničkim izazovima, poput poboljšanja performansi električnih kontakata spojeva i optimizacije odvođenja topline, koje je potrebno riješiti tehnološkim inovacijama.

Usvajanje laganih aluminijskih automobilskih kabela neizbježan je trend u automobilskoj industriji u nastojanju da se postigne ušteda energije i smanjenje emisija te poboljša domet. S kontinuiranim napretkom tehnologije i daljnjom optimizacijom troškova, primjena aluminijskih kabela u automobilskoj industriji bit će sve opsežnija, što će dati važan doprinos laganoj automobilskoj industriji, uštedi energije i smanjenju emisija.

3. Oklopljeni kabeli za smanjenje EMI-ja

Elektromagnetske smetnje (EMI) u automobilima složen su problem, posebno u električnim i hibridnim vozilima zbog intenzivne upotrebe elektroničkih uređaja velike snage. Kao jedan od glavnih uzroka EMI-ja, dizajn i odabir materijala automobilskih kabelskih svežnjeva ključni su za minimiziranje EMI-ja. Evo nekoliko ključnih točaka o tome kako smanjiti EMI u automobilima korištenjem oklopljenih kabela:

Kako rade oklopljeni kabeli: Oklopljeni kabeli rade dodavanjem sloja metalne pletenice ili folije oko vodiča. Ovaj oklop reflektira i apsorbira elektromagnetske valove, čime se smanjuje EMI. Oklop je spojen na uzemljenje, što usmjerava zarobljenu elektromagnetsku energiju prema uzemljenju i sprječava njezino ometanje drugih elektroničkih uređaja.

Vrste zaštite: Postoje dvije glavne vrste zaštite: pletena metalna zaštita i folijska zaštita. Pletena metalna zaštita pruža bolju mehaničku čvrstoću i fleksibilnost, dok folijska zaštita pruža bolju zaštitu na nižim frekvencijama. U automobilskim primjenama uobičajeno je koristiti kombinaciju ove dvije vrste zaštite za optimalnu zaštitu.

Uzemljenje oklopa: Da bi oklopljeni kabel bio učinkovit, oklop mora biti pravilno uzemljen. Ako oklop nije pravilno uzemljen, može postati antena i umjesto toga povećati EMI. U automobilima je uobičajeno pričvrstiti oklop na metalni okvir vozila kako bi se osigurao dobar put do uzemljenja.

Gdje se koriste oklopljeni kabeli: U automobilima se oklopljeni kabeli uglavnom koriste za kritične signalne i upravljačke vodove koji su osjetljivi na EMI ili koji sami mogu postati izvori EMI-ja. Na primjer, vodovi koji se koriste za upravljačke jedinice motora (ECU), signale senzora, mreže u vozilu (npr. CAN sabirnice) i zabavne sustave obično koriste oklopljene kabele.

Korištenje oklopljenih kabela zajedno s neoklopljenim kabelima: U automobilskim okruženjima gdje je prostor ograničen, visokonaponski i niskonaponski kabeli često se postavljaju u neposrednoj blizini jedan drugoga. Kako bi se smanjilo elektromagnetsko skretanje, visokonaponski kabel može biti dizajniran kao oklopljeni kabel, dok niskonaponski kabel može biti neoklopljen. Na taj način, oklop visokonaponskog kabela štiti niskonaponski kabel od elektromagnetskog skretanja.

Raspored i dizajn kabela: Osim korištenja oklopljenih kabela, vrlo je važno i pravilno raspoređivanje kabela. Treba izbjegavati stvaranje petlji u kabelima, jer petlje povećavaju EMI. Osim toga, kabele treba postaviti što dalje od izvora EMI-ja, poput motora i pretvarača snage.

Upotreba filtera: Uz oklopljene kabele, EMI filteri mogu se dodati na oba kraja kabela kako bi se dodatno smanjio EMI. Filteri mogu biti kondenzatori ili induktiviteti koji filtriraju šum u određenom frekvencijskom rasponu.

Ukratko, korištenjem oklopljenih kabela i njihovom kombinacijom s pravilnim rasporedom kabela i tehnikama filtriranja, EMI u automobilima može se značajno smanjiti, čime se poboljšava pouzdanost i performanse elektroničke opreme.

4. Kabeli otporni na visoke temperature

Automobilski kabeli otporni na visoke temperature su kabeli dizajnirani za automobilsku industriju kako bi održali stabilne performanse u okruženjima s visokim temperaturama. Uglavnom su izrađeni od nekoliko posebnih materijala kako bi se osigurala pouzdanost i sigurnost u područjima s visokim temperaturama, kao što su motorni prostori. Evo nekoliko uobičajenih materijala koji se koriste za automobilske kabele otporne na visoke temperature:

TPE materijali: termoplastični elastomeri (termoplastični elastomeri), uključujući stirene, olefine, diene, vinil klorid, poliestere, estere, amide, organofluorine, silikone i vinile. Trenutno su elastomeri na bazi SEBS-a (blok kopolimer stirena-etilena-butilena-stirena) najčešće korišteni TPE materijali.

TPU materijali: termoplastični poliuretan (termoplastični poliuretan), molekularna struktura je podijeljena na poliesterski i polieterski tip, krutim blokom i fleksibilnim lančanim segmentima. TPU materijali u procesu obrade injekcijskim prešanjem čine više od 40% ekstruzijskog prešanja, a oko 35% ili tako nešto, s dobrom elastičnošću i otpornošću na habanje.

PVC materijal: Polivinilklorid (polivinilklorid), dodavanjem različitih količina plastifikatora regulira se njegova mekoća, smanjuje se temperatura "staklastog prijelaza", postiže se dobra fleksibilnost i plastičnost te se lako obrađuje i oblikuje.

Silikonski materijal: visoko aktivni adsorbentni materijal, amorfna tvar, termoreaktivna guma. Silikon ima izvrsnu otpornost na toplinu i hladnoću te širok raspon radnih temperatura, od -60°C do +180°C i više.

XLPE umreženi polietilen: kemijskim umrežavanjem u termoreaktivne elastomere poboljšava izolacijska svojstva, proširuje raspon temperaturne otpornosti kabela i poboljšava performanse. Nakon izgaranja XLPE kabela, proizvodi ugljični dioksid i vodu, relativno je ekološki prihvatljiv.

Odabir i upotreba ovih materijala omogućuju automobilskim kabelima otpornim na visoke temperature da stabilno rade dulje vrijeme u okruženjima s visokim temperaturama kao što su motorni prostori i blizu ispušnih sustava, osiguravajući normalan rad automobilskih električnih sustava. Osim toga, kabeli otporni na visoke temperature imaju i prednosti otpornosti na ulje, vodootpornosti, otpornosti na kiseline i lužine, otpornosti na korozivne plinove, otpornosti na starenje itd. Prikladni su za metalurgiju, elektroenergetiku, petrokemiju, željeznička vozila, energetiku, željezo i čelik, električne strojeve i druga područja. Prilikom odabira kabela otpornih na visoke temperature, potrebno je odabrati pravi model prema stvarnom scenariju primjene, temperaturnom okruženju, razini napona i drugim čimbenicima kako bi se osiguralo da kabel ima dobre performanse i sigurnost u uvjetima visokih temperatura.

5. Pametni kabeli s integriranim senzorima

Pametni automobilski kablovi s integriranim senzorima sastavni su dio modernih pametnih automobila i igraju ključnu ulogu u električnoj i elektroničkoj arhitekturi vozila. Pametni automobilski kablovi nisu odgovorni samo za prijenos snage, već, što je još važnije, prenose podatke i upravljačke signale, povezujući mikrokontrolere (MCU), senzore, aktuatore i druge elektroničke upravljačke jedinice (ECU) u automobilu, tvoreći „neuronsku mrežu“ automobila.

Funkcija i važnost pametnih automobilskih kabela

Prijenos podataka: Pametni automobilski kabeli odgovorni su za prijenos podataka od senzora do MCU-a i naredbi od MCU-a do aktuatora. Ti podaci uključuju, ali nisu ograničeni na, brzinu, temperaturu, tlak, položaj itd. i ključni su za postizanje precizne kontrole vozila.
Raspodjela napajanja: Kabel ne samo da prenosi podatke, već je odgovoran i za distribuciju napajanja raznim elektroničkim uređajima u automobilu kako bi se osiguralo da ispravno rade.
Sigurnost i zaštita: Kabel je dizajniran imajući na umu sigurnost, kao što je korištenje vatrootpornih materijala i postavljanje zaštite od prekomjerne struje, kako bi se osiguralo da se strujni krug može na vrijeme prekinuti u slučaju kvara, izbjegavajući potencijalne sigurnosne opasnosti.

Zahtjevi za dizajn

Dizajn pametnih automobilskih kabela mora ispunjavati sljedeće zahtjeve:

Pouzdanost: Kabeli moraju biti u stanju pouzdano raditi u raznim teškim uvjetima u automobilu, uključujući visoke temperature, niske temperature, vibracije i vlažnost.
Trajnost: Kablovi moraju biti dovoljno izdržljivi da izdrže dugotrajnu upotrebu bez kvara.
Sigurnost: Kabeli trebaju biti dobro izolirani kako bi se smanjio rizik od kratkih spojeva i imati potrebne zaštitne mehanizme.
Lagana težina: S trendom prema laganim vozilima, kablovi također moraju biti što lakši i tanji kako bi se smanjila ukupna težina vozila.
Elektromagnetska kompatibilnost: Kabeli bi trebali imati dobru zaštitu kako bi se smanjile smetnje signala.

Scenarij primjene

Pametni automobilski kablovi se široko koriste u raznim sustavima automobila, uključujući, ali ne ograničavajući se na:

Sustav upravljanja motorom: povezivanje ECU-a motora sa senzorima i aktuatorima za postizanje precizne kontrole motora.
Sustav upravljanja karoserijom: povezivanje modula upravljanja karoserijom (BCM) s prozorima, bravama na vratima, rasvjetom i drugim sustavima.
Sustav pomoći vozaču: povezuje ADAS (Napredni sustavi pomoći vozaču) kontroler sa senzorima poput kamere i radara.
Infotainment sustav: povezuje multimedijski centar sa zvučnicima, navigacijskim sustavom itd.

Budući trendovi

Kako se automobilska elektronička i električna arhitektura razvija, tako se razvijaju i pametni automobilski kabeli. Budući trendovi uključuju:

Centralizirana arhitektura: Kako se elektroničke arhitekture automobila prebacuju s distribuiranih na centralizirane, složenost i duljina kabela vjerojatno će se smanjiti, što će pomoći u smanjenju težine vozila i poboljšanju učinkovitosti protoka informacija.
Inteligentno upravljanje: Kabeli će integrirati inteligentnije komponente, poput ugrađenih senzora i pametnih konektora, omogućujući samodijagnostiku i izvještavanje o statusu.
Primjena novih materijala: Kako bi se dodatno smanjila težina i poboljšale performanse, kabeli se mogu izrađivati od novih laganih materijala.

Pametni automobilski kabeli ključne su komponente koje povezuju automobilske elektroničke sustave, a njihov dizajn i performanse ključni su za osiguranje sigurnosti i pouzdanosti automobila. Kako tehnologija napreduje i automobilska elektronika ubrzava, pametni automobilski kabeli nastavit će se razvijati kako bi zadovoljili potrebu za većim performansama.

6. Biorazgradivi i ekološki prihvatljivi kablovi

U kontekstu težnje za zaštitom okoliša i održivim razvojem, biorazgradivi i ekološki prihvatljivi automobilski kabeli postaju vruća tema u automobilskoj industriji. Ovi kabeli ne samo da zadovoljavaju potrebe automobilske industrije u pogledu performansi, već pokazuju i značajne prednosti u pogledu zaštite okoliša.

Biorazgradivi izolirani kablovi

Biorazgradivi izolirani kabeli izrađeni su od biorazgradivih izolacijskih materijala koji se pod određenim uvjetima okoline mogu postupno razgraditi metabolizmom mikroorganizama i na kraju pretvoriti u ekološki prihvatljive male molekule, poput ugljikovog dioksida i vode. Ovaj proces obično zahtijeva određeno vrijeme i odgovarajuće uvjete okoline. Korištenje biorazgradivih kabela u skladu je s načelima zelenog i održivog razvoja. Osigurava performanse kabela uz minimiziranje utjecaja na okoliš i potiče razvoj industrije zelenih kabela.

Kabeli s izolacijskim lakom koji ne zagađuje okoliš

Nezagađujući izolacijski lak za kabele koristi neopasni izolacijski lak za zamjenu izolacijskih materijala koji sadrže opasne sastojke u tradicionalnim kabelima. Ova inovacija ne samo da smanjuje onečišćenje okoliša, već i poboljšava sigurnost i pouzdanost kabela.

Biomaterijali u automobilskim kabelima

Biomaterijali, posebno vlakna polilaktične kiseline (PLA), kompoziti i najlon, imaju veliki potencijal za primjenu u automobilskoj industriji zbog svoje biorazgradivosti, ekološki prihvatljive proizvodnje i obrade, širokog raspona sirovina, niskog mirisa i niskog sadržaja hlapljivih organskih spojeva (VOC). Sa značajnim povećanjem proizvodnih kapaciteta, PLA polilaktična kiselina (PLA), kao biopolimer dobiven iz prirodnih resursa, također je doživjela svoj ogroman razvoj. PLA se kemijski sintetizira iz prirodnog kukuruza. Ovaj materijal mikroorganizmi mogu razgraditi na CO2 i H2O nakon što se odbaci, bez uzrokovanja onečišćenja okoliša, te je prepoznat kao novi eko-materijal koji je zelen i održiv u 21. stoljeću.

Primjena TPU materijala u automobilskim kabelima

Termoplastični poliuretanski (TPU) materijali ne samo da nude izvrsne performanse, već su i biorazgradivi (3-5 godina) i reciklabilni. Održiva i ekološki prihvatljiva svojstva TPU materijala nude novu opciju za automobilske kabele, što pomaže u smanjenju utjecaja na okoliš.

Izazovi i izgledi

Iako biorazgradivi i ekološki prihvatljivi automobilski kabeli pokazuju mnoge prednosti, njihova primjena suočava se s nekim izazovima i ograničenjima. Na primjer, na brzinu i učinkovitost razgradnje utječu uvjeti okoliša, što zahtijeva pažljivu procjenu i odabir scenarija primjene. Istodobno, performanse i stabilnost biorazgradivih izolacijskih materijala potrebno je kontinuirano poboljšavati i testirati kako bi se osigurala njihova pouzdanost i sigurnost. U budućnosti, kako tehnologija nastavlja napredovati, a ekološka svijest raste, očekuje se da će biorazgradivi i ekološki prihvatljivi automobilski kabeli igrati veću ulogu u automobilskoj industriji, usmjeravajući cijelu industriju u ekološki prihvatljivijem i održivijem smjeru.