Novinky - Inovácie v oblasti elektrických káblov do auta: Čo je nové na trhu?

S rýchlym vývojom automobilového priemyslu sa elektrické káble stali kľúčovými súčasťami moderných vozidiel. Tu sú niektoré z najnovších inovácií v oblasti elektrických káblov do automobilov:

1. Vysokonapäťové káble pre elektromobily

Vysokonapäťové káble pre elektrické vozidlá sú kľúčovými komponentmi používanými v elektrických vozidlách na pripojenie vysokonapäťových batérií, meničov, kompresorov klimatizácie, trojfázových generátorov a elektromotorov na realizáciu prenosu elektrickej energie. V porovnaní s káblami používanými v tradičných palivových vozidlách majú vysokonapäťové káble pre elektrické vozidlá nasledujúce vlastnosti a požiadavky:

Vysoké napätie a vysoký prúd: Vysokonapäťové káble pre elektromobily sú navrhnuté tak, aby zvládli napätie až do 600 V striedavého prúdu/900 V jednosmerného prúdu (osobné automobily) alebo 1000 V striedavého prúdu/1500 V jednosmerného prúdu (úžitkové vozidlá) a prúdy od 250 A do 450 A alebo aj vyššie. To je oveľa viac ako 12V systémy bežne používané v konvenčných vozidlách.

Materiál vodiča: Vodiče sú zvyčajne vyrobené z žíhaného mäkkého medeného drôtu alebo pocínovaného medeného drôtu pre lepšiu vodivosť a odolnosť proti korózii. Medené drôty bez obsahu kyslíka (obsahujúce menej ako 0,001 % kyslíka a viac ako 99,99 % čistotu) sa široko používajú vo vysokonapäťových kábloch pre elektromobily vďaka svojej vysokej čistote a nekrehkosti.

Izolačné a plášťové materiály: Aby sa splnili požiadavky vysokého napätia a vysokého prúdu, vysokonapäťové káble sú izolované izolačnými materiálmi s vysokou hrúbkou steny, ako je silikónová guma, zosieťovaný polyetylén alebo zosieťovaný polyolefín, ktoré majú dobrú tepelnú odolnosť a spomaľujú horenie a odolávajú vysokým teplotám nad 150 ℃.

Tienenie a ochrana: Vysokonapäťové káble vyžadujú elektromagnetické tienenie na zníženie elektromagnetického šumu a elektromagnetického rušenia, zatiaľ čo ochranné materiály (ako sú tepelnoizolačné trubice a zostavené trubice) a tesniace krúžky na vonkajšej vrstve káblov zabezpečujú, že káble sú vodotesné, prachotesné a odolné voči oderu v náročných prostrediach.

Návrh a zapojenie: Návrh vysokonapäťových káblov pre elektrické vozidlá musí zohľadňovať obmedzenia priestoru pre zapojenie, bezpečnostné požiadavky (napr. minimálna vzdialenosť 100 milimetrov alebo viac medzi vysokonapäťovými a nízkonapäťovými vodičmi), hmotnosť a náklady. Polomer ohybu kábla, vzdialenosť k upevňovaciemu bodu a prostredie, v ktorom sa používa (napr. vo vnútri alebo mimo vozidla), tiež ovplyvnia jeho návrh a výber.

Normy a špecifikácie: Návrh a výroba vysokonapäťových káblov pre elektrické vozidlá sa riadi sériou priemyselných noriem, ako napríklad norma QC-T1037 pre automobilový priemysel pre vysokonapäťové káble pre cestné vozidlá a TCAS 356-2019 Vysokonapäťové káble pre vozidlá s novou energiou. Tieto normy stanovujú špecifické požiadavky na elektrický výkon, mechanický výkon a prispôsobivosť káblov environmentálnym podmienkam.

Použitie: Vysokonapäťové káble pre elektrické vozidlá sa nepoužívajú len na pripojenia vo vozidle, ale aj na pripojenia medzi nabíjacím portom a batériou, vo vnútri batérie, medzi batériou a motorom a inými komponentmi, ako aj na zariadenia na ukladanie energie v batériách a iné polia. Káble musia byť schopné odolať náročným podmienkam, ako sú vysoké a nízke teploty, soľná hmla, elektromagnetické polia, olej a chemikálie.

Vývoj a aplikácia vysokonapäťových káblov pre elektrické vozidlá je jedným z kľúčových faktorov pri podpore udržateľnej a klimaticky šetrnej budúcnosti elektrickej mobility. S neustálym pokrokom technológie elektrických vozidiel sa výkon a štandardy vysokonapäťových káblov neustále optimalizujú, aby spĺňali rastúci dopyt po prenose energie a bezpečnostných požiadavkách.

2. Ľahké hliníkové káble

Zavedenie ľahkých hliníkových automobilových káblov je jedným z dôležitých trendov v automobilovom priemysle, najmä v automobilovom priemysle s novými energetickými zdrojmi, v snahe o nízku hmotnosť, energetickú účinnosť a dojazd. Nasleduje podrobná analýza ľahkých hliníkových automobilových káblov:

Pozadie a trend

Dopyt po ľahkých konštrukciách automobilov: s rýchlym rozvojom vozidiel s novými energetickými zdrojmi sa ešte viac zvyšuje dopyt po ľahkých konštrukciách automobilov. Drôty a káble, ako hlavné komponenty automobilového prenosu energie, sú tradične navrhnuté s použitím medi ako vodiča, ale medené káble sú drahé a ťažké. Preto sa vývoj ľahkých a lacných hliníkových vodičov a káblov pre automobily stal nevyhnutnou voľbou pre ľahkú konštrukciu automobilov.

Výhoda hliníkových káblov: Tradičný energetický priemysel má dlhú históriu používania hliníkových káblov, hliníkové káble sú nízke, ľahké a majú dlhú životnosť, sú obzvlášť vhodné na prenos energie na vysoké napätie na dlhé vzdialenosti. Čína je bohatá na hliníkové zdroje, ceny materiálov kolísajú, náklady sú stabilné a ľahko sa ovládajú. V priemysle nových energetických vozidiel je použitie hliníkových káblov namiesto medených ideálnym riešením na zníženie hmotnosti a nákladov.

Prípady použitia hliníkového drôtu

Model zbernice: batériový zdroj s vnútorným a vonkajším ultrazvukovým zváraním hliníkovým drôtom, použitie napájacieho kábla s veľkým priemerom, výhoda použitia hliníkového drôtu je zrejmá.

Osobný automobil: DC prípojnica využíva hliníkový kábel s prierezom 50 mm2, ktorý sa úspešne vyrába hromadne. Použitie ultrazvukového zvárania účinne zlepšuje elektrický kontaktný výkon spojov a účinne znižuje kvalitu káblového zväzku v porovnaní s medenými drôtmi.

Nabíjacia pištoľ AC: použitie vysokopevnostného drôtu z hliníkovej zliatiny odolnej voči ohybu, nízkej hmotnosti, stabilného výkonu v teste starnutia, postupne sa začala hromadná výroba; kábel nabíjacieho portu DC pre osobné automobily používa hliníkový drôt na zlepšenie odvodu tepla a ultrazvukové zváranie sa používa v okrúhlom nabíjacom porte, čo výrazne zlepšuje výkon elektrického kontaktu, znižuje množstvo generovaného tepla a predlžuje životnosť.

Rozdiely vo výkone medzi meďou a hliníkom

Rezistivita a vodivosť: Vzhľadom na rozdielnu rezistivitu hliníka a medi je vodivosť hliníkového vodiča 62 % IACS. Keď je prierezová plocha hliníkového vodiča 1,6-krát väčšia ako prierez medi, jeho elektrický výkon je rovnaký ako u medi.

Pomer hmotností: špecifická hmotnosť hliníka je 2,7 kg/m3, špecifická hmotnosť medi je 8,89 kg/m3, takže pomer hmotností oboch je (2,7 × 160 %) / (8,89 × 1) ≈ 50 %. To znamená, že pri rovnakom elektrickom výkone je hmotnosť hliníkového vodiča iba polovica hmotnosti medeného telesa.

Trhový priestor a perspektíva

Ročná miera rastu: Na základe analýzy trhu bude ročná miera rastu hliníkových valcovaných plechov a extrudovaných materiálov do roku 2025 približne 30 %, čo poukazuje na obrovský potenciál hliníka v oblasti odľahčovania automobilov.

Analýza neistoty

Nákladové faktory: Hoci hliníkové káble majú cenové výhody, existuje negatívny faktor zvyšovania cien hliníka namiesto ocele v automobilovom priemysle, čo môže ovplyvniť rýchlosť popularizácie hliníkových káblov.

Technické výzvy: Aplikácia hliníkových káblov v automobiloch stále čelí technickým výzvam, ako je zlepšenie elektrického kontaktného výkonu spojov a optimalizácia odvodu tepla, ktoré je potrebné riešiť prostredníctvom technologických inovácií.

Zavádzanie ľahkých hliníkových automobilových káblov je nevyhnutným trendom pre automobilový priemysel, ktorý sa snaží o úsporu energie a zníženie emisií a zlepšenie dojazdu. S neustálym pokrokom v technológii a ďalšou optimalizáciou nákladov sa bude používanie hliníkových káblov v automobilovom priemysle rozširovať, čo významne prispeje k ľahkej konštrukcii automobilov, úspore energie a zníženiu emisií.

3. Tienené káble na zníženie EMI

Elektromagnetické rušenie (EMI) v automobiloch je zložitý problém, najmä v elektrických a hybridných vozidlách kvôli intenzívnemu používaniu vysokovýkonných elektronických zariadení. Ako jeden z hlavných prispievateľov k EMI je dizajn a výber materiálu automobilových káblových zväzkov rozhodujúci pre minimalizáciu EMI. Tu je niekoľko kľúčových bodov, ako znížiť EMI v automobiloch pomocou tienených káblov:

Ako fungujú tienené káble: Tienené káble fungujú tak, že okolo vodičov sa pridá vrstva kovového opletenia alebo fólie. Toto tienenie odráža a absorbuje elektromagnetické vlny, čím sa znižuje EMI. Tienenie je spojené so zemou, ktorá smeruje zachytenú elektromagnetickú energiu do zeme a zabraňuje jej rušeniu iných elektronických zariadení.

Typy tienenia: Existujú dva hlavné typy tienenia: opletené kovové tienenie a fóliové tienenie. Opletené kovové tienenie poskytuje lepšiu mechanickú pevnosť a flexibilitu, zatiaľ čo fóliové tienenie poskytuje lepšie tienenie pri nižších frekvenciách. V automobilových aplikáciách sa pre optimálne tienenie bežne používa kombinácia týchto dvoch typov tienenia.

Uzemnenie tienenia: Aby bol tienený kábel účinný, musí byť tienenie správne uzemnené. Ak tienenie nie je správne uzemnené, môže sa stať anténou a namiesto toho zvýšiť elektromagnetické rušenie. V automobiloch je bežné pripevniť tienenie na kovový rám vozidla, aby sa zabezpečila dobrá cesta k zemi.

Kde sa používajú tienené káble: V automobiloch sa tienené káble používajú hlavne pre kritické signálne a riadiace vedenia, ktoré sú náchylné na elektromagnetické rušenie alebo ktoré sa môžu samy stať zdrojom elektromagnetického rušenia. Napríklad vedenia používané pre riadiace jednotky motora (ECU), signály senzorov, palubné siete (napr. zbernice CAN) a zábavné systémy zvyčajne používajú tienené káble.

Použitie tienených káblov v spojení s netienenými káblami: V automobilových prostrediach s obmedzeným priestorom sa vysokonapäťové a nízkonapäťové káble často umiestňujú v tesnej blízkosti seba. Pre minimalizáciu EMI môže byť vysokonapäťový kábel navrhnutý ako tienený kábel, zatiaľ čo nízkonapäťový kábel môže byť netienený. Týmto spôsobom tienenie vysokonapäťového kábla chráni nízkonapäťový kábel pred EMI.

Usporiadanie a návrh káblov: Okrem použitia tienených káblov je veľmi dôležité aj správne usporiadanie káblov. Treba sa vyhnúť tvorbe slučiek v kábloch, pretože slučky zvyšujú elektromagnetické rušenie. Okrem toho by káble mali byť umiestnené čo najďalej od zdrojov elektromagnetického rušenia, ako sú motory a meniče výkonu.

Použitie filtrov: Okrem tienených káblov je možné na oba konce kábla pridať EMI filtre, aby sa EMI ďalej minimalizovalo. Filtre môžu byť kondenzátory alebo induktory, ktoré filtrujú šum v špecifickom frekvenčnom rozsahu.

Stručne povedané, použitím tienených káblov a ich kombináciou so správnym rozložením káblov a technikami filtrovania je možné výrazne znížiť elektromagnetické rušenie v automobiloch, čím sa zlepší spoľahlivosť a výkon elektronických zariadení.

4. Káble odolné voči vysokým teplotám

Automobilové káble odolné voči vysokým teplotám sú káble určené pre automobilový priemysel na udržanie stabilného výkonu v prostredí s vysokou teplotou. Sú vyrobené prevažne z niekoľkých špeciálnych materiálov, aby sa zabezpečila spoľahlivosť a bezpečnosť v oblastiach s vysokou teplotou, ako sú napríklad motorové priestory. Tu je niekoľko bežných materiálov používaných pre automobilové káble odolné voči vysokým teplotám:

TPE materiály: termoplastické elastoméry (termoplastické elastoméry) vrátane styrénov, olefínov, diénov, vinylchloridu, polyesterov, esterov, amidov, organofluórov, silikónov a vinylov. V súčasnosti sú najpoužívanejšími TPE materiálmi elastoméry na báze SEBS (blokový kopolymér styrén-etylén-butén-styrén).

TPU materiály: termoplastický polyuretán (termoplastický polyuretán), molekulárna štruktúra je rozdelená na polyesterový typ a polyéterový typ, podľa tuhých blokov a flexibilných reťazcových segmentov. TPU materiály v procese spracovania vstrekovaním plastov predstavujú viac ako 40 %, extrúziou plastov je to približne 35 %, majú dobrú elasticitu a odolnosť voči opotrebovaniu.

PVC materiál: Polyvinylchlorid (polyvinylchlorid), pridaním rôznych množstiev zmäkčovadiel na reguláciu jeho mäkkosti, zníženie teploty „sklovitej transformácie“, aby sa dosiahla dobrá flexibilita a plasticita, ľahko sa spracováva a lisuje.

Silikónový materiál: vysoko aktívny adsorpčný materiál, amorfná látka, termosetová guma. Silikón má vynikajúcu odolnosť voči teplu a chladu a široký rozsah prevádzkových teplôt od -60 °C do +180 °C a viac.

Zosieťovaný polyetylén XLPE: vďaka chemickému zosieťovaniu na termosetické elastoméry sa zlepšujú izolačné vlastnosti, rozširuje sa teplotný rozsah odolnosti kábla a zlepšuje sa jeho výkon. Po spálení kábla XLPE sa uvoľňuje oxid uhličitý a voda, čo je relatívne šetrné k životnému prostrediu.

Výber a použitie týchto materiálov umožňuje automobilovým káblom odolným voči vysokým teplotám stabilne fungovať dlhý čas v prostredí s vysokou teplotou, ako sú motorové priestory a v blízkosti výfukových systémov, čím sa zabezpečuje normálna prevádzka automobilových elektrických systémov. Okrem toho majú káble odolné voči vysokým teplotám aj výhody odolnosti voči olejom, vode, kyselinám a zásadám, korozívnym plynom, starnutiu atď. Sú vhodné pre metalurgiu, elektrinu, petrochemický priemysel, železničné koľajové vozidlá, energetiku, železiarstvo a oceľ, elektrické stroje a ďalšie oblasti. Pri výbere káblov odolných voči vysokým teplotám je potrebné zvoliť správny model podľa konkrétneho scenára použitia, teploty prostredia, úrovne napätia a ďalších faktorov, aby sa zabezpečil dobrý výkon a bezpečnosť kábla za podmienok vysokej teploty.

5. Inteligentné káble s integrovanými senzormi

Káble inteligentných áut s integrovanými senzormi sú neoddeliteľnou súčasťou moderných inteligentných áut a zohrávajú kľúčovú úlohu v elektrickej a elektronickej architektúre vozidla. Káble inteligentných áut nie sú zodpovedné len za prenos energie, ale čo je dôležitejšie, prenášajú dáta a riadiace signály, spájajú mikrokontroléry (MCU), senzory, akčné členy a ďalšie elektronické riadiace jednotky (ECU) v aute a tvoria tak „neurónovú sieť“ auta.

Funkcia a dôležitosť inteligentných autokáblov

Prenos údajov: Káble inteligentných automobilov sú zodpovedné za prenos údajov zo senzorov do mikrokontroléra (MCU) a príkazov z MCU do akčných členov. Tieto údaje zahŕňajú okrem iného rýchlosť, teplotu, tlak, polohu atď. a sú kľúčové pre dosiahnutie presného ovládania vozidla.
Distribúcia napájania: Kábel nielen prenáša dáta, ale je tiež zodpovedný za distribúciu napájania do rôznych elektronických zariadení v aute, aby sa zabezpečilo ich správne fungovanie.
Bezpečnosť a ochrana: Kábel je navrhnutý s ohľadom na bezpečnosť, ako je použitie ohňovzdorných materiálov a nastavenie ochrany proti nadprúdu, aby sa zabezpečilo včasné prerušenie obvodu v prípade poruchy a predišlo sa tak potenciálnym bezpečnostným rizikám.

Požiadavky na dizajn

Dizajn inteligentných automobilových káblov musí spĺňať nasledujúce požiadavky:

Spoľahlivosť: Káble musia byť schopné spoľahlivo fungovať v rôznych náročných prostrediach v aute vrátane vysokých teplôt, nízkych teplôt, vibrácií a vlhkosti.
Trvanlivosť: Káble musia byť dostatočne odolné, aby vydržali dlhodobé používanie bez poruchy.
Bezpečnosť: Káble by mali byť dobre izolované, aby sa znížilo riziko skratov, a mali by mať potrebné ochranné mechanizmy.
Ľahkosť: S trendom smerom k ľahkým vozidlám musia byť aj káble čo najľahšie a najtenšie, aby sa znížila celková hmotnosť vozidla.
Elektromagnetická kompatibilita: Káble by mali mať dobrý tienený výkon, aby sa znížilo rušenie signálu.

Scenár aplikácie

Káble pre inteligentné autá sa široko používajú v rôznych systémoch automobilov, vrátane, ale nie výlučne:

Systém riadenia motora: prepojenie riadiacej jednotky motora so senzormi a akčnými členmi pre dosiahnutie presného riadenia motora.
Systém riadenia karosérie: prepojenie riadiaceho modulu karosérie (BCM) s oknami, zámkami dverí, osvetlením a ďalšími systémami.
Systém podpory vodiča: spája ovládač ADAS (pokročilé systémy podpory vodiča) so senzormi, ako je kamera a radar.
Infotainment systém: prepája multimediálne centrum s reproduktormi audiosystému, navigačným systémom atď.

Budúce trendy

S vývojom automobilovej elektroniky a elektrických architektúr sa vyvíjajú aj inteligentné automobilové káble. Medzi budúce trendy patria:

Centralizovaná architektúra: S prechodom elektronických architektúr automobilov z distribuovaných na centralizované sa pravdepodobne zníži zložitosť a dĺžka káblov, čo pomôže znížiť hmotnosť vozidla a zlepšiť efektivitu toku informácií.
Inteligentná správa: Káble budú integrovať inteligentnejšie komponenty, ako sú vstavané senzory a inteligentné konektory, čo umožní autodiagnostiku a hlásenie stavu.
Použitie nových materiálov: Na ďalšie zníženie hmotnosti a zlepšenie výkonu môžu byť káble vyrobené z nových ľahkých materiálov.

Káble inteligentných áut sú kľúčovými komponentmi spájajúcimi elektronické systémy automobilov a ich dizajn a výkon sú rozhodujúce pre zaistenie bezpečnosti a spoľahlivosti automobilov. S pokrokom technológií a automobilovej elektroniky sa káble inteligentných áut budú naďalej vyvíjať, aby spĺňali požiadavky na vyšší výkon.

6. Biologicky odbúrateľné a ekologické káble

Vzhľadom na snahu o ochranu životného prostredia a trvalo udržateľný rozvoj sa biologicky odbúrateľné a ekologické automobilové káble stávajú horúcou témou v automobilovom priemysle. Tieto káble nielen spĺňajú potreby automobilového priemyslu z hľadiska výkonu, ale vykazujú aj významné výhody z hľadiska ochrany životného prostredia.

Biologicky odbúrateľné izolované káble

Biologicky odbúrateľné izolované káble sú vyrobené z biologicky odbúrateľných izolačných materiálov, ktoré sa za určitých podmienok prostredia môžu postupne rozkladať metabolizmom mikroorganizmov a nakoniec premeniť na ekologicky šetrné malé molekuly, ako je oxid uhličitý a voda. Tento proces si zvyčajne vyžaduje určitý čas a vhodné podmienky prostredia. Používanie biologicky odbúrateľných káblov je v súlade so zásadami zeleného a udržateľného rozvoja. Zabezpečuje výkon káblov a zároveň minimalizuje vplyv na životné prostredie a podporuje rozvoj odvetvia zelených káblov.

Káble s neznečisťujúcim izolačným lakom

Neznečisťujúci izolačný lak na káble využíva neškodný izolačný lak ako náhradu za izolačné materiály, ktoré obsahujú nebezpečné zložky v tradičných kábloch. Táto inovácia nielen znižuje znečistenie životného prostredia, ale tiež zlepšuje bezpečnosť a spoľahlivosť káblov.

Biomateriály v automobilových kábloch

Biomateriály, najmä vlákna kyseliny polymliečnej (PLA), kompozity a nylon, majú veľký potenciál pre uplatnenie v automobilovom priemysle vďaka svojej biologickej odbúrateľnosti, ekologickej výrobe a spracovaniu, širokej škále zdrojov surovín, nízkemu zápachu a nízkemu obsahu prchavých organických zlúčenín (VOC). S výrazným nárastom výrobnej kapacity zaznamenala obrovský rozvoj aj kyselina polymliečna (PLA) ako biopolymér získaný z prírodných zdrojov. PLA sa chemicky syntetizuje z prírodnej kukurice. Tento materiál sa po zneškodnení môže rozložiť mikroorganizmami na CO2 a H2O bez toho, aby spôsoboval znečistenie životného prostredia, a je uznávaný ako nový ekologický materiál, ktorý je zelený a udržateľný v 21. storočí.

Použitie TPU materiálov v automobilových kábloch

Termoplastické polyuretánové (TPU) materiály nielenže ponúkajú vynikajúci výkon, ale sú aj biologicky odbúrateľné (3 – 5 rokov) a recyklovateľné. Udržateľné a ekologické vlastnosti materiálov TPU ponúkajú novú možnosť pre automobilové káble, ktorá pomáha znižovať vplyv na životné prostredie.

Výzvy a výhľad

Hoci biologicky odbúrateľné a ekologické automobilové káble vykazujú mnoho výhod, ich aplikácia čelí určitým výzvam a obmedzeniam. Napríklad rýchlosť a účinnosť degradácie sú ovplyvnené environmentálnymi podmienkami, čo si vyžaduje starostlivé hodnotenie a výber scenárov použitia. Zároveň je potrebné neustále zlepšovať a testovať výkon a stabilitu biologicky odbúrateľných izolačných materiálov, aby sa zabezpečila ich spoľahlivosť a bezpečnosť. V budúcnosti, s neustálym pokrokom technológií a zvyšovaním environmentálneho povedomia, sa očakáva, že biologicky odbúrateľné a ekologické automobilové káble budú zohrávať väčšiu úlohu v automobilovom priemysle a budú celý priemysel smerovať k ekologickejšiemu a udržateľnejšiemu smerovaniu.