Novice - Inovacije v avtomobilskih električnih kablih: Kaj je novega na trgu?

Z naglim razvojem avtomobilske industrije so električni kabli postali ključne komponente v sodobnih vozilih. Tukaj je nekaj najnovejših inovacij na področju avtomobilskih električnih kablov:

1. Visokonapetostni kabli za električna vozila

Visokonapetostni kabli za električna vozila so ključne komponente, ki se uporabljajo v električnih vozilih za povezavo visokonapetostnih baterij, razsmernikov, kompresorjev klimatskih naprav, trifaznih generatorjev in elektromotorjev za prenos električne energije. V primerjavi s kabli, ki se uporabljajo v tradicionalnih vozilih na gorivo, imajo visokonapetostni kabli za električna vozila naslednje značilnosti in zahteve:

Visoka napetost in visok tok: Visokonapetostni kabli za električna vozila so zasnovani za napetosti do 600 VAC/900 VDC (osebni avtomobili) ali 1000 VAC/1500 VDC (komercialna vozila) in tokove od 250 A do 450 A ali celo več. To je veliko več kot pri 12V sistemih, ki se običajno uporabljajo v vozilih na konvencionalno gorivo.

Material prevodnika: Vodniki so običajno izdelani iz žarjene mehke bakrene žice ali kositrirane bakrene žice za izboljšano prevodnost in odpornost proti koroziji. Bakrene žice brez kisika (ki vsebujejo manj kot 0,001 % kisika in več kot 99,99 % čistosti) se zaradi visoke čistosti in nekrhkosti pogosto uporabljajo v visokonapetostnih kablih za električna vozila.

Izolacijski in plaščni materiali: Za izpolnjevanje zahtev visoke napetosti in visokega toka so visokonapetostni kabli izolirani z izolacijskimi materiali z visoko debelino stene, kot so silikonska guma, zamreženi polietilen ali zamreženi poliolefin, ki imajo dobro toplotno odpornost in zavirajo gorenje ter lahko prenesejo visoke temperature nad 150 ℃.

Zaščita in oklop: Visokonapetostni kabli potrebujejo elektromagnetno zaščito za zmanjšanje elektromagnetnega šuma in elektromagnetnih motenj, zaščitni materiali (kot so toplotnoizolacijske cevi in sestavljene cevi) in tesnilni obroči na zunanji plasti kablov pa zagotavljajo, da so kabli vodoodporni, odporni proti prahu in obrabi v zahtevnih okoljih.

Zasnova in ožičenje: Pri zasnovi visokonapetostnih kablov za električna vozila je treba upoštevati omejitve prostora za ožičenje, varnostne zahteve (npr. najmanjši razmik 100 milimetrov ali več med visokonapetostnimi in nizkonapetostnimi vodniki), težo in stroške. Na njegovo zasnovo in izbiro bodo vplivali tudi polmer upogiba kabla, razdalja do pritrdilne točke in okolje, v katerem se uporablja (npr. znotraj ali zunaj vozila).

Standardi in specifikacije: Zasnova in izdelava visokonapetostnih kablov za električna vozila sledita vrsti industrijskih standardov, kot sta standard avtomobilske industrije QC-T1037 za visokonapetostne kable za cestna vozila in TCAS 356-2019 Visokonapetostni kabli za vozila z novo energijo. Ti standardi določajo posebne zahteve glede električnih in mehanskih lastnosti ter okoljske prilagodljivosti kablov.

Uporaba: visokonapetostni kabli za električna vozila se ne uporabljajo le za povezave v vozilu, temveč tudi za povezave med polnilno odprtino in baterijo, znotraj baterije, med baterijo in motorjem ter drugimi komponentami, pa tudi za povezave z napravami za shranjevanje energije v baterijah in drugimi polji. Kabli morajo biti sposobni prenesti težke pogoje, kot so visoka in nizka temperatura, slana pršila, elektromagnetna polja, olje in kemikalije.

Razvoj in uporaba visokonapetostnih kablov za električna vozila sta eden ključnih dejavnikov za spodbujanje trajnostne in podnebju prijazne prihodnosti električne mobilnosti. Z nenehnim napredkom tehnologije električnih vozil se zmogljivost in standardi visokonapetostnih kablov še naprej optimizirajo, da bi zadostili naraščajočemu povpraševanju po prenosu energije in varnostnim zahtevam.

2. Lahki aluminijasti kabli

Uporaba lahkih aluminijastih avtomobilskih kablov je eden pomembnih trendov v avtomobilski industriji, zlasti v avtomobilski industriji novih energijskih virov, pri prizadevanju za lahko težo, energetsko učinkovitost in doseg. Sledi podrobna analiza lahkih aluminijastih avtomobilskih kablov:

Ozadje in trend

Povpraševanje po lahkih avtomobilskih konstrukcijah: s hitrim razvojem vozil z novimi energetskimi viri se je povpraševanje po lahkih avtomobilskih konstrukcijah še povečalo. Žice in kabli, ki so glavne komponente avtomobilskega prenosa moči, so tradicionalno zasnovani tako, da kot prevodnik uporabljajo baker, vendar so bakreni kabli dragi in težki. Zato je razvoj lahkih in cenovno ugodnih aluminijastih prevodnih žic in kablov za avtomobile postal nujna izbira za lahko avtomobilsko konstrukcijo.

Prednost aluminijastih kablov: tradicionalna elektroenergetska industrija ima dolgo zgodovino uporabe aluminijastih kablov, so nizki stroški, lahka teža in dolga življenjska doba, še posebej primerni za visokonapetostni prenos električne energije na dolge razdalje. Kitajska ima bogate vire aluminija, cene materialov nihajo, stroški so stabilni in enostavni za nadzor. V industriji novih energetskih vozil je uporaba aluminijastih kablov namesto bakrenih idealna rešitev za zmanjšanje teže in stroškov.

Primeri uporabe izdelkov iz aluminijaste žice

Model avtobusa: baterijski sklop notranje in zunanje ultrazvočno varjenje aluminijaste žice, uporaba priključne žice velikega premera, prednost uporabe aluminijaste žice je očitna.

Osebni avtomobil: DC vodilo uporablja aluminijast kabel s premerom 50 mm2, ki je bil uspešno serijsko proizveden. Uporaba ultrazvočnega varjenja učinkovito izboljša električno kontaktno delovanje spojev in zmanjša kakovost kabelskega snopa v primerjavi z bakrenimi žicami.

Polnilna pištola z izmeničnim tokom: uporaba visoko trdne, upogibno odporne aluminijeve zlitine, lahke teže in stabilnih lastnosti pri preizkusu staranja, postopoma je začela množično proizvodnjo; žica za polnjenje z enosmernim tokom za osebne avtomobile uporablja aluminijasto žico za izboljšanje odvajanja toplote, v okroglem polnilnem priključku pa se uporablja ultrazvočno varjenje, kar znatno izboljša delovanje električnega stika, zmanjša količino ustvarjene toplote in podaljša življenjsko dobo.

Razlike v zmogljivosti med bakrom in aluminijem

Upornost in prevodnost: Zaradi različne upornosti aluminija in bakra je prevodnost aluminijevega vodnika 62 % IACS. Ko je prečni prerez aluminijevega vodnika 1,6-krat večji od bakrenega, so njegove električne lastnosti enake kot pri bakru.

Masno razmerje: specifična teža aluminija je 2,7 kg/m3, specifična teža bakra pa 8,89 kg/m3, zato je masno razmerje obeh (2,7 × 160 %) / (8,89 × 1) ≈ 50 %. To pomeni, da je pri enakih električnih lastnostih masa aluminijevega prevodnika le 1/2 mase bakrenega telesa.

Tržni prostor in možnosti

Letna stopnja rasti: Na podlagi tržne analize bo letna stopnja rasti valjanih aluminijastih plošč in ekstrudiranih materialov do leta 2025 znašala približno 30 %, kar kaže na ogromen potencial aluminija na področju lahke avtomobilske konstrukcije.

Analiza negotovosti

Stroški: Čeprav imajo aluminijasti kabli stroškovne prednosti, obstaja negativen dejavnik naraščajočih stroškov aluminija namesto jekla v avtomobilski industriji, kar lahko vpliva na hitrost popularizacije aluminijastih kablov.

Tehnični izzivi: Uporaba aluminijastih kablov v avtomobilih se še vedno sooča s tehničnimi izzivi, kot sta izboljšanje električnih kontaktnih lastnosti spojev in optimizacija odvajanja toplote, ki jih je treba rešiti s tehnološkimi inovacijami.

Uporaba lahkih aluminijastih avtomobilskih kablov je neizogiben trend v avtomobilski industriji, ki si prizadeva za varčevanje z energijo in zmanjšanje emisij ter izboljšanje dosega. Z nenehnim napredkom tehnologije in nadaljnjo optimizacijo stroškov bo uporaba aluminijastih kablov v avtomobilski industriji vse obsežnejša, kar bo pomembno prispevalo k lahki teži, varčevanju z energijo in zmanjševanju emisij v avtomobilski industriji.

3. Zaščiteni kabli za zmanjšanje EMI

Elektromagnetne motnje (EMI) v avtomobilih so kompleksen problem, zlasti v električnih in hibridnih vozilih zaradi intenzivne uporabe visokozmogljivih elektronskih naprav. Ker gre za enega glavnih dejavnikov EMI, sta zasnova in izbira materiala avtomobilskih kabelskih snopov ključnega pomena za zmanjšanje EMI. Tukaj je nekaj ključnih točk o tem, kako zmanjšati EMI v avtomobilih z uporabo oklopljenih kablov:

Kako delujejo oklopljeni kabli: Oklopljeni kabli delujejo tako, da okoli prevodnikov dodajo plast kovinske pletenice ali folije. Ta zaščita odbija in absorbira elektromagnetne valove, s čimer zmanjša EMI. Zaščita je povezana z ozemljitvijo, ki usmerja ujeto elektromagnetno energijo v ozemljitev in preprečuje, da bi motila druge elektronske naprave.

Vrste zaščite: Obstajata dve glavni vrsti zaščite: pletena kovinska zaščita in folijska zaščita. Pletena kovinska zaščita zagotavlja boljšo mehansko trdnost in prožnost, medtem ko folijska zaščita zagotavlja boljšo zaščito pri nižjih frekvencah. V avtomobilski industriji se za optimalno zaščito običajno uporablja kombinacija teh dveh vrst zaščite.

Ozemljitev oklopa: Da bi bil oklopljeni kabel učinkovit, mora biti oklop pravilno ozemljen. Če oklop ni pravilno ozemljen, lahko postane antena in namesto tega poveča elektromagnetne motnje. V avtomobilih je običajno, da se oklop pritrdi na kovinski okvir vozila, da se zagotovi dobra pot do ozemljitve.

Kje se uporabljajo oklopljeni kabli: V avtomobilih se oklopljeni kabli uporabljajo predvsem za kritične signalne in krmilne vode, ki so dovzetne za elektromagnetne motnje ali ki lahko same postanejo viri elektromagnetnih motenj. Na primer, vode, ki se uporabljajo za krmilne enote motorja (ECU), signale senzorjev, omrežja v vozilu (npr. vodila CAN) in zabavne sisteme, običajno uporabljajo oklopljene kable.

Uporaba oklopljenih kablov v povezavi z neoklopljenimi kabli: V avtomobilskih okoljih, kjer je prostor omejen, so visokonapetostni in nizkonapetostni kabli pogosto nameščeni v neposredni bližini drug drugega. Za zmanjšanje elektromagnetnih motenj je lahko visokonapetostni kabel zasnovan kot oklopljen kabel, nizkonapetostni kabel pa je lahko neoklopljen. Na ta način oklop visokonapetostnega kabla ščiti nizkonapetostni kabel pred elektromagnetnimi motnjami.

Postavitev in zasnova kablov: Poleg uporabe oklopljenih kablov je zelo pomembna tudi pravilna postavitev kablov. Izogibati se je treba nastanku zank v kablih, saj zanke povečajo elektromagnetne motnje. Poleg tega je treba kable namestiti čim dlje od virov elektromagnetnih motenj, kot so motorji in pretvorniki moči.

Uporaba filtrov: Poleg oklopljenih kablov je mogoče na oba konca kabla dodati EMI filtre za dodatno zmanjšanje EMI. Filtri so lahko kondenzatorji ali induktorji, ki filtrirajo šum v določenem frekvenčnem območju.

Skratka, z uporabo oklopljenih kablov in njihovo kombinacijo s pravilno postavitvijo kablov in tehnikami filtriranja je mogoče znatno zmanjšati elektromagnetne motnje v avtomobilih, s čimer se izboljša zanesljivost in delovanje elektronske opreme.

4. Kabli, odporni na visoke temperature

Avtomobilski kabli, odporni na visoke temperature, so kabli, zasnovani za avtomobilsko industrijo za ohranjanje stabilnega delovanja v okoljih z visokimi temperaturami. V glavnem so izdelani iz več posebnih materialov, ki zagotavljajo zanesljivost in varnost v območjih z visokimi temperaturami, kot so motorni prostori. Tukaj je nekaj običajnih materialov, ki se uporabljajo za avtomobilske kable, odporne na visoke temperature:

TPE materiali: termoplastični elastomeri (termoplastični elastomeri), vključno s stireni, olefini, dieni, vinilkloridom, poliestri, estri, amidi, organofluorini, silikoni in vinili. Trenutno so elastomeri na osnovi SEBS (blok kopolimer stirena-etilena-butilena-stirena) najpogosteje uporabljeni TPE materiali.

TPU materiali: termoplastični poliuretan (termoplastični poliuretan), molekularna struktura je razdeljena na poliestrski in polieterski tip, s togimi bloki in fleksibilnimi verižnimi segmenti. TPU materiali v procesu brizganja predstavljajo več kot 40 % ekstruzijske plastike, približno 35 % pa imajo dobro elastičnost in odpornost proti obrabi.

PVC material: Polivinilklorid (polivinilklorid) z dodajanjem različnih količin mehčalcev za uravnavanje njegove mehkobe, zniža temperaturo "steklastega prehoda", tako da ima dobro prožnost in plastičnost, enostavno za obdelavo in oblikovanje.

Silikonski material: visoko aktiven adsorbent, amorfna snov, termoreaktivna guma. Silikon ima odlično odpornost na vročino in mraz ter širok razpon delovnih temperatur, od -60 °C do +180 °C in več.

XLPE zamreženi polietilen: s kemičnim zamreženjem v termoreaktivne elastomere se izboljšajo izolacijske lastnosti, razširi se temperaturni razpon kabla in izboljšajo se njegove lastnosti. Med zgorevanjem XLPE kabla se sprošča ogljikov dioksid in voda, kar je relativno okolju prijazno.

Izbira in uporaba teh materialov omogočata, da avtomobilski kabli, odporni na visoke temperature, stabilno delujejo dlje časa v okoljih z visokimi temperaturami, kot so motorni prostori in blizu izpušnih sistemov, kar zagotavlja normalno delovanje avtomobilskih električnih sistemov. Poleg tega imajo kabli, odporni na visoke temperature, prednosti odpornosti na olje, vodo, kisline in alkalije, korozivne pline, staranje itd. Primerni so za metalurgijo, elektroenergetiko, petrokemiko, železniški vozni park, energetiko, železo in jeklo, električne stroje in druga področja. Pri izbiri kablov, odpornih na visoke temperature, morate izbrati pravi model glede na dejanski scenarij uporabe, temperaturno okolje, napetostno raven in druge dejavnike, da zagotovite dobro delovanje in varnost kabla v pogojih visokih temperatur.

5. Pametni kabli z integriranimi senzorji

Pametni avtomobilski kabli z integriranimi senzorji so sestavni del sodobnih pametnih avtomobilov in igrajo ključno vlogo v električni in elektronski arhitekturi vozila. Pametni avtomobilski kabli niso odgovorni le za prenos moči, temveč, kar je še pomembneje, prenašajo podatke in krmilne signale ter povezujejo mikrokrmilniške enote (MCU), senzorje, aktuatorje in druge elektronske krmilne enote (ECU) v avtomobilu in tvorijo avtomobilsko »nevronsko mrežo«.

Funkcija in pomen pametnih avtomobilskih kablov

Prenos podatkov: Pametni avtomobilski kabli so odgovorni za prenos podatkov od senzorjev do mikrokontrolerja (MCU) in ukazov iz MCU do aktuatorjev. Ti podatki vključujejo, vendar niso omejeni na, hitrost, temperaturo, tlak, položaj itd. in so ključnega pomena za doseganje natančnega nadzora nad vozilom.
Distribucija energije: Kabel ne samo prenaša podatke, ampak je odgovoren tudi za distribucijo energije različnim elektronskim napravam v avtomobilu, da se zagotovi njihovo pravilno delovanje.
Varnost in zaščita: Kabel je zasnovan z mislijo na varnost, kot sta uporaba ognjevarnih materialov in nastavitev zaščite pred preobremenitvijo, da se zagotovi pravočasen prekinitev tokokroga v primeru okvare in se prepreči morebitna varnostna tveganja.

Zahteve glede oblikovanja

Zasnova pametnih avtomobilskih kablov mora izpolnjevati naslednje zahteve:

Zanesljivost: Kabli morajo biti sposobni zanesljivo delovati v različnih zahtevnih okoljih v avtomobilu, vključno z visokimi temperaturami, nizkimi temperaturami, vibracijami in vlago.
Vzdržljivost: Kabli morajo biti dovolj vzdržljivi, da prenesejo dolgotrajno uporabo brez okvare.
Varnost: Kabli morajo biti dobro izolirani, da se zmanjša tveganje kratkih stikov, in imeti potrebne zaščitne mehanizme.
Lahkost: S trendom lahkih vozil morajo biti tudi kabli čim lažji in tanjši, da se zmanjša skupna teža vozila.
Elektromagnetna združljivost: Kabli morajo imeti dobro zaščito, da zmanjšajo motnje signala.

Scenarij uporabe

Pametni avtomobilski kabli se pogosto uporabljajo v različnih sistemih avtomobilov, vključno z, vendar ne omejeno na:

Sistem za krmiljenje motorja: povezava ECU motorja s senzorji in aktuatorji za natančno krmiljenje motorja.
Sistem za nadzor karoserije: povezovanje modula za nadzor karoserije (BCM) z okni, ključavnicami vrat, osvetlitvijo in drugimi sistemi.
Sistem za pomoč vozniku: povezuje krmilnik ADAS (napredni sistemi za pomoč vozniku) s senzorji, kot sta kamera in radar.
Infotainment sistem: povezuje multimedijski center z zvočniki, navigacijskim sistemom itd.

Prihodnji trendi

Z razvojem avtomobilske elektronike in električnih arhitektur se razvijajo tudi pametni avtomobilski kabli. Prihodnji trendi vključujejo:

Centralizirana arhitektura: Ko se avtomobilske elektronske arhitekture preusmerjajo iz porazdeljenih v centralizirane, se bosta verjetno zmanjšala kompleksnost in dolžina kablov, kar bo pripomoglo k zmanjšanju teže vozila in izboljšanju učinkovitosti pretoka informacij.
Inteligentno upravljanje: Kabli bodo vključevali bolj inteligentne komponente, kot so vgrajeni senzorji in pametni konektorji, kar bo omogočilo samodiagnozo in poročanje o stanju.
Uporaba novih materialov: Za dodatno zmanjšanje teže in izboljšanje zmogljivosti so lahko kabli izdelani iz novih lahkih materialov.

Pametni avtomobilski kabli so ključne komponente, ki povezujejo avtomobilske elektronske sisteme, njihova zasnova in zmogljivost pa sta ključnega pomena za zagotavljanje varnosti in zanesljivosti avtomobilov. Z napredkom tehnologije in avtomobilske elektronike se bodo pametni avtomobilski kabli še naprej razvijali, da bi zadostili potrebam po večji zmogljivosti.

6. Biorazgradljivi in okolju prijazni kabli

Glede na prizadevanja za varstvo okolja in trajnostni razvoj postajajo biorazgradljivi in okolju prijazni avtomobilski kabli vroča tema v avtomobilski industriji. Ti kabli ne le izpolnjujejo potrebe avtomobilske industrije glede zmogljivosti, temveč kažejo tudi znatne prednosti na področju varstva okolja.

Biorazgradljivi izolirani kabli

Biorazgradljivi izolirani kabli so izdelani iz biorazgradljivih izolacijskih materialov, ki se pod določenimi okoljskimi pogoji lahko postopoma razgradijo s presnovo mikroorganizmov in se na koncu pretvorijo v okolju prijazne majhne molekule, kot sta ogljikov dioksid in voda. Ta postopek običajno zahteva določen čas in ustrezne okoljske pogoje. Uporaba biorazgradljivih kablov je v skladu z načeli zelenega in trajnostnega razvoja. Zagotavlja delovanje kablov, hkrati pa zmanjšuje vpliv na okolje in spodbuja razvoj industrije zelenih kablov.

Kabli z ne onesnažujočim izolacijskim lakom

Neonesnažujoč izolacijski lak za kable uporablja nenevaren izolacijski lak za zamenjavo izolacijskih materialov, ki vsebujejo nevarne sestavine v tradicionalnih kablih. Ta inovacija ne le zmanjšuje onesnaževanje okolja, temveč tudi izboljšuje varnost in zanesljivost kablov.

Biološki materiali v avtomobilskih kablih

Biološki materiali, zlasti vlakna polimlečne kisline (PLA), kompoziti in najlon, imajo velik potencial za uporabo v avtomobilski industriji zaradi svoje biorazgradljivosti, okolju prijazne proizvodnje in predelave, širokega nabora surovin, nizkega vonja in nizke vsebnosti hlapnih organskih spojin (HOS). Z znatnim povečanjem proizvodne zmogljivosti je tudi PLA polimlečna kislina (PLA) kot biološki polimer, pridobljen iz naravnih virov, doživela izjemen razvoj. PLA se kemično sintetizira iz naravne koruze. Ta material lahko mikroorganizmi po zavržku razgradijo v CO2 in H2O, ne da bi pri tem onesnaževali okolje, in je prepoznan kot nov ekološki material, ki je zelen in trajnosten v 21. stoletju.

Uporaba TPU materialov v avtomobilskih kablih

Termoplastični poliuretanski (TPU) materiali ne ponujajo le odlične zmogljivosti, temveč so tudi biorazgradljivi (3–5 let) in reciklirni. Trajnostne in okolju prijazne lastnosti TPU materialov ponujajo novo možnost za avtomobilske kable, kar pomaga zmanjšati vpliv na okolje.

Izzivi in obeti

Čeprav imajo biorazgradljivi in okolju prijazni avtomobilski kabli številne prednosti, se njihova uporaba sooča z nekaterimi izzivi in omejitvami. Na primer, na hitrost in učinkovitost razgradnje vplivajo okoljski pogoji, kar zahteva skrbno oceno in izbiro scenarijev uporabe. Hkrati je treba nenehno izboljševati in preizkušati delovanje in stabilnost biorazgradljivih izolacijskih materialov, da se zagotovi njihova zanesljivost in varnost. V prihodnosti se pričakuje, da bodo z nadaljnjim napredkom tehnologije in naraščajočo okoljsko ozaveščenostjo biorazgradljivi in okolju prijazni avtomobilski kabli igrali večjo vlogo v avtomobilski industriji, kar bo celotno industrijo usmerilo v okolju prijaznejšo in trajnostno smer.