Novinky - Inovace v automobilových elektrických kabelech: Co je nového na trhu?

S rychlým vývojem automobilového průmyslu se elektrické kabely staly klíčovými součástmi moderních vozidel. Zde jsou některé z nejnovějších inovací v oblasti elektrických kabelů pro automobily:

1. Vysokonapěťové kabely pro elektromobily

Vysokonapěťové kabely pro elektrická vozidla jsou klíčovými komponenty používanými v elektrických vozidlech k připojení vysokonapěťových baterií, střídačů, kompresorů klimatizace, třífázových generátorů a elektromotorů k realizaci přenosu elektrické energie. Ve srovnání s kabely používanými v tradičních palivových vozidlech mají vysokonapěťové kabely pro elektrická vozidla následující vlastnosti a požadavky:

Vysoké napětí a vysoký proud: Vysokonapěťové kabely pro elektromobily jsou navrženy tak, aby zvládly napětí až 600 V AC/900 V DC (osobní automobily) nebo 1000 V AC/1500 V DC (užitková vozidla) a proudy od 250 A do 450 A nebo i vyšší. To je mnohem více než u 12V systémů obvykle používaných ve vozidlech s konvenčním pohonem.

Materiál vodiče: Vodiče jsou obvykle vyrobeny z žíhaného měkkého měděného drátu nebo pocínovaného měděného drátu pro lepší vodivost a odolnost proti korozi. Měděné dráty bez kyslíku (obsahující méně než 0,001 % kyslíku a čistotu více než 99,99 %) se široce používají ve vysokonapěťových kabelech pro elektromobily díky své vysoké čistotě a nekřehkosti.

Izolační a plášťové materiály: Aby byly splněny požadavky na vysoké napětí a vysoký proud, jsou vysokonapěťové kabely izolovány izolačními materiály s vysokou tloušťkou stěny, jako je silikonová pryž, zesítěný polyethylen nebo zesítěný polyolefin, které mají dobrou tepelnou odolnost a zpomalují hoření a odolávají vysokým teplotám nad 150 ℃.

Stínění a ochrana: Vysokonapěťové kabely vyžadují elektromagnetické stínění, aby se snížil elektromagnetický šum a elektromagnetické rušení, zatímco ochranné materiály (jako jsou tepelně izolační trubice a složené trubice) a těsnicí kroužky na vnější vrstvě kabelů zajišťují, že kabely jsou vodotěsné, prachotěsné a odolné proti oděru v náročných podmínkách.

Návrh a zapojení: Návrh vysokonapěťových kabelů pro elektrická vozidla musí zohledňovat prostorová omezení pro zapojení, bezpečnostní požadavky (např. minimální rozteč 100 milimetrů nebo více mezi vysokonapěťovými a nízkonapěťovými vodiči), hmotnost a náklady. Jeho návrh a výběr ovlivní také poloměr ohybu kabelu, vzdálenost k upevňovacímu bodu a prostředí, ve kterém se používá (např. uvnitř nebo vně vozidla).

Normy a specifikace: Návrh a výroba vysokonapěťových kabelů pro elektrická vozidla se řídí řadou průmyslových norem, jako je například norma QC-T1037 pro automobilový průmysl pro vysokonapěťové kabely pro silniční vozidla a TCAS 356-2019 pro vysokonapěťové kabely pro vozidla s novými energetickými zdroji. Tyto normy stanoví specifické požadavky na elektrický výkon, mechanický výkon a přizpůsobivost kabelů vlivům prostředí.

Použití: Vysokonapěťové kabely pro elektromobily se nepoužívají pouze pro připojení ve vozidle, ale také pro spojení mezi nabíjecím portem a baterií, uvnitř baterie, mezi baterií a motorem a dalšími komponenty, jakož i pro zařízení pro ukládání energie v bateriích a další pole. Kabely musí být schopny odolat náročným podmínkám, jako jsou vysoké a nízké teploty, solná mlha, elektromagnetická pole, olej a chemikálie.

Vývoj a aplikace vysokonapěťových kabelů pro elektrická vozidla je jedním z klíčových faktorů pro podporu udržitelné a klimaticky šetrné budoucnosti elektrické mobility. S neustálým pokrokem v technologii elektrických vozidel se výkon a standardy vysokonapěťových kabelů neustále optimalizují, aby splňovaly rostoucí poptávku po přenosu energie a bezpečnostních požadavcích.

2. Lehké hliníkové kabely

Zavádění lehkých hliníkových automobilových kabelů je jedním z důležitých trendů v automobilovém průmyslu, zejména v automobilovém průmyslu s využitím nových energií, ve snaze o nízkou hmotnost, energetickou účinnost a dojezd. Následuje podrobná analýza lehkých hliníkových automobilových kabelů:

Pozadí a trend

Poptávka po lehkých konstrukcích v automobilovém průmyslu: s rychlým rozvojem vozidel s novými energetickými vlastnostmi se dále zvyšuje poptávka po lehkých konstrukcích v automobilovém průmyslu. Dráty a kabely, jakožto hlavní součásti automobilového přenosu energie, jsou tradičně navrhovány s použitím mědi jako vodiče, ale měděné kabely jsou drahé a těžké. Proto se vývoj lehkých a levných hliníkových vodičů a kabelů pro automobily stal nezbytnou volbou pro lehké konstrukce v automobilovém průmyslu.

Výhoda hliníkových kabelů: Tradiční energetický průmysl má dlouhou historii používání hliníkových kabelů. Jsou nízké, lehké a mají dlouhou životnost, jsou vhodné zejména pro dálkový přenos energie vysokého napětí. Čína má bohaté zdroje hliníku, kolísání cen materiálů, stabilitu nákladů a snadnou ovladatelnost. V odvětví nových energetických vozidel je použití hliníkových kabelů namísto měděných ideálním řešením pro snížení hmotnosti a nákladů.

Případy použití hliníkových drátů

Model sběrnice: akumulátorový blok, vnitřní a vnější ultrazvukové svařování hliníkovým drátem, použití připojovacího vodiče s velkým průměrem, výhoda použití hliníkového drátu je zřejmá.

Osobní automobil: DC přípojnice používá hliníkový kabel o průřezu 50 mm2, který se úspěšně vyrábí hromadně. Použití ultrazvukového svařování účinně zlepšuje elektrický kontaktní výkon spojů a účinně snižuje kvalitu kabelového svazku ve srovnání s měděnými dráty.

Nabíjecí pistole střídavým proudem: použití vysoce pevného drátu z hliníkové slitiny odolného proti ohybu, nízké hmotnosti, stabilního výkonu v testu stárnutí, postupně zahájilo hromadnou výrobu; kabel stejnosměrného nabíjecího portu pro osobní automobily používá hliníkový drát pro zlepšení odvodu tepla a ultrazvukové svařování se používá v kulatém terminálu nabíjecího portu, což výrazně zlepšuje výkon elektrického kontaktu, snižuje množství generovaného tepla a prodlužuje životnost.

Rozdíly ve výkonu mezi mědí a hliníkem

Měrný odpor a vodivost: Vzhledem k rozdílnému měrnému odporu hliníku a mědi je vodivost hliníkového vodiče 62 % IACS. Pokud je plocha průřezu hliníkového vodiče 1,6krát větší než měď, jeho elektrický výkon je stejný jako u mědi.

Poměr hmotností: měrná hmotnost hliníku je 2,7 kg/m3, měrná hmotnost mědi je 8,89 kg/m3, takže poměr hmotností obou je (2,7 × 160 %) / (8,89 × 1) ≈ 50 %. To znamená, že při stejném elektrickém výkonu je hmotnost hliníkového vodiče pouze poloviční oproti hmotnosti měděného tělesa.

Tržní prostor a perspektiva

Roční tempo růstu: Na základě analýzy trhu bude roční tempo růstu hliníkových válcovaných plechů a extrudovaných materiálů do roku 2025 činit přibližně 30 %, což ukazuje na obrovský potenciál hliníku v oblasti odlehčování automobilů.

Analýza nejistoty

Nákladové faktory: Přestože hliníkové kabely mají cenové výhody, existuje negativní faktor rostoucích nákladů na hliník oproti oceli v automobilovém průmyslu, což může ovlivnit rychlost popularizace hliníkových kabelů.

Technické výzvy: Aplikace hliníkových kabelů v automobilech stále čelí technickým výzvám, jako je zlepšení elektrického kontaktního výkonu spojů a optimalizace odvodu tepla, které je třeba řešit pomocí technologických inovací.

Zavádění lehkých hliníkových automobilových kabelů je nevyhnutelným trendem v automobilovém průmyslu, jehož cílem je usilovat o úsporu energie a snižování emisí a zlepšovat dojezd. S neustálým pokrokem technologií a další optimalizací nákladů se bude používání hliníkových kabelů v automobilovém průmyslu rozsáhlejší, což významně přispěje k odlehčení, úsporám energie a snižování emisí v automobilovém průmyslu.

3. Stíněné kabely pro snížení elektromagnetického rušení

Elektromagnetické rušení (EMI) v automobilech je složitý problém, zejména u elektrických a hybridních vozidel, a to kvůli intenzivnímu používání vysoce výkonných elektronických zařízení. Jako jeden z hlavních přispěvatelů k EMI je návrh a výběr materiálu automobilových kabelových svazků zásadní pro minimalizaci EMI. Zde je několik klíčových bodů, jak snížit EMI v automobilech pomocí stíněných kabelů:

Jak fungují stíněné kabely: Stíněné kabely fungují tak, že kolem vodičů jsou přidány vrstvy kovového opletení nebo fólie. Toto stínění odráží a absorbuje elektromagnetické vlny, čímž snižuje EMI. Stínění je spojeno se zemí, která směruje zachycenou elektromagnetickou energii do země a zabraňuje jejímu rušení s jinými elektronickými zařízeními.

Typy stínění: Existují dva hlavní typy stínění: opletené kovové stínění a fóliové stínění. Opletené kovové stínění poskytuje lepší mechanickou pevnost a flexibilitu, zatímco fóliové stínění poskytuje lepší stínění při nižších frekvencích. V automobilových aplikacích se pro optimální stínění běžně používá kombinace těchto dvou typů stínění.

Uzemnění stínění: Aby byl stíněný kabel účinný, musí být stínění řádně uzemněno. Pokud stínění není řádně uzemněno, může se stát anténou a místo toho zvýšit elektromagnetické rušení. V automobilech je běžné připevnit stínění ke kovovému rámu vozidla, aby se zajistila dobrá cesta k zemi.

Kde se používají stíněné kabely: V automobilech se stíněné kabely používají hlavně pro kritické signální a řídicí vedení, která jsou náchylná k elektromagnetickému rušení nebo která se sama mohou stát zdrojem elektromagnetického rušení. Například vedení používaná pro řídicí jednotky motoru (ECU), signály senzorů, palubní sítě (např. sběrnice CAN) a zábavní systémy obvykle používají stíněné kabely.

Použití stíněných kabelů ve spojení s nestíněnými kabely: V automobilovém prostředí s omezeným prostorem se kabely vysokého a nízkého napětí často umisťují v těsné blízkosti sebe. Pro minimalizaci elektromagnetického rušení může být kabel vysokého napětí navržen jako stíněný, zatímco kabel nízkého napětí může být nestíněný. Stínění kabelu vysokého napětí tak chrání kabel nízkého napětí před elektromagnetickým rušením.

Uspořádání a návrh kabelů: Kromě použití stíněných kabelů je velmi důležité i správné uspořádání kabelů. Je třeba se vyhnout tvorbě smyček v kabelech, protože smyčky zvyšují elektromagnetické rušení. Kromě toho by kabely měly být umístěny co nejdále od zdrojů elektromagnetického rušení, jako jsou motory a výkonové měniče.

Použití filtrů: Kromě stíněných kabelů lze na oba konce kabelu přidat EMI filtry pro další minimalizaci EMI. Filtry mohou být kondenzátory nebo induktory, které filtrují šum v určitém frekvenčním rozsahu.

Stručně řečeno, použitím stíněných kabelů a jejich kombinací se správným uspořádáním kabelů a technikami filtrování lze výrazně snížit elektromagnetické rušení v automobilech, čímž se zlepší spolehlivost a výkon elektronických zařízení.

4. Kabely odolné vůči vysokým teplotám

Automobilové kabely odolné vůči vysokým teplotám jsou kabely určené pro automobilový průmysl, aby si udržely stabilní výkon ve vysokoteplotních prostředích. Jsou vyrobeny převážně z několika speciálních materiálů, které zajišťují spolehlivost a bezpečnost ve vysokoteplotních oblastech, jako jsou motorové prostory. Zde je několik běžných materiálů používaných pro automobilové kabely odolné vůči vysokým teplotám:

TPE materiály: termoplastické elastomery (termoplastické elastomery), včetně styrenů, olefinů, dienů, vinylchloridu, polyesterů, esterů, amidů, organofluorů, silikonů a vinylů. V současné době jsou elastomery na bázi SEBS (blokový kopolymer styren-ethylen-butylen-styrenu) nejrozšířenějšími TPE materiály.

TPU materiály: termoplastický polyuretan (termoplastický polyuretan), molekulární struktura se dělí na polyesterový typ a polyetherový typ, pevnými bloky a flexibilními řetězcovými segmenty. TPU materiály tvoří v procesu zpracování vstřikováním více než 40 % extrudovaného plastu, přibližně 35 % nebo tak nějak, s dobrou elasticitou a odolností proti opotřebení.

PVC materiál: Polyvinylchlorid (polyvinylchlorid), přidáním různého množství změkčovadel reguluje svou měkkost a snižuje teplotu „skelního přechodu“, čímž dosahuje dobré flexibility a plasticity a snadno se zpracovává při lisování.

Silikonový materiál: vysoce aktivní adsorpční materiál, amorfní látka, termosetová pryž. Silikon má vynikající odolnost vůči teplu a chladu a široký rozsah provozních teplot, od -60 °C do +180 °C a výše.

Zesítěný polyethylen XLPE: chemickým zesíťováním do termosetových elastomeru se zlepšují izolační vlastnosti, rozšíří se teplotní odolnost kabelu a zlepší se jeho výkon. Po spalování kabelu XLPE vzniká oxid uhličitý a voda, což je relativně šetrné k životnímu prostředí.

Výběr a použití těchto materiálů umožňuje automobilovým kabelům odolným vůči vysokým teplotám stabilní provoz po dlouhou dobu ve vysokoteplotních prostředích, jako jsou motorové prostory a v blízkosti výfukových systémů, a zajišťuje tak normální provoz automobilových elektrických systémů. Kromě toho mají kabely odolné vůči vysokým teplotám také výhody odolnosti vůči olejům, vodě, kyselinám a zásadám, korozivním plynům, stárnutí atd. Jsou vhodné pro metalurgii, elektrotechniku, petrochemii, kolejová vozidla, energetiku, železářský a ocelářský průmysl, elektrické stroje a další obory. Při výběru kabelů odolných vůči vysokým teplotám je třeba zvolit správný model podle konkrétního scénáře použití, teplotního prostředí, úrovně napětí a dalších faktorů, aby byl zajištěn dobrý výkon a bezpečnost kabelu za podmínek vysokých teplot.

5. Chytré kabely s integrovanými senzory

Kabely pro inteligentní automobily s integrovanými senzory jsou nedílnou součástí moderních inteligentních vozů a hrají klíčovou roli v elektrické a elektronické architektuře vozidla. Kabely pro inteligentní automobily nejsou zodpovědné jen za přenos energie, ale co je důležitější, přenášejí data a řídicí signály, propojují mikrokontroléry (MCU), senzory, akční členy a další elektronické řídicí jednotky (ECU) v automobilu a tvoří tak „neuronovou síť“ automobilu.

Funkce a důležitost inteligentních autokabelů

Přenos dat: Kabely chytrých automobilů jsou zodpovědné za přenos dat ze senzorů do mikrokontroléru (MCU) a příkazů z MCU do akčních členů. Tato data zahrnují mimo jiné rychlost, teplotu, tlak, polohu atd. a jsou zásadní pro dosažení přesného ovládání vozidla.
Distribuce energie: Kabel nejen přenáší data, ale je také zodpovědný za distribuci energie do různých elektronických zařízení v autě, aby se zajistilo jejich správné fungování.
Bezpečnost a ochrana: Kabel je navržen s ohledem na bezpečnost, jako je použití nehořlavých materiálů a nastavení nadproudové ochrany, aby bylo zajištěno včasné přerušení obvodu v případě poruchy a zamezení potenciálním bezpečnostním rizikům.

Požadavky na design

Konstrukce kabelů pro inteligentní automobily musí splňovat následující požadavky:

Spolehlivost: Kabely musí být schopny spolehlivě fungovat v různých náročných podmínkách v automobilu, včetně vysokých teplot, nízkých teplot, vibrací a vlhkosti.
Trvanlivost: Kabely musí být dostatečně odolné, aby vydržely dlouhodobé používání bez poruchy.
Bezpečnost: Kabely by měly být dobře izolované, aby se snížilo riziko zkratu, a měly by mít potřebné ochranné mechanismy.
Lehká hmotnost: S trendem směrem k lehkým vozidlům musí být i kabely co nejlehčí a nejtenčí, aby se snížila celková hmotnost vozidla.
Elektromagnetická kompatibilita: Kabely by měly mít dobré stínění, aby se snížilo rušení signálu.

Scénář aplikace

Kabely pro inteligentní automobily se široce používají v různých systémech automobilů, mimo jiné:

Systém řízení motoru: propojení řídicí jednotky motoru se senzory a akčními členy pro dosažení přesného řízení motoru.
Systém řízení karoserie: propojení řídicí jednotky karoserie (BCM) s okny, zámky dveří, osvětlením a dalšími systémy.
Systém podpory řidiče: propojuje řídicí jednotku ADAS (pokročilé systémy podpory řidiče) se senzory, jako je kamera a radar.
Infotainment systém: propojuje multimediální centrum s reproduktory audiosystému, navigačním systémem atd.

Budoucí trendy

S vývojem automobilové elektroniky a elektrických architektur se vyvíjejí i inteligentní automobilové kabely. Mezi budoucí trendy patří:

Centralizovaná architektura: S tím, jak se architektury automobilové elektroniky přesouvají z distribuovaných na centralizované, se pravděpodobně sníží složitost a délka kabelů, což pomůže snížit hmotnost vozidla a zlepšit efektivitu toku informací.
Inteligentní správa: Kabely budou integrovat inteligentnější komponenty, jako jsou vestavěné senzory a chytré konektory, což umožní autodiagnostiku a hlášení stavu.
Použití nových materiálů: Pro další snížení hmotnosti a zlepšení výkonu mohou být kabely vyrobeny z nových lehkých materiálů.

Chytré automobilové kabely jsou klíčovými komponenty propojujícími elektronické systémy automobilů a jejich konstrukce a výkon jsou zásadní pro zajištění bezpečnosti a spolehlivosti automobilů. S rozvojem technologií a automobilové elektroniky se budou chytré automobilové kabely dále vyvíjet, aby splňovaly požadavky na vyšší výkon.

6. Biologicky odbouratelné a ekologické kabely

Vzhledem k úsilí o ochranu životního prostředí a udržitelný rozvoj se biologicky odbouratelné a ekologické automobilové kabely stávají žhavým tématem v automobilovém průmyslu. Tyto kabely nejen splňují potřeby automobilového průmyslu z hlediska výkonu, ale také vykazují významné výhody z hlediska ochrany životního prostředí.

Biologicky odbouratelné izolované kabely

Biologicky odbouratelné izolované kabely jsou vyrobeny z biologicky odbouratelných izolačních materiálů, které se za určitých podmínek prostředí mohou postupně rozkládat metabolismem mikroorganismů a nakonec přeměnit na ekologicky šetrné malé molekuly, jako je oxid uhličitý a voda. Tento proces obvykle vyžaduje určitý čas a vhodné podmínky prostředí. Používání biologicky odbouratelných kabelů je v souladu s principy zeleného a udržitelného rozvoje. Zajišťuje výkon kabelů a zároveň minimalizuje dopad na životní prostředí a podporuje rozvoj odvětví zelených kabelů.

Kabely s neznečišťujícím izolačním lakem

Neznečišťující izolační lak na kabely nahrazuje izolační materiály obsahující nebezpečné složky v tradičních kabelech pomocí nezávadného izolačního laku. Tato inovace nejen snižuje znečištění životního prostředí, ale také zlepšuje bezpečnost a spolehlivost kabelů.

Biomateriály v automobilových kabelech

Biomateriály, zejména vlákna kyseliny polymléčné (PLA), kompozity a nylon, mají velký potenciál pro uplatnění v automobilovém průmyslu díky své biologické rozložitelnosti, ekologické výrobě a zpracování, široké škále zdrojů surovin, nízkému zápachu a nízkému obsahu těkavých organických látek (VOC). S podstatným nárůstem výrobní kapacity zaznamenala obrovský rozvoj i kyselina polymléčná (PLA), biopolymer odvozený z přírodních zdrojů. PLA se chemicky syntetizuje z přírodní kukuřice. Tento materiál lze po likvidaci mikroorganismy rozložit na CO2 a H2O, aniž by to způsobovalo znečištění životního prostředí, a je uznáván jako nový ekologický materiál, který je zelený a udržitelný v 21. století.

Použití TPU materiálů v automobilových kabelech

Termoplastické polyuretanové (TPU) materiály nejen nabízejí vynikající výkon, ale jsou také biologicky odbouratelné (3–5 let) a recyklovatelné. Udržitelné a ekologické vlastnosti materiálů TPU nabízejí novou možnost pro automobilové kabely, která pomáhá snižovat dopad na životní prostředí.

Výzvy a výhled

Přestože biologicky odbouratelné a ekologické automobilové kabely vykazují mnoho výhod, jejich aplikace čelí určitým výzvám a omezením. Například rychlost a účinnost degradace jsou ovlivněny podmínkami prostředí, což vyžaduje pečlivé vyhodnocení a výběr scénářů použití. Zároveň je třeba neustále zlepšovat a testovat výkon a stabilitu biologicky odbouratelných izolačních materiálů, aby byla zajištěna jejich spolehlivost a bezpečnost. V budoucnu, s dalším pokrokem technologií a rostoucím povědomím o životním prostředí, se očekává, že biologicky odbouratelné a ekologické automobilové kabely budou hrát v automobilovém průmyslu větší roli a posouvat celé odvětví ekologičtějším a udržitelnějším směrem.