Vijesti - Inovacije u automobilskim električnim kablovima: Šta je novo na tržištu?

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

1. Visokonaponski kablovi za električna vozila

Visokonaponski kablovi za električna vozila su ključne komponente koje se koriste u električnim vozilima za povezivanje visokonaponskih baterija, invertera, kompresora klima uređaja, trofaznih generatora i elektromotora radi prenosa električne energije. U poređenju sa kablovima koji se koriste u tradicionalnim vozilima na gorivo, visokonaponski kablovi za električna vozila imaju sljedeće karakteristike i zahtjeve:

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

Materijal provodnika: Provodnici su obično izrađeni od žarene meke bakrene žice ili kalajisane bakrene žice radi poboljšane provodljivosti i otpornosti na koroziju. Bakrene žice bez kisika (koje sadrže manje od 0,001% kisika i više od 99,99% čistoće) se široko koriste u visokonaponskim kablovima za električna vozila zbog svoje visoke čistoće i karakteristika da nisu krhki.

Materijali za izolaciju i plašt: Kako bi se zadovoljili zahtjevi visokog napona i velike struje, visokonaponski kablovi se izoluju izolacijskim materijalima velike debljine 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 kablovi zahtijevaju elektromagnetsku zaštitu kako bi se smanjila buka elektromagnetskog polja i elektromagnetske smetnje, dok zaštitni materijali (kao što su cijevi za toplinsku izolaciju i sastavljene cijevi) i brtveni prstenovi na vanjskom sloju kablova osiguravaju da su kablovi vodootporni, otporni na prašinu i habanje u teškim uvjetima okoline.

Dizajn i ožičenje: Prilikom dizajniranja visokonaponskih kablova 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 provodnika), težinu i cijenu. Radijus savijanja kabla, udaljenost do tačke 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 kablova za električna vozila slijede niz industrijskih standarda, kao što su QC-T1037 Standard automobilske industrije za visokonaponske kablove za cestovna vozila i TCAS 356-2019 Visokonaponski kablovi za vozila na novu energiju. Ovi standardi postavljaju specifične zahtjeve za električne performanse, mehaničke performanse i prilagodljivost kablova uticaju okoline.

Primjena: visokonaponski kablovi za električna vozila ne koriste se samo za veze u vozilu, već i za veze između priključka za punjenje i baterije, unutar baterije, između baterije i motora i drugih komponenti, kao i za uređaje za skladištenje energije u baterijama i druga polja. Kablovi moraju biti u stanju da izdrže teške uslove kao što su visoke i niske temperature, slana magla, elektromagnetna polja, ulje i hemikalije.

Razvoj i primjena visokonaponskih kablova za električna vozila jedan je od ključnih faktora u promovisanju održive i klimatski prihvatljive budućnosti električne mobilnosti. Kako tehnologija električnih vozila nastavlja da napreduje, performanse i standardi visokonaponskih kablova se nastavljaju optimizovati kako bi se zadovoljila rastuća potražnja za prenosom energije i sigurnosnim zahtjevima.

2. Lagani aluminijski kablovi

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

Pozadina i trend

Potražnja za laganim automobilskim konstrukcijama: s brzim razvojem vozila na nove izvore energije, potražnja za laganim dizajnom automobilskih konstrukcija dodatno se povećava. Žice i kablovi, kao glavne komponente automobilskog prijenosa snage, tradicionalno su dizajnirani da koriste bakar kao provodnik, ali bakreni kablovi su skupi i teške kvalitete. Stoga je razvoj laganih, jeftinih aluminijskih provodnih žica i kablova za automobile postao neophodan izbor za lagani dizajn automobilskih konstrukcija.

Prednost aluminijskih kablova: tradicionalna elektroenergetska industrija ima dugu istoriju korištenja aluminijskih kablova, aluminijski kablovi su niski, lagani i imaju dug vijek trajanja, posebno su 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, upotreba aluminijskih kablova umjesto bakrenih kablova idealno je rješenje za smanjenje težine i troškova.

Slučajevi primjene proizvoda od aluminijske žice

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

Putnički automobil: DC sabirnica koristi aluminijski kabel od 50 mm2, koji se uspješno masovno proizvodi. Upotreba ultrazvučnog zavarivanja efikasno poboljšava performanse električnog kontakta spojeva i efektivno smanjuje kvalitet ožičenja u poređenju sa bakrenim žicama.

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

Razlike u performansama između bakra i aluminija

Otpornost i provodljivost: Zbog različite otpornosti aluminija i bakra, provodljivost aluminijskog provodnika je 62% IACS. Kada je površina poprečnog presjeka aluminijskog provodnika 1,6 puta veća od bakra, njegove električne performanse su iste kao i kod bakra.

Odnos mase: specifična težina aluminija je 2,7 kg/m3, specifična težina bakra je 8,89 kg/m3, tako da je odnos mase ta dva materijala (2,7 × 160%) / (8,89 × 1) ≈ 50%. To znači da je pri istim električnim performansama masa aluminijskog provodnika samo 1/2 mase bakrenog tijela.

Tržišni prostor i izgledi

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

Analiza nesigurnosti

Faktori troškova: Iako aluminijski kablovi imaju prednosti u pogledu troškova, postoji negativan faktor povećanja cijene aluminija u odnosu na čelik u automobilskoj industriji, što može utjecati na brzinu popularizacije aluminijskih kablova.

Tehnički izazovi: Primjena aluminijskih kablova u automobilima i dalje se suočava s tehničkim izazovima, kao što su poboljšanje performansi električnih kontakata spojeva i optimizacija odvođenja topline, koje je potrebno riješiti tehnološkim inovacijama.

Usvajanje laganih aluminijskih automobilskih kablova 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 kablova u automobilskoj industriji bit će sve šira, što će značajno doprinijeti laganoj automobilskoj industriji, uštedi energije i smanjenju emisija.

3. Zaštićeni kablovi za smanjenje EMI-a

Elektromagnetne smetnje (EMI) u automobilima su složen problem, posebno u električnim i hibridnim vozilima zbog intenzivne upotrebe elektronskih uređaja velike snage. Kao jedan od glavnih uzroka EMI-ja, dizajn i odabir materijala automobilskih kablovskih svežnjeva ključni su za minimiziranje EMI-ja. Evo nekoliko ključnih tačaka o tome kako smanjiti EMI u automobilima upotrebom oklopljenih kablova:

Kako rade oklopljeni kablovi: Oklopljeni kablovi rade dodavanjem sloja metalne pletenice ili folije oko provodnika. Ovaj oklop reflektuje i apsorbuje elektromagnetne talase, čime se smanjuje EMI. Oklop je povezan sa uzemljenjem, što usmjerava zarobljenu elektromagnetnu energiju prema uzemljenju i sprečava je da ometa druge elektronske uređaje.

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

Gdje se koriste oklopljeni kablovi: U automobilima, oklopljeni kablovi se uglavnom koriste za kritične signalne i kontrolne vodove koji su podložni EMI-ju 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 sisteme za zabavu obično koriste oklopljene kablove.

Upotreba oklopljenih kablova u kombinaciji sa neoklopljenim kablovima: U automobilskim okruženjima gdje je prostor ograničen, visokonaponski i niskonaponski kablovi se često postavljaju u neposrednoj blizini jedan drugog. Da bi se minimizirali EMI, visokonaponski kabl može biti dizajniran kao oklopljeni kabl, dok niskonaponski kabl može biti neoklopljen. Na taj način, oklop visokonaponskog kabla štiti niskonaponski kabl od EMI-ja.

Raspored i dizajn kablova: Pored korištenja oklopljenih kablova, veoma je važno i pravilno postavljanje kablova. Treba izbjegavati formiranje petlji u kablovima, jer petlje povećavaju EMI. Osim toga, kablove treba postaviti što dalje od izvora EMI-ja, kao što su motori i pretvarači snage.

Upotreba filtera: Pored oklopljenih kablova, EMI filteri se mogu dodati na oba kraja kabla kako bi se dodatno smanjio EMI. Filteri mogu biti kondenzatori ili induktori, koji filtriraju šum u određenom frekventnom opsegu.

Ukratko, korištenjem oklopljenih kablova i njihovim kombinovanjem sa pravilnim rasporedom kablova i tehnikama filtriranja, EMI u automobilima se može značajno smanjiti, čime se poboljšava pouzdanost i performanse elektronske opreme.

4. Kablovi otporni na visoke temperature

Automobilski kablovi otporni na visoke temperature su kablovi dizajnirani za automobilsku industriju kako bi održali stabilne performanse u okruženjima s visokim temperaturama. Uglavnom su napravljeni od nekoliko specijalnih 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 kablove otporne na visoke temperature:

TPE materijali: termoplastični elastomeri (termoplastični elastomeri), uključujući stirene, olefine, diene, vinil hlorid, 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 se dijeli na poliesterski i polieterski tip, krutim blokom i fleksibilnim lančanim segmentima. TPU materijali u procesu obrade brizganjem čine više od 40% materijala, a ekstruzijskim brizganjem oko 35%, te imaju dobru elastičnost i otpornost na habanje.

PVC materijal: Polivinil hlorid (polivinil hlorid), dodavanjem različitih količina plastifikatora reguliše se njegova mekoća, smanjuje se temperatura "staklastog prelaza", kako bi se postigla dobra fleksibilnost i plastičnost, te se lako obrađuje i oblikuje.

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

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

Odabir i upotreba ovih materijala omogućavaju automobilskim kablovima otpornim na visoke temperature da stabilno rade duži vremenski period u okruženjima s visokim temperaturama, kao što su motorni prostori i blizu ispušnih sistema, osiguravajući normalan rad automobilskih električnih sistema. Pored toga, kablovi otporni na visoke temperature imaju i prednosti otpornosti na ulje, vodootpornosti, otpornosti na kiseline i alkalije, otpornosti na korozivne gasove, otpornosti na starenje itd. Pogodni su za metalurgiju, elektroenergetiku, petrohemiju, željeznička vozila, energetiku, željezo i čelik, električne mašine i druga područja. Prilikom odabira kablova otpornih na visoke temperature, potrebno je odabrati pravi model prema stvarnom scenariju primjene, temperaturnom okruženju, nivou napona i drugim faktorima kako biste osigurali da kabl ima dobre performanse i sigurnost u uslovima visokih temperatura.

5. Pametni kablovi sa integrisanim senzorima

Pametni automobilski kablovi sa integrisanim senzorima su sastavni dio modernih pametnih automobila i igraju ključnu ulogu u električnoj i elektronskoj arhitekturi vozila. Pametni automobilski kablovi nisu odgovorni samo za prenos snage, već, što je još važnije, prenose podatke i kontrolne signale, povezujući mikrokontrolere (MCU), senzore, aktuatore i druge elektronske kontrolne jedinice (ECU) u automobilu, formirajući "neuronsku mrežu" automobila.

Funkcija i važnost pametnih automobilskih kablova

Prijenos podataka: Kablovi pametnih automobila odgovorni su za prijenos podataka od senzora do MCU-a i komandi od MCU-a do aktuatora. Ovi podaci uključuju, ali nisu ograničeni na, brzinu, temperaturu, pritisak, položaj itd. i ključni su za postizanje precizne kontrole vozila.
Distribucija 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: Kabl je dizajniran imajući na umu sigurnost, kao što je upotreba 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 kablova za pametne automobile mora ispunjavati sljedeće zahtjeve:

Pouzdanost: Kablovi moraju biti u stanju pouzdano raditi u raznim teškim okruženjima u automobilu, uključujući visoke temperature, niske temperature, vibracije i vlažnost.
Izdržljivost: Kablovi moraju biti dovoljno izdržljivi da izdrže duge periode upotrebe bez kvara.
Sigurnost: Kablovi 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: Kablovi trebaju imati dobre performanse zaštite kako bi se smanjile smetnje signala.

Scenarij primjene

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

Sistem upravljanja motorom: povezivanje ECU-a motora sa senzorima i aktuatorima radi postizanja precizne kontrole motora.
Sistem upravljanja karoserijom: povezivanje modula upravljanja karoserijom (BCM) sa prozorima, bravama na vratima, rasvjetom i drugim sistemima.
Sistem pomoći vozaču: povezuje ADAS (Napredni sistemi pomoći vozaču) kontroler sa senzorima kao što su kamera i radar.
Infotainment sistem: povezuje multimedijalni centar sa audio zvučnicima, navigacijskim sistemom itd.

Budući trendovi

Kako se automobilska elektronika i električne arhitekture razvijaju, tako se razvijaju i pametni kablovi za automobile. Budući trendovi uključuju:

Centralizirana arhitektura: Kako se elektroničke arhitekture automobila prebacuju s distribuiranih na centralizirane, složenost i dužina kablova će se vjerovatno smanjiti, što će pomoći u smanjenju težine vozila i poboljšanju efikasnosti protoka informacija.
Inteligentno upravljanje: Kablovi će integrirati inteligentnije komponente, kao što su ugrađeni senzori i pametni konektori, omogućavajući samodijagnostiku i izvještavanje o statusu.
Primjena novih materijala: Kako bi se dodatno smanjila težina i poboljšale performanse, kablovi mogu biti izrađeni od novih laganih materijala.

Pametni automobilski kablovi su ključne komponente koje povezuju automobilske elektronske sisteme, a njihov dizajn i performanse su ključni za osiguranje sigurnosti i pouzdanosti automobila. Kako tehnologija napreduje i automobilska elektronika ubrzava, pametni automobilski kablovi će se nastaviti 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 kablovi postaju vruća tema u automobilskoj industriji. Ovi kablovi ne samo da zadovoljavaju potrebe automobilske industrije u pogledu performansi, već pokazuju i značajne prednosti u pogledu zaštite okoliša.

Biorazgradivi izolirani kablovi

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

Kablovi sa izolacijskim lakom koji ne zagađuje okolinu

Nezagađujući izolacijski lak za kablove koristi neopasni izolacijski lak za zamjenu izolacijskih materijala koji sadrže opasne sastojke u tradicionalnim kablovima. Ova inovacija ne samo da smanjuje zagađenje okoliša, već i poboljšava sigurnost i pouzdanost kablova.

Biomaterijali u automobilskim kablovima

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 spektra sirovina, slabog mirisa i niskog sadržaja isparljivih 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 hemijski sintetizira iz prirodnog kukuruza. Ovaj materijal se nakon odbacivanja može razgraditi na CO2 i H2O pomoću mikroorganizama, bez zagađenja okoliša, te je prepoznat kao novi eko-materijal koji je zelen i održiv u 21. stoljeću.

Primjena TPU materijala u automobilskim kablovima

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

Izazovi i perspektive

Iako biorazgradivi i ekološki prihvatljivi automobilski kablovi pokazuju mnoge prednosti, njihova primjena suočava se s nekim izazovima i ograničenjima. Na primjer, na brzinu i učinkovitost degradacije utječu uvjeti okoline, što zahtijeva pažljivu procjenu i odabir scenarija primjene. Istovremeno, 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 kablovi igrati veću ulogu u automobilskoj industriji, usmjeravajući cijelu industriju u ekološki prihvatljivijem i održivijem smjeru.