Новости - Инновации в области автомобильных электрических кабелей: что нового на рынке?

В связи с быстрым развитием автомобильной промышленности электрические кабели стали важнейшим компонентом современных транспортных средств. Вот некоторые из последних инноваций в области автомобильных электрических кабелей:

1. Высоковольтные кабели для электромобилей

Высоковольтные кабели для электромобилей являются ключевым компонентом, используемым в электромобилях для соединения высоковольтных аккумуляторных батарей, инверторов, компрессоров кондиционеров, трёхфазных генераторов и электродвигателей для передачи электроэнергии. По сравнению с кабелями, используемыми в традиционных автомобилях с топливом, высоковольтные кабели для электромобилей обладают следующими характеристиками и требованиями:

Высокое напряжение и большой ток: высоковольтные кабели электромобилей рассчитаны на напряжение до 600 В переменного тока/900 В постоянного тока (легковые автомобили) или 1000 В переменного тока/1500 В постоянного тока (коммерческие автомобили) и ток от 250 до 450 А и даже выше. Это значительно превышает характеристики 12-вольтовых систем, обычно используемых в автомобилях с традиционным топливом.

Материал проводника: Проводники обычно изготавливаются из отожжённой мягкой медной проволоки или лужёной медной проволоки для повышения проводимости и коррозионной стойкости. Провода из бескислородной меди (содержащие менее 0,001% кислорода и чистотой более 99,99%) широко используются в высоковольтных кабелях электромобилей благодаря своей высокой чистоте и неломкости.

Материалы изоляции и оболочки: Для удовлетворения требований высокого напряжения и силы тока высоковольтные кабели изолируются изоляционными материалами с большой толщиной стенок, такими как силиконовая резина, сшитый полиэтилен или сшитый полиолефин, которые обладают хорошей термостойкостью и огнезащитным эффектом, а также могут выдерживать высокие температуры более 150 ℃.

Экранирование и защита: Для высоковольтных кабелей требуется электромагнитное экранирование для снижения уровня электромагнитного шума и электромагнитных помех, в то время как защитные материалы (такие как теплоизоляционные трубки и компаундированные трубки) и уплотнительные кольца на внешнем слое кабелей гарантируют, что кабели будут водонепроницаемыми, пыленепроницаемыми и устойчивыми к истиранию в суровых условиях.

Конструкция и проводка: При проектировании высоковольтных кабелей для электромобилей необходимо учитывать ограничения пространства для прокладки проводов, требования безопасности (например, минимальное расстояние между высоковольтными и низковольтными проводниками не менее 100 мм), вес и стоимость. Радиус изгиба кабеля, расстояние до точки крепления и условия эксплуатации (например, внутри или снаружи транспортного средства) также влияют на его конструкцию и выбор.

Стандарты и спецификации: Разработка и производство высоковольтных кабелей для электромобилей осуществляется в соответствии с рядом отраслевых стандартов, таких как «Стандарт автомобильной промышленности для высоковольтных кабелей для дорожных транспортных средств» QC-T1037 и «Высоковольтные кабели для транспортных средств на новых источниках энергии» TCAS 356-2019. Эти стандарты устанавливают особые требования к электрическим и механическим характеристикам кабелей, а также к их адаптации к окружающей среде.

Применение: высоковольтные кабели для электромобилей используются не только для подключения внутри транспортного средства, но и для соединения зарядного порта с аккумулятором, внутри аккумулятора, между аккумулятором и двигателем и другими компонентами, а также для подключения к накопителям энергии аккумулятора и в других областях. Кабели должны выдерживать суровые условия, такие как высокие и низкие температуры, соляной туман, электромагнитные поля, воздействие масел и химикатов.

Разработка и применение высоковольтных кабелей для электромобилей является одним из ключевых факторов, способствующих устойчивому и экологичному будущему электромобильности. По мере развития технологий электромобилей характеристики и стандарты высоковольтных кабелей постоянно совершенствуются для удовлетворения растущего спроса на передачу электроэнергии и требований безопасности.

2. Легкие алюминиевые кабели

Внедрение облегченных алюминиевых автомобильных кабелей — одна из важных тенденций в автомобильной промышленности, особенно в секторе новых источников энергии, стремящейся к уменьшению веса, энергоэффективности и увеличению запаса хода. Ниже представлен подробный анализ облегченных алюминиевых автомобильных кабелей:

Предыстория и тенденции

Спрос на облегчённые автомобильные конструкции: в условиях стремительного развития новых видов транспорта на новых источниках энергии спрос на облегчённые автомобильные конструкции продолжает расти. Провода и кабели, являющиеся основными компонентами автомобильной силовой передачи, традиционно разрабатываются с использованием меди в качестве проводника, но медные провода дороги и тяжёлы по качеству. Поэтому разработка лёгких и недорогих алюминиевых проводников и кабелей для автомобилей стала необходимым выбором для облегчённых автомобильных конструкций.

Преимущества алюминиевых кабелей: традиционная энергетика имеет долгую историю использования алюминиевых кабелей. Они отличаются низкой стоимостью, лёгкостью и длительным сроком службы, особенно подходят для передачи электроэнергии на большие расстояния. Китай богат алюминиевыми ресурсами, цены на этот материал не подвержены колебаниям, отличаются стабильностью и простотой управления. В сфере новых источников энергии использование алюминиевых кабелей вместо медных — идеальное решение для снижения веса и стоимости.

Примеры применения изделий из алюминиевой проволоки

Модель автобуса: внутренняя и внешняя ультразвуковая сварка аккумуляторной батареи, алюминиевая проволока, использование соединительного провода большого диаметра, преимущество использования алюминиевого провода очевидно.

Легковой автомобиль: для шины постоянного тока используется алюминиевый кабель сечением 50 мм², успешно выпускаемый серийно. Использование ультразвуковой сварки значительно улучшает электрические контактные характеристики соединений и значительно снижает качество жгута проводов по сравнению с медными проводами.

Зарядный пистолет переменного тока: использует высокопрочную проволоку из алюминиевого сплава, устойчивую к изгибу, легкий вес, стабильные характеристики при испытании на старение, постепенно начато массовое производство; провод порта зарядки постоянного тока для легковых автомобилей использует алюминиевую проволоку для улучшения рассеивания тепла, а в круглой клемме порта зарядки используется ультразвуковая сварка, что значительно улучшает электрические контакты, снижает количество выделяемого тепла и увеличивает срок службы.

Различия в производительности меди и алюминия

Удельное сопротивление и проводимость: Из-за разного удельного сопротивления алюминия и меди проводимость алюминиевого проводника составляет 62% IACS. Если площадь поперечного сечения алюминиевого проводника в 1,6 раза больше, чем у медного, его электрические характеристики такие же, как у меди.

Соотношение масс: удельный вес алюминия составляет 2,7 кг/м3, а удельный вес меди — 8,89 кг/м3, поэтому соотношение масс этих двух проводников составляет (2,7×160%)/(8,89×1)≈50%. Это означает, что при одинаковых электрических характеристиках масса алюминиевого проводника составляет всего лишь половину массы медного проводника.

Рыночное пространство и перспективы

Годовой темп роста: по данным анализа рынка, к 2025 году годовой темп роста производства алюминиевого проката и экструдированных материалов составит около 30%, что свидетельствует об огромном потенциале алюминия в области снижения веса автомобилей.

Анализ неопределенности

Факторы стоимости: Хотя алюминиевые кабели имеют ценовые преимущества, существует отрицательный фактор роста стоимости алюминия по сравнению со сталью в автомобильной промышленности, что может повлиять на скорость популяризации алюминиевых кабелей.

Технические проблемы: Применение алюминиевых кабелей в автомобилях по-прежнему сталкивается с техническими проблемами, такими как улучшение характеристик электрических контактов соединений и оптимизация рассеивания тепла, которые необходимо решать с помощью технологических инноваций.

Внедрение лёгких алюминиевых автомобильных кабелей — неизбежная тенденция в автомобильной промышленности, направленная на экономию энергии, сокращение выбросов и увеличение запаса хода. Благодаря постоянному развитию технологий и дальнейшей оптимизации затрат применение алюминиевых кабелей в автомобильной промышленности будет расширяться, внося важный вклад в снижение веса автомобилей, энергосбережение и сокращение выбросов.

3. Экранированные кабели для снижения электромагнитных помех

Электромагнитные помехи (ЭМП) в автомобилях представляют собой сложную проблему, особенно в электромобилях и гибридных автомобилях из-за интенсивного использования мощных электронных устройств. Конструкция и выбор материалов автомобильных жгутов проводов, являющихся одним из основных источников ЭМП, имеют решающее значение для минимизации ЭМП. Вот несколько ключевых моментов, которые помогут снизить ЭМП в автомобилях с помощью экранированных кабелей:

Принцип работы экранированных кабелей:Экранированные кабели работают за счет добавления слоя металлической оплетки или фольги вокруг проводников. Такое экранирование отражает и поглощает электромагнитные волны, тем самым снижая уровень электромагнитных помех. Экранирование соединено с землей, которая направляет уловленную электромагнитную энергию в землю и не допускает ее создания помех для других электронных устройств.

Типы экранирования: Существует два основных типа экранирования: металлическая оплетка и фольга. Металлическая оплетка обеспечивает лучшую механическую прочность и гибкость, а фольга — лучшее экранирование на низких частотах. В автомобильной промышленности для оптимального экранирования обычно используется комбинация этих двух типов экранирования.

Заземление экрана: Для эффективной работы экранированного кабеля экран должен быть правильно заземлён. Если экран не заземлён должным образом, он может стать антенной и усилить электромагнитные помехи. В автомобилях экран обычно крепят к металлическому каркасу, чтобы обеспечить надёжный путь к заземлению.

Где используются экранированные кабели: В автомобилях экранированные кабели в основном используются для критически важных сигнальных и управляющих линий, подверженных воздействию электромагнитных помех или способных стать их источником. Например, линии, используемые для блоков управления двигателем (ЭБУ), сигналов датчиков, бортовых сетей (например, шин CAN) и развлекательных систем, обычно используют экранированные кабели.

Использование экранированных и неэкранированных кабелей: В автомобильной электронике, где пространство ограничено, высоковольтные и низковольтные кабели часто располагаются в непосредственной близости друг от друга. Для минимизации электромагнитных помех высоковольтный кабель может быть экранированным, а низковольтный — неэкранированным. Таким образом, экран высоковольтного кабеля защищает низковольтный кабель от электромагнитных помех.

Расположение и конструкция кабелей: Помимо использования экранированных кабелей, очень важна правильная прокладка кабелей. Следует избегать образования петель в кабелях, поскольку они увеличивают уровень электромагнитных помех. Кроме того, кабели следует располагать как можно дальше от источников электромагнитных помех, таких как двигатели и преобразователи мощности.

Использование фильтров: Помимо экранированных кабелей, на обоих концах кабеля можно добавить фильтры электромагнитных помех для дополнительной минимизации электромагнитных помех. Фильтры могут представлять собой конденсаторы или индукторы, которые отфильтровывают шум в определенном диапазоне частот.

Подводя итог, можно сказать, что при использовании экранированных кабелей и их сочетании с правильной компоновкой и методами фильтрации можно значительно снизить уровень электромагнитных помех в автомобилях, тем самым повысив надежность и производительность электронного оборудования.

4. Кабели, устойчивые к высоким температурам

Высокотемпературные автомобильные кабели разработаны для автомобильной промышленности и обеспечивают стабильную работу в условиях высоких температур. Они изготавливаются преимущественно из нескольких специальных материалов, обеспечивающих надежность и безопасность в высокотемпературных зонах, таких как моторный отсек. Вот несколько распространённых материалов, используемых для высокотемпературных автомобильных кабелей:

Материалы ТПЭ: термопластичные эластомеры (ТЭП), включая стиролы, олефины, диены, винилхлорид, полиэфиры, сложные эфиры, амиды, фторорганические соединения, силиконы и винилы. В настоящее время наиболее широко используемыми материалами ТПЭ являются эластомеры на основе СЭБС (блок-сополимер стирола-этилена-бутилена-стирола).

Материалы TPU: термопластичный полиуретан (термопластичный полиуретан), молекулярная структура которого делится на полиэфирный и полиэфирный типы, в зависимости от жесткости блоков и гибкости цепей сегментов. Материалы TPU в процессе переработки литьем под давлением составляют более 40%, экструзионным формованием - около 35% или около того, обладают хорошей эластичностью и износостойкостью.

Материал ПВХ: поливинилхлорид (поливинилхлорид), путем добавления различного количества пластификаторов для регулирования его мягкости, снижения его «температуры стеклования», благодаря чему он обладает хорошей гибкостью и пластичностью, легко поддается формованию.

Силиконовый материал: высокоактивный адсорбирующий материал, аморфное вещество, термореактивный каучук. Силикон обладает превосходной термо- и морозостойкостью и широким диапазоном рабочих температур: от -60°C до +180°C и выше.

Сшитый полиэтилен с XLPE: благодаря химической сшивке в термореактивные эластомеры, улучшенные изоляционные свойства, расширен диапазон температурной стойкости кабеля, улучшены эксплуатационные характеристики. При сгорании кабеля с XLPE выделяется углекислый газ и вода, что делает его относительно экологически безопасным.

Выбор и использование этих материалов позволяют термостойким автомобильным кабелям стабильно работать в течение длительного времени в условиях высоких температур, таких как подкапотное пространство и выхлопная система, обеспечивая нормальную работу автомобильных электрических систем. Кроме того, термостойкие кабели обладают такими преимуществами, как маслостойкость, водостойкость, кислотостойкость и щелочестойкость, устойчивость к коррозионным газам, устойчивость к старению и т.д. Они подходят для использования в металлургии, электроэнергетике, нефтехимии, железной и сталелитейной промышленности, электромашиностроении и других отраслях. При выборе термостойких кабелей необходимо выбрать правильную модель в соответствии с фактическими условиями применения, температурой окружающей среды, уровнем напряжения и другими факторами, чтобы гарантировать высокую производительность и безопасность кабеля в условиях высоких температур.

5. Умные кабели со встроенными датчиками

Кабели для умных автомобилей со встроенными датчиками являются неотъемлемой частью современных интеллектуальных автомобилей и играют ключевую роль в их электрической и электронной архитектуре. Кабели для умных автомобилей отвечают не только за передачу энергии, но, что более важно, передают данные и управляющие сигналы, соединяя микроконтроллеры (МК), датчики, исполнительные механизмы и другие электронные блоки управления (ЭБУ) автомобиля, образуя его «нейронную сеть».

Функция и важность кабелей для умных автомобилей

Передача данных: Кабели умных автомобилей отвечают за передачу данных от датчиков к микроконтроллеру и команд от микроконтроллера к исполнительным механизмам. Эти данные включают, помимо прочего, скорость, температуру, давление, положение и т. д. и имеют решающее значение для точного управления автомобилем.
Распределение питания: кабель не только передает данные, но и отвечает за распределение питания по различным электронным устройствам в автомобиле, обеспечивая их правильную работу.
Безопасность: Кабель спроектирован с учетом мер безопасности, таких как использование огнестойких материалов и установка защиты от сверхтоков, чтобы гарантировать своевременное отключение цепи в случае неисправности, предотвращая потенциальные угрозы безопасности.

Требования к проектированию

Конструкция кабелей для интеллектуальных автомобилей должна соответствовать следующим требованиям:

Надежность: Кабели должны надежно работать в различных суровых условиях автомобиля, включая высокие и низкие температуры, вибрацию и влажность.
Долговечность: Кабели должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать длительные периоды использования без сбоев.
Безопасность: Кабели должны быть хорошо изолированы, чтобы снизить риск короткого замыкания, и иметь необходимые механизмы защиты.
Легкий вес: в связи с тенденцией к использованию облегченных транспортных средств кабели также должны быть максимально легкими и тонкими, чтобы уменьшить общий вес транспортного средства.
Электромагнитная совместимость: кабели должны иметь хорошие характеристики экранирования для снижения помех сигнала.

Сценарий применения

Кабели для интеллектуальных автомобилей широко используются в различных системах автомобилей, включая, помимо прочего:

Система управления двигателем: соединение ЭБУ двигателя с датчиками и исполнительными механизмами для реализации точного управления двигателем.
Система управления кузовом: соединение модуля управления кузовом (BCM) с окнами, дверными замками, освещением и другими системами.
Система помощи водителю: соединяет контроллер ADAS (усовершенствованная система помощи водителю) с датчиками, такими как камера и радар.
Информационно-развлекательная система: соединяет мультимедийный центр с аудиосистемой, навигационной системой и т. д.

Будущие тенденции

По мере развития автомобильной электроники и электротехники развиваются и кабели для умных автомобилей. Среди будущих тенденций:

Централизованная архитектура: поскольку архитектура автомобильной электроники переходит от распределенной к централизованной, сложность и длина кабелей, вероятно, уменьшатся, что поможет уменьшить вес транспортного средства и повысить эффективность потока информации.
Интеллектуальное управление: кабели будут включать в себя больше интеллектуальных компонентов, таких как встроенные датчики и интеллектуальные разъемы, что позволит осуществлять самодиагностику и сообщать о состоянии.
Применение новых материалов: Для дальнейшего снижения веса и повышения производительности кабели могут быть изготовлены из новых легких материалов.

Кабели для умных автомобилей являются ключевыми компонентами, соединяющими электронные системы автомобиля, а их конструкция и характеристики критически важны для обеспечения безопасности и надежности автомобилей. По мере развития технологий и ускорения развития автомобильной электроники кабели для умных автомобилей будут продолжать совершенствоваться, чтобы соответствовать требованиям к более высокой производительности.

6. Биоразлагаемые и экологически чистые кабели

В условиях стремления к защите окружающей среды и устойчивому развитию биоразлагаемые и экологически безопасные автомобильные кабели становятся всё более востребованными в автомобильной промышленности. Они не только отвечают требованиям автомобильной промышленности по эксплуатационным характеристикам, но и обладают значительными преимуществами с точки зрения защиты окружающей среды.

Биоразлагаемые изолированные кабели

Биоразлагаемые изолированные кабели изготавливаются из биоразлагаемых изоляционных материалов, которые при определённых условиях окружающей среды постепенно разлагаются под воздействием микроорганизмов и в конечном итоге преобразуются в экологически безопасные малые молекулы, такие как углекислый газ и вода. Этот процесс обычно требует определённого времени и подходящих условий окружающей среды. Использование биоразлагаемых кабелей соответствует принципам экологичного и устойчивого развития. Это обеспечивает эксплуатационные характеристики кабелей, минимизируя воздействие на окружающую среду и способствуя развитию индустрии экологичных кабелей.

Кабели с экологически чистым изоляционным лаком

Экологически чистый изоляционный лак для кабелей использует безопасный изоляционный лак для замены изоляционных материалов, содержащих опасные компоненты, в традиционных кабелях. Это нововведение не только снижает загрязнение окружающей среды, но и повышает безопасность и надежность кабелей.

Биоматериалы в автомобильных кабелях

Биоматериалы, особенно волокна полимолочной кислоты (PLA), композиты и нейлон, имеют большой потенциал для применения в автомобильной промышленности благодаря своей биоразлагаемости, экологичности производства и переработки, широкому спектру источников сырья, слабому запаху и низкому содержанию летучих органических соединений (ЛОС). С существенным ростом производственных мощностей полимолочная кислота (PLA) как биополимер, получаемый из природных ресурсов, также получила бурное развитие. PLA химически синтезируется из натуральной кукурузы. Этот материал может разлагаться микроорганизмами на CO₂ и H₂O после утилизации, не загрязняя окружающую среду, и признан новым экоматериалом, который является экологичным и устойчивым в XXI веке.

Применение материалов ТПУ в автомобильных кабелях

Материалы из термопластичного полиуретана (ТПУ) не только обладают превосходными эксплуатационными характеристиками, но также являются биоразлагаемыми (3–5 лет) и подлежат вторичной переработке. Устойчивые и экологически безопасные свойства материалов ТПУ открывают новые возможности для автомобильных кабелей, помогая снизить воздействие на окружающую среду.

Проблемы и перспективы

Хотя биоразлагаемые и экологичные автомобильные кабели обладают множеством преимуществ, их применение сталкивается с рядом сложностей и ограничений. Например, скорость и эффективность разложения зависят от условий окружающей среды, что требует тщательной оценки и выбора вариантов применения. В то же время, эксплуатационные характеристики и стабильность разлагаемых изоляционных материалов требуют постоянного совершенствования и испытаний для обеспечения их надежности и безопасности. В будущем, по мере развития технологий и повышения уровня экологической осведомлённости, ожидается, что биоразлагаемые и экологичные автомобильные кабели будут играть всё большую роль в автомобильной промышленности, продвигая всю отрасль в сторону более экологичного и устойчивого развития.