Amb la ràpida evolució de la indústria de l'automoció, els cables elèctrics s'han convertit en components crítics dels vehicles moderns. Aquí teniu algunes de les darreres innovacions en cables elèctrics per a cotxes:
1. Cables d'alta tensió per a vehicles elèctrics
Els cables d'alta tensió per a vehicles elèctrics són components clau que s'utilitzen en els vehicles elèctrics per connectar bateries d'alta tensió, inversors, compressors d'aire condicionat, generadors trifàsics i motors elèctrics per aconseguir la transmissió d'energia elèctrica. En comparació amb els cables utilitzats en els vehicles de combustible tradicionals, els cables d'alta tensió per a vehicles elèctrics tenen les següents característiques i requisits:
Alta tensió i alt corrent: Els cables d'alta tensió per a vehicles elèctrics estan dissenyats per suportar tensions de fins a 600 V CA/900 V CC (turismes) o 1000 V CA/1500 V CC (vehicles comercials) i corrents de 250 A a 450 A o fins i tot més. Això és molt més alt que els sistemes de 12 V que s'utilitzen normalment en vehicles de combustible convencionals.
Material del conductor: Els conductors solen estar construïts amb filferro de coure tou recuit o filferro de coure estanyat per millorar la conductivitat i la resistència a la corrosió. Els filferros de coure sense oxigen (que contenen menys del 0,001% d'oxigen i més del 99,99% de puresa) s'utilitzen àmpliament en cables d'alta tensió per a vehicles elèctrics a causa de la seva alta puresa i les seves característiques no fràgils.
Materials d'aïllament i revestiment: per tal de complir els requisits d'alta tensió i alta intensitat, els cables d'alta tensió s'aïllen amb materials d'aïllament amb un gruix de paret elevat, com ara cautxú de silicona, polietilè reticulat o poliolefina reticulada, que tenen una bona resistència a la calor i efecte ignífug, i poden suportar temperatures elevades de més de 150 ℃.
Blindatge i protecció: els cables d'alta tensió requereixen un blindatge electromagnètic per reduir el soroll del camp electromagnètic i les interferències electromagnètiques, mentre que els materials protectors (com ara tubs d'aïllament tèrmic i tubs compilats) i els anells de segellat a la capa exterior dels cables garanteixen que els cables siguin impermeables, resistents a la pols i a l'abrasió en entorns durs.
Disseny i cablejat: El disseny de cables d'alta tensió per a vehicles elèctrics ha de tenir en compte les restriccions d'espai de cablejat, els requisits de seguretat (per exemple, una separació mínima de 100 mil·límetres o més entre els conductors d'alta tensió i de baixa tensió), el pes i el cost. El radi de curvatura del cable, la distància al punt de fixació i l'entorn en què s'utilitza (per exemple, dins o fora del vehicle) també influiran en el seu disseny i selecció.
Estàndards i especificacions: El disseny i la fabricació de cables d'alta tensió per a vehicles elèctrics segueixen una sèrie d'estàndards de la indústria, com ara QC-T1037, Estàndard de la indústria automotriu per a cables d'alta tensió per a vehicles de carretera, i TCAS 356-2019, Cables d'alta tensió per a vehicles de nova energia. Aquests estàndards estableixen requisits específics per al rendiment elèctric, el rendiment mecànic i l'adaptabilitat ambiental dels cables.
Aplicacions: els cables d'alta tensió per a vehicles elèctrics no només s'utilitzen per a connexions dins del vehicle, sinó també per a connexions entre el port de càrrega i la bateria, dins de la bateria, entre la bateria i el motor i altres components, així com dispositius d'emmagatzematge d'energia de la bateria i altres camps. Els cables han de ser capaços de suportar condicions dures com ara ambients d'alta i baixa temperatura, boira salina, camps electromagnètics, oli i productes químics.
El desenvolupament i l'aplicació de cables d'alta tensió per a vehicles elèctrics és un dels factors clau per promoure un futur sostenible i respectuós amb el clima per a la mobilitat elèctrica. A mesura que la tecnologia dels vehicles elèctrics continua avançant, el rendiment i els estàndards dels cables d'alta tensió continuen optimitzant-se per satisfer la creixent demanda de transmissió d'energia i requisits de seguretat.
2. Cables d'alumini lleugers
L'adopció de cables d'alumini lleuger per a automoció és una de les tendències importants en la indústria de l'automoció, especialment en la nova indústria de l'automoció energètica, en la recerca de la lleugeresa, l'eficiència energètica i l'autonomia. A continuació es mostra una anàlisi detallada dels cables d'alumini lleuger per a automoció:
Antecedents i tendència
Demanda de lleugeresa per a automòbils: amb el ràpid desenvolupament de vehicles de nova energia, la demanda de disseny lleuger per a automòbils augmenta encara més. Els cables, com a components principals de la transmissió de potència dels automòbils, tradicionalment s'han dissenyat amb coure com a conductor, però els cables amb nucli de coure són cars i de gran qualitat. Per tant, el desenvolupament de cables i filferros conductors d'alumini de baixa qualitat i baix preu per a automòbils s'ha convertit en una opció necessària per al disseny lleuger per a automòbils.
Avantatge del cable d'alumini: la indústria energètica tradicional té una llarga història d'ús de cables d'alumini, cables d'alumini de baix cost, pes lleuger, llarga vida útil, especialment adequats per a la transmissió d'energia d'alta tensió i llarga distància. La Xina és rica en recursos d'alumini, fluctuacions de preus dels materials, estabilitat de costos i fàcil de controlar. En la nova indústria dels vehicles energètics, l'ús de cables d'alumini en lloc de cables de coure és una solució ideal per reduir el pes i el cost.
Casos d'aplicació de productes de filferro d'alumini
Model d'autobús: bateria de cable d'alumini per soldadura ultrasònica interna i externa, ús de cable de connexió d'alimentació de gran diàmetre, l'avantatge d'utilitzar cable d'alumini és evident.
Cotxe de passatgers: la barra colectora de CC adopta un cable d'alumini de 50 mm2, que s'ha produït en massa amb èxit. L'ús de la soldadura per ultrasons millora eficaçment el rendiment del contacte elèctric de les unions i redueix eficaçment la qualitat del cablejat en comparació amb els cables de coure.
Pistola de càrrega de CA: utilitzant cable d'aliatge d'alumini d'alta resistència a la flexió, pes lleuger, rendiment estable en la prova d'envelliment, ha començat gradualment la producció en massa; El cable del port de càrrega de CC per a turismes utilitza cable d'alumini per millorar la dissipació de la calor i la soldadura per ultrasons s'utilitza al terminal del port de càrrega rodó, cosa que millora significativament el rendiment del contacte elèctric, redueix la quantitat de calor generada i millora la vida útil.
Diferències de rendiment entre el coure i l'alumini
Resistivitat i conductivitat: a causa de la diferent resistivitat de l'alumini i el coure, la conductivitat del conductor d'alumini és del 62% IACS. Quan l'àrea de la secció transversal del conductor d'alumini és 1,6 vegades la del coure, el seu rendiment elèctric és el mateix que el del coure.
Relació de masses: la gravetat específica de l'alumini és de 2,7 kg/m3, la gravetat específica del coure és de 8,89 kg/m3, de manera que la relació de masses entre les dues és (2,7 × 160%) / (8,89 × 1) ≈50%. Això significa que amb el mateix rendiment elèctric, la massa del conductor d'alumini és només la meitat de la del cos de coure.
Espai de mercat i perspectiva
Taxa de creixement anualitzada: Segons l'anàlisi de mercat, la taxa de creixement anualitzada de les làmines laminades d'alumini i el material extrudit serà d'aproximadament el 30% el 2025, cosa que demostra l'enorme potencial de l'alumini en el camp de l'alleugeriment de l'automoció.
Anàlisi d'incertesa
Factors de cost: Tot i que els cables d'alumini tenen avantatges de cost, hi ha un factor negatiu de l'augment del cost de l'alumini en lloc de l'acer a la indústria de l'automoció, que pot afectar la velocitat de popularització dels cables d'alumini.
Reptes tècnics: L'aplicació de cables d'alumini en automòbils encara s'enfronta a reptes tècnics, com ara la millora del rendiment del contacte elèctric de les unions i l'optimització de la dissipació de calor, que cal resoldre mitjançant la innovació tecnològica.
L'adopció de cables d'alumini lleuger per a automòbils és una tendència inevitable per a la indústria de l'automoció per tal de buscar l'estalvi d'energia i la reducció d'emissions, i millorar l'autonomia. Amb el progrés continu de la tecnologia i una major optimització dels costos, l'aplicació de cables d'alumini en la indústria de l'automoció serà més extensa, fent una contribució important al lleugeresa dels automòbils, l'estalvi d'energia i la reducció d'emissions.
3. Cables blindats per a la reducció d'EMI
La interferència electromagnètica (EMI) en els automòbils és un problema complex, especialment en vehicles elèctrics i híbrids a causa de l'ús intensiu de dispositius electrònics d'alta potència. Com a un dels principals contribuents a l'EMI, el disseny i la selecció de materials dels arnesos de cablejat dels automòbils és fonamental per minimitzar-la. Aquests són alguns punts clau sobre com reduir l'EMI en els automòbils mitjançant l'ús de cables blindats:
Com funcionen els cables blindats: els cables blindats funcionen afegint una capa de trena o làmina metàl·lica al voltant dels conductors. Aquest blindatge reflecteix i absorbeix les ones electromagnètiques, reduint així les EMI. El blindatge està connectat a terra, que dirigeix l'energia electromagnètica capturada a terra i evita que interfereixi amb altres dispositius electrònics.
Tipus de blindatge: Hi ha dos tipus principals de blindatge: el blindatge metàl·lic trenat i el blindatge de làmina. El blindatge metàl·lic trenat proporciona una millor resistència mecànica i flexibilitat, mentre que el blindatge de làmina proporciona un millor blindatge a freqüències més baixes. En aplicacions d'automoció, és habitual utilitzar una combinació d'aquests dos tipus de blindatge per obtenir un blindatge òptim.
Connexió a terra del blindatge: Perquè un cable blindat sigui eficaç, el blindatge ha d'estar correctament connectat a terra. Si el blindatge no està correctament connectat a terra, pot convertir-se en una antena i augmentar l'EMI. En els automòbils, és habitual fixar el blindatge al xassís metàl·lic del vehicle per proporcionar un bon camí cap a terra.
On s'utilitzen cables blindats: En els automòbils, els cables blindats s'utilitzen principalment per a línies de senyal i control crítiques que són susceptibles a les EMI o que poden convertir-se en fonts d'EMI. Per exemple, les línies utilitzades per a unitats de control del motor (ECU), senyals de sensors, xarxes dins del vehicle (per exemple, busos CAN) i sistemes d'entreteniment solen utilitzar cables blindats.
Ús de cables blindats juntament amb cables no blindats: En entorns d'automoció on l'espai és limitat, els cables d'alta i baixa tensió sovint es col·loquen molt a prop l'un de l'altre. Per minimitzar les EMI, el cable d'alta tensió es pot dissenyar com a cable blindat, mentre que el cable de baixa tensió pot no blindar-se. D'aquesta manera, el blindatge del cable d'alta tensió protegeix el cable de baixa tensió de les EMI.
Disposició i disseny de cables: A més d'utilitzar cables apantallats, també és molt important una distribució adequada dels cables. Cal evitar la formació de bucles als cables, ja que els bucles augmenten les interferències electromagnètiques (EMI). A més, els cables s'han de col·locar el més lluny possible de les fonts d'EMI, com ara motors i convertidors de potència.
Ús de filtres: A més dels cables blindats, es poden afegir filtres EMI als dos extrems del cable per minimitzar encara més les EMI. Els filtres poden ser condensadors o inductors, que filtren el soroll en un rang de freqüències específic.
En resum, mitjançant l'ús de cables blindats i la combinació d'aquests amb la disposició de cables i les tècniques de filtratge adequades, es pot reduir significativament l'EMI en els automòbils, millorant així la fiabilitat i el rendiment dels equips electrònics.
4. Cables resistents a altes temperatures
Els cables d'automoció resistents a altes temperatures són cables dissenyats per a la indústria de l'automoció per mantenir un rendiment estable en entorns d'alta temperatura. Estan fets principalment de diversos materials especials per garantir la fiabilitat i la seguretat en zones d'alta temperatura, com ara els compartiments del motor. Aquests són alguns materials comuns que s'utilitzen per a cables d'automoció resistents a altes temperatures:
Materials TPE: elastòmers termoplàstics (elastòmers termoplàstics), incloent-hi estirens, olefines, diens, clorur de vinil, polièsters, èsters, amides, organofluorats, silicones i vinils. Actualment, els elastòmers basats en SEBS (copolímer de bloc d'estirè-etilè-butilè-estirè) són els materials TPE més utilitzats.
Materials TPU: poliuretà termoplàstic (poliuretà termoplàstic), l'estructura molecular es divideix en tipus polièster i tipus polièter, pels segments de bloc rígid i cadena flexible. Els materials TPU en el procés de processament de modelat per injecció van representar més del 40% del modelat per extrusió, aproximadament un 35%, amb bona elasticitat i resistència al desgast.
Material de PVC: clorur de polivinil (clorur de polivinil), mitjançant l'addició de diferents quantitats de plastificants per regular la seva suavitat, reduir la seva temperatura de "transició vítria", per tal de tenir una bona flexibilitat i plasticitat, fàcil de processar el modelat.
Material de silicona: un material adsorbent altament actiu, substància amorfa, cautxú termoestable. La silicona té una excel·lent resistència a la calor i al fred i una àmplia gamma de temperatures de funcionament, des de -60 °C fins a +180 °C i més enllà.
Polietilè reticulat XLPE: mitjançant la reticulació química en elastòmers termoestables, es milloren les propietats d'aïllament, s'amplia el rang de resistència a la temperatura del cable i es millora el rendiment. El cable XLPE, un cop es produeix la combustió, produeix diòxid de carboni i aigua, cosa que és relativament respectuosa amb el medi ambient.
La selecció i l'ús d'aquests materials permeten que els cables d'automoció resistents a altes temperatures funcionin de manera estable durant llargs períodes en entorns d'alta temperatura, com ara compartiments del motor i sistemes d'escapament propers, garantint el funcionament normal dels sistemes elèctrics de l'automoció. A més, els cables resistents a altes temperatures també tenen els avantatges de la resistència a l'oli, la resistència a l'aigua, la resistència als àcids i als àlcalis, la resistència als gasos corrosius, la resistència a l'envelliment, etc. Són adequats per a la metal·lúrgia, l'energia elèctrica, la petroquímica, el material rodant, l'energia, el ferro i l'acer, la maquinària elèctrica i altres camps. A l'hora d'escollir cables resistents a altes temperatures, cal triar el model adequat segons l'escenari d'aplicació real, l'entorn de temperatura, el nivell de tensió i altres factors per garantir que el cable tingui un bon rendiment i seguretat en condicions d'alta temperatura.
5. Cables intel·ligents amb sensors integrats
Els cables per a cotxes intel·ligents amb sensors integrats són una part integral dels cotxes intel·ligents moderns i tenen un paper clau en l'arquitectura elèctrica i electrònica del vehicle. Els cables per a cotxes intel·ligents no només són responsables de la transmissió d'energia, sinó que, el que és més important, transporten dades i senyals de control, connectant unitats de microcontroladors (MCU), sensors, actuadors i altres unitats de control electrònic (ECU) del cotxe, formant la "xarxa neuronal" del cotxe.
La funció i la importància dels cables per a cotxes intel·ligents
Transmissió de dades: Els cables dels cotxes intel·ligents són els responsables de transmetre les dades dels sensors a la MCU i les ordres de la MCU als actuadors. Aquestes dades inclouen, entre d'altres, la velocitat, la temperatura, la pressió, la posició, etc., i són fonamentals per aconseguir un control precís del vehicle.
Distribució d'energia: El cable no només transmet dades, sinó que també s'encarrega de distribuir l'energia als diversos dispositius electrònics del cotxe per garantir que funcionin correctament.
Seguretat: El cable està dissenyat tenint en compte la seguretat, com ara l'ús de materials ignífugs i la configuració de la protecció contra sobrecorrent, per garantir que el circuit es pugui tallar a temps en cas de mal funcionament, evitant possibles riscos per a la seguretat.
Requisits de disseny
El disseny dels cables per a cotxes intel·ligents ha de complir els requisits següents:
Fiabilitat: Els cables han de poder funcionar de manera fiable en diversos entorns difícils del cotxe, com ara altes temperatures, baixes temperatures, vibracions i humitat.
Durabilitat: Els cables han de ser prou resistents per suportar llargs períodes d'ús sense fallades.
Seguretat: Els cables han d'estar ben aïllats per reduir el risc de curtcircuits i han de tenir els mecanismes de protecció necessaris.
Lleuger: Amb la tendència cap als vehicles lleugers, els cables també han de ser el més lleugers i prims possible per reduir el pes total del vehicle.
Compatibilitat electromagnètica: els cables han de tenir un bon rendiment de blindatge per reduir les interferències del senyal.
Escenari d'aplicació
Els cables per a cotxes intel·ligents s'utilitzen àmpliament en diversos sistemes d'automòbils, incloent-hi, entre d'altres:
Sistema de control del motor: connexió de la ECU del motor amb sensors i actuadors per aconseguir un control precís del motor.
Sistema de control de la carrosseria: connexió del mòdul de control de la carrosseria (BCM) amb finestres, panys de portes, il·luminació i altres sistemes.
Sistema d'assistència al conductor: connecta el controlador ADAS (Sistemes Avançats d'Assistència al Conductor) amb sensors com ara càmeres i radars.
Sistema d'infoentreteniment: connecta el centre multimèdia amb els altaveus, el sistema de navegació, etc.
Tendències futures
A mesura que evolucionen les arquitectures electròniques i elèctriques dels automòbils, també ho fan els cables dels cotxes intel·ligents. Les tendències futures inclouen:
Arquitectura centralitzada: A mesura que les arquitectures electròniques de l'automoció passen de ser distribuïdes a centralitzades, és probable que la complexitat i la longitud dels cables disminueixin, cosa que ajudarà a reduir el pes del vehicle i a millorar l'eficiència del flux d'informació.
Gestió intel·ligent: els cables integraran components més intel·ligents, com ara sensors integrats i connectors intel·ligents, cosa que permetrà l'autodiagnòstic i els informes d'estat.
Aplicació de nous materials: Per reduir encara més el pes i millorar el rendiment, els cables es poden fabricar amb nous materials lleugers.
Els cables per a cotxes intel·ligents són components clau que connecten els sistemes electrònics de l'automòbil, i el seu disseny i rendiment són fonamentals per garantir la seguretat i la fiabilitat dels automòbils. A mesura que la tecnologia avança i l'electrònica de l'automòbil s'accelera, els cables per a cotxes intel·ligents continuaran evolucionant per satisfer la necessitat d'un rendiment més alt.
6. Cables biodegradables i respectuosos amb el medi ambient
En el context de la recerca de la protecció del medi ambient i el desenvolupament sostenible, els cables biodegradables i respectuosos amb el medi ambient per a automòbils s'estan convertint en un tema candent en la indústria de fabricació d'automòbils. Aquests cables no només satisfan les necessitats de la indústria de l'automòbil pel que fa al rendiment, sinó que també mostren avantatges significatius pel que fa a la protecció del medi ambient.
Cables aïllats biodegradables
Els cables aïllats biodegradables estan fets de materials aïllants biodegradables que, en determinades condicions ambientals, es poden descompondre gradualment a través del metabolisme dels microorganismes i finalment convertir-se en petites molècules respectuoses amb el medi ambient, com ara diòxid de carboni i aigua. Aquest procés sol requerir un cert temps i unes condicions ambientals adequades. L'ús de cables biodegradables està en línia amb els principis del desenvolupament verd i sostenible. Garanteix el rendiment dels cables alhora que minimitza l'impacte sobre el medi ambient i promou el desenvolupament de la indústria del cable verd.
Cables amb vernís aïllant no contaminant
El vernís aïllant no contaminant per a cables utilitza vernís aïllant no perillós per substituir els materials aïllants que contenen ingredients perillosos dels cables tradicionals. Aquesta innovació no només redueix la contaminació ambiental, sinó que també millora la seguretat i la fiabilitat dels cables.
Materials biològics en cables d'automoció
Els materials d'origen biològic, especialment les fibres d'àcid polilàctic (PLA), els compostos i el niló, tenen un gran potencial d'aplicació en la indústria de l'automoció a causa de la seva biodegradabilitat, la producció i el processament respectuosos amb el medi ambient, l'àmplia gamma de fonts de matèries primeres, la baixa olor i el baix contingut de compostos orgànics volàtils (COV). Amb l'augment substancial de la capacitat de producció, l'àcid polilàctic (PLA), com a polímer d'origen biològic derivat de recursos naturals, també ha experimentat un enorme desenvolupament. El PLA es sintetitza químicament a partir del blat de moro natural. Aquest material pot ser descompost en CO2 i H2O pels microorganismes després de ser descartat, sense causar contaminació al medi ambient, i es reconeix com un nou ecomaterial verd i sostenible al segle XXI.
Aplicació de materials TPU en cables d'automoció
Els materials de poliuretà termoplàstic (TPU) no només ofereixen un rendiment excel·lent, sinó que també són biodegradables (3-5 anys) i reciclables. Les propietats sostenibles i respectuoses amb el medi ambient dels materials TPU ofereixen una nova opció per als cables d'automoció, que ajuda a reduir l'impacte sobre el medi ambient.
Reptes i perspectives
Tot i que els cables biodegradables i ecològics per a automoció presenten molts avantatges, la seva aplicació s'enfronta a alguns reptes i limitacions. Per exemple, la velocitat i l'eficàcia de la degradació es veuen afectades per les condicions ambientals, cosa que requereix una avaluació i selecció acurada dels escenaris d'aplicació. Al mateix temps, el rendiment i l'estabilitat dels materials d'aïllament degradables s'han de millorar i provar contínuament per garantir la seva fiabilitat i seguretat. En el futur, a mesura que la tecnologia continuï avançant i la consciència ambiental augmenti, s'espera que els cables biodegradables i ecològics per a automoció tinguin un paper més important en la indústria de l'automoció, impulsant tota la indústria en una direcció més respectuosa amb el medi ambient i sostenible.
Danyang Winpowerté 15 anys d'experiència en la fabricació de filferros i cables,
productes principals: cables solars, cables d'emmagatzematge de bateries,cables d'automoció, cable d'alimentació UL,
cables d'extensió fotovoltaics, arnesos de cablejat del sistema d'emmagatzematge d'energia.
Data de publicació: 30 d'agost de 2024