Nyheter - Innovationer inom elkablar för bilar: Vad är nytt på marknaden?

Med bilindustrins snabba utveckling har elkablar blivit viktiga komponenter i moderna fordon. Här är några av de senaste innovationerna inom elkablar för bilar:

1. Högspänningskablar för elbilar

Högspänningskablar för elfordon är viktiga komponenter som används i elfordon för att ansluta högspänningsbatterier, växelriktare, luftkonditioneringskompressorer, trefasgeneratorer och elmotorer för att överföra elektrisk energi. Jämfört med kablar som används i traditionella bränsledrivna fordon har högspänningskablar för elfordon följande egenskaper och krav:

Högspänning och högström: Högspänningskablar för elbilar är konstruerade för att hantera spänningar upp till 600 VAC/900 VDC (personbilar) eller 1000 VAC/1500 VDC (kommersiella fordon) och strömmar från 250 A till 450 A eller ännu högre. Detta är mycket högre än de 12 V-system som vanligtvis används i konventionella bränslefordon.

Ledarmaterial: Ledare är vanligtvis tillverkade av glödgad mjuk koppartråd eller förtent koppartråd för förbättrad konduktivitet och korrosionsbeständighet. Syrefria koppartrådar (innehållande mindre än 0,001 % syre och mer än 99,99 % renhet) används ofta i högspänningskablar för elfordon på grund av deras höga renhet och icke-spröda egenskaper.

Isolerings- och mantelmaterial: För att uppfylla kraven för högspänning och hög ström isoleras högspänningskablar med isoleringsmaterial med hög väggtjocklek, såsom silikongummi, tvärbunden polyeten eller tvärbunden polyolefin, vilka har god värmebeständighet och flamskyddseffekt och tål höga temperaturer på mer än 150 ℃.

Skärmning och skydd: Högspänningskablar kräver elektromagnetisk skärmning för att minska elektromagnetiskt fältbrus och elektromagnetiska störningar, medan skyddsmaterial (såsom värmeisoleringsrör och sammansatta rör) och tätningsringar på kablarnas yttre lager säkerställer att kablarna är vattentäta, dammtäta och nötningsbeständiga i tuffa miljöer.

Design och ledningsdragning: Vid konstruktionen av högspänningskablar för elfordon måste hänsyn tas till begränsningar i ledningsutrymme, säkerhetskrav (t.ex. minsta avstånd på 100 millimeter eller mer mellan högspännings- och lågspänningsledare), vikt och kostnad. Kabelns böjningsradie, avståndet till fästpunkten och den miljö i vilken den används (t.ex. inuti eller utanför fordonet) kommer också att påverka dess design och val.

Standarder och specifikationer: Design och tillverkning av högspänningskablar för elfordon följer en rad branschstandarder, såsom QC-T1037 Automotive Industry Standard for High-voltage Cables for Road Vehicles och TCAS 356-2019 High-voltage Cables for New Energy Vehicles. Dessa standarder ställer specifika krav för kablars elektriska prestanda, mekaniska prestanda och miljöanpassningsförmåga.

Användningsområden: Högspänningskablar för elfordon används inte bara för anslutningar i fordon, utan även för anslutningar mellan laddningsporten och batteriet, inuti batteriet, mellan batteriet och motorn och andra komponenter, samt för batterilagringsenheter och andra fält. Kablarna måste kunna motstå tuffa förhållanden som höga och låga temperaturer, saltstänk, elektromagnetiska fält, olja och kemikalier.

Utveckling och tillämpning av högspänningskablar för elfordon är en av nyckelfaktorerna för att främja en hållbar och klimatvänlig framtid för elektrisk mobilitet. I takt med att elfordonstekniken fortsätter att utvecklas fortsätter prestandan och standarderna för högspänningskablar att optimeras för att möta den växande efterfrågan på kraftöverföring och säkerhetskrav.

2. Lätta aluminiumkablar

Användningen av lättviktiga bilkablar i aluminium är en av de viktigaste trenderna inom bilindustrin, särskilt inom den nya energisektorn för bilar, i strävan efter låg vikt, energieffektivitet och räckvidd. Följande är en detaljerad analys av lättviktiga bilkablar i aluminium:

Bakgrund och trend

Efterfrågan på lättviktskonstruktioner i fordon: Med den snabba utvecklingen av nya energifordon ökar efterfrågan på lättviktskonstruktioner i fordon ytterligare. Tråd och kabel, som är huvudkomponenter i fordonskraftöverföring, är traditionellt konstruerade med koppar som ledare, men kopparkärnkablar är dyra och tunga i kvalitet. Därför har utvecklingen av lättviktsledningar och -kablar av låg kvalitet i aluminium för bilar blivit ett nödvändigt val för lättviktskonstruktioner i fordon.

Fördelar med aluminiumkablar: Den traditionella kraftindustrin har en lång historia av att använda aluminiumkablar. Aluminiumkablar har låg kostnad, låg vikt och lång livslängd, och är särskilt lämpliga för högspänningsöverföring över långa avstånd. Kina är rikt på aluminiumresurser, har fluktuationer i materialpriserna, är kostnadsstabila och lätta att kontrollera. Inom den nya energifordonsindustrin är användningen av aluminiumkablar istället för kopparkablar en idealisk lösning för att minska vikt och kostnad.

Applikationsfall för aluminiumtrådsprodukter

Bussmodell: batteripaket intern och extern ultraljudssvetsning av aluminiumtråd, användning av kraftanslutningstråd med stor diameter, fördelen med att använda aluminiumtråd är uppenbar.

Personbil: DC-skenan använder 50 mm2 aluminiumkabel, som har massproducerats framgångsrikt. Användningen av ultraljudssvetsning förbättrar effektivt ledernas elektriska kontaktprestanda och minskar effektivt ledningsnätets kvalitet jämfört med koppartrådar.

AC-laddningspistol: Användning av höghållfast, böjbeständig aluminiumlegeringstråd, låg vikt, stabil prestanda i åldringstest, har gradvis påbörjats massproduktion; DC-laddningsporttråd för personbilar använder aluminiumtråd för att förbättra värmeavledningen, och ultraljudssvetsning används i den runda laddningsportterminalen, vilket avsevärt förbättrar den elektriska kontaktens prestanda, minskar mängden genererad värme och förbättrar livslängden.

Prestandaskillnader mellan koppar och aluminium

Resistivitet och konduktivitet: På grund av den olika resistiviteten hos aluminium och koppar är aluminiumledarens konduktivitet 62 % av den genomsnittliga belastningsarean (IACS). När aluminiumledarens tvärsnittsarea är 1,6 gånger kopparens, är dess elektriska prestanda densamma som kopparens.

Massförhållande: den specifika vikten för aluminium är 2,7 kg/m3, den specifika vikten för koppar är 8,89 kg/m3, så massförhållandet för de två är (2,7 × 160 %) / (8,89 × 1) ≈50 %. Detta innebär att vid samma elektriska prestanda är aluminiumledarens massa endast 1/2 av kopparkroppens.

Marknadsutrymme och utsikter

Årlig tillväxttakt: Baserat på marknadsanalys kommer den årliga tillväxttakten för valsad aluminiumplåt och extruderat material att vara cirka 30 % år 2025, vilket visar den enorma potentialen för aluminium inom området lättviktsindustrin.

Osäkerhetsanalys

Kostnadsfaktorer: Även om aluminiumkablar har kostnadsfördelar finns det en negativ faktor i form av ökande kostnader för aluminium istället för stål inom bilindustrin, vilket kan påverka hastigheten på populariseringen av aluminiumkablar.

Tekniska utmaningar: Användningen av aluminiumkablar i bilar står fortfarande inför tekniska utmaningar, såsom förbättring av ledernas elektriska kontaktprestanda och optimering av värmeavledning, vilka måste lösas genom teknisk innovation.

Användningen av lättviktiga aluminiumkablar för bilindustrin är en oundviklig trend för bilindustrin att sträva efter energibesparingar och utsläppsminskning, samt förbättra räckvidden. Med kontinuerliga tekniska framsteg och ytterligare kostnadsoptimering kommer användningen av aluminiumkablar inom bilindustrin att bli mer omfattande, vilket kommer att ge ett viktigt bidrag till lättvikt, energibesparingar och utsläppsminskning i fordon.

3. Skärmade kablar för EMI-reduktion

Elektromagnetisk störning (EMI) i bilar är ett komplext problem, särskilt i el- och hybridfordon på grund av den intensiva användningen av högpresterande elektroniska apparater. Som en av de största bidragsgivarna till EMI är design och materialval av kablage i bilar avgörande för att minimera EMI. Här är några viktiga punkter om hur man kan minska EMI i bilar genom användning av skärmade kablar:

Så här fungerar skärmade kablar: Skärmade kablar fungerar genom att lägga ett lager metallfläta eller folie runt ledarna. Denna skärmning reflekterar och absorberar elektromagnetiska vågor, vilket minskar EMI. Skärmen är ansluten till jord, vilket leder fångad elektromagnetisk energi till jord och förhindrar att den stör andra elektroniska enheter.

Typer av skärmning: Det finns två huvudtyper av skärmning: flätad metallskärmning och folieskärmning. Flätad metallskärmning ger bättre mekanisk styrka och flexibilitet, medan folieskärmning ger bättre skärmning vid lägre frekvenser. I fordonsapplikationer är det vanligt att använda en kombination av dessa två skärmningstyper för optimal skärmning.

Jordning av skärmen: För att en skärmad kabel ska vara effektiv måste skärmen vara ordentligt jordad. Om skärmen inte är ordentligt jordad kan den istället bli en antenn och öka EMI. I bilar är det vanligt att fästa skärmen på fordonets metallram för att ge en bra väg till jord.

Där skärmade kablar används: I bilar används skärmade kablar huvudsakligen för kritiska signal- och styrledningar som är känsliga för EMI eller som själva kan bli EMI-källor. Till exempel använder ledningar som används för motorstyrenheter (ECU), sensorsignaler, nätverk i fordon (t.ex. CAN-bussar) och underhållningssystem vanligtvis skärmade kablar.

Användning av skärmade kablar i kombination med oskärmade kablar: I fordonsmiljöer där utrymmet är begränsat placeras ofta högspännings- och lågspänningskablar i nära anslutning till varandra. För att minimera EMI kan högspänningskabeln utformas som en skärmad kabel, medan lågspänningskabeln kan vara oskärmad. På så sätt skyddar högspänningskabelns skärm lågspänningskabeln från EMI.

Kabellayout och design: Förutom att använda skärmade kablar är korrekt kabellayout också mycket viktigt. Bildning av slingor i kablar bör undvikas, eftersom slingor ökar EMI. Dessutom bör kablar placeras så långt bort som möjligt från EMI-källor, såsom motorer och kraftomvandlare.

Användning av filter: Förutom skärmade kablar kan EMI-filter läggas till i båda ändar av kabeln för att ytterligare minimera EMI. Filter kan vara kondensatorer eller induktorer, som filtrerar bort brus i ett specifikt frekvensområde.

Sammanfattningsvis kan EMI i bilar minskas avsevärt genom att använda skärmade kablar och kombinera dem med rätt kabellayout och filtreringstekniker, vilket förbättrar tillförlitligheten och prestandan hos elektronisk utrustning.

4. Högtemperaturbeständiga kablar

Högtemperaturbeständiga bilkablar är kablar som är konstruerade för bilindustrin för att bibehålla stabil prestanda i högtemperaturmiljöer. De är huvudsakligen tillverkade av flera specialmaterial för att säkerställa tillförlitlighet och säkerhet i högtemperaturområden som motorrum. Här är några vanliga material som används för högtemperaturbeständiga bilkablar:

TPE-material: termoplastiska elastomerer (termoplastiska elastomerer), inklusive styrener, olefiner, diener, vinylklorid, polyestrar, estrar, amider, organofluoriner, silikoner och vinyler. För närvarande är SEBS-baserade elastomerer (styren-etylen-butylen-styren-blocksampolymer) de mest använda TPE-materialen.

TPU-material: termoplastisk polyuretan (termoplastisk polyuretan). Molekylstrukturen är uppdelad i polyestertyp och polyetertyp, och består av styva block och flexibla kedjesegment. Mer än 40 % av TPU-materialen används i formsprutningsprocessen, vilket motsvarar cirka 35 % av extruderingsgjutningen. Materialet har god elasticitet och slitstyrka.

PVC-material: Polyvinylklorid (polyvinylklorid), genom tillsats av olika mängder mjukgörare för att reglera dess mjukhet, sänka dess "glasövergångstemperatur", för att få god flexibilitet och plasticitet, lätt att bearbeta och gjuta.

Silikonmaterial: ett högaktivt adsorberande material, amorft ämne, härdbart gummi. Silikon har utmärkt värme- och köldbeständighet och ett brett temperaturområde, från -60 °C till +180 °C och däröver.

XLPE-tvärbunden polyeten: Genom kemisk tvärbindning till värmehärdande elastomerer förbättras isoleringsegenskaperna, kabelns temperaturbeständighetsområde utökas och prestandan förbättras. XLPE-kabeln producerar koldioxid och vatten när den förbrännas och är relativt miljövänlig.

Valet och användningen av dessa material gör att högtemperaturbeständiga bilkablar kan fungera stabilt under långa perioder i högtemperaturmiljöer som motorrum och nära avgassystem, vilket säkerställer normal drift av bilelektriska system. Dessutom har högtemperaturbeständiga kablar fördelarna med oljebeständighet, vattenbeständighet, syra- och alkalibeständighet, korrosiv gasbeständighet, åldringsbeständighet etc. De är lämpliga för metallurgi, elkraft, petrokemikalier, rullande materiel, energi, järn och stål, elektriska maskiner och andra områden. När du väljer högtemperaturbeständiga kablar måste du välja rätt modell beroende på den faktiska tillämpningssituationen, temperaturmiljön, spänningsnivån och andra faktorer för att säkerställa att kabeln har god prestanda och säkerhet under höga temperaturförhållanden.

5. Smarta kablar med integrerade sensorer

Smarta bilkablar med integrerade sensorer är en integrerad del av moderna smarta bilar och de spelar en nyckelroll i fordonets elektriska och elektroniska arkitektur. Smarta bilkablar ansvarar inte bara för kraftöverföring, utan ännu viktigare, de bär data och styrsignaler, och kopplar samman mikrokontrollerenheter (MCU), sensorer, ställdon och andra elektroniska styrenheter (ECU) i bilen och bildar bilens "neurala nätverk".

Funktionen och vikten av smarta bilkablar

Dataöverföring: Smarta bilkablar ansvarar för att överföra data från sensorer till MCU:n och kommandon från MCU:n till ställdon. Dessa data inkluderar, men är inte begränsade till, hastighet, temperatur, tryck, position etc., och är avgörande för att uppnå exakt kontroll över fordonet.
Strömfördelning: Kabeln överför inte bara data, utan ansvarar också för att distribuera ström till de olika elektroniska enheterna i bilen för att säkerställa att de fungerar korrekt.
Säkerhet och trygghet: Kabeln är konstruerad med säkerhet i åtanke, såsom användning av brandsäkra material och inställning av överströmsskydd, för att säkerställa att kretsen kan stängas av i tid vid funktionsfel och undvika potentiella säkerhetsrisker.

Designkrav

Utformningen av smarta bilkablar måste uppfylla följande krav:

Tillförlitlighet: Kablar måste kunna fungera tillförlitligt i en mängd olika tuffa miljöer i bilen, inklusive hög temperatur, låg temperatur, vibrationer och fuktighet.
Hållbarhet: Kablar måste vara tillräckligt hållbara för att klara långa perioder av användning utan att de går sönder.
Säkerhet: Kablar bör vara välisolerade för att minska risken för kortslutning och ha nödvändiga skyddsmekanismer.
Lättvikt: Med trenden mot lättviktsfordon måste även kablar vara så lätta och tunna som möjligt för att minska fordonets totalvikt.
Elektromagnetisk kompatibilitet: Kablar bör ha god skärmningsprestanda för att minska signalstörningar.

Applikationsscenario

Smarta bilkablar används ofta i olika bilsystem, inklusive men inte begränsat till:

Motorstyrsystem: anslutning av motorns styrenhet med sensorer och ställdon för att uppnå exakt styrning av motorn.
Karosseristyrningssystem: anslutning av karosseristyrningsmodulen (BCM) till fönster, dörrlås, belysning och andra system.
Förarstödssystem: ansluter ADAS-styrenheten (Advanced Driver Assistance Systems) till sensorer som kamera och radar.
Infotainmentsystem: ansluter multimediacentret med högtalare, navigationssystem etc.

Framtida trender

I takt med att elektroniska och elektriska arkitekturer för fordon utvecklas, gör även smarta bilkablar det. Framtida trender inkluderar:

Centraliserad arkitektur: I takt med att fordonselektronikarkitekturer övergår från distribuerade till centraliserade, kommer kabelkomplexiteten och -längden sannolikt att minska, vilket bidrar till att minska fordonsvikten och förbättra informationsflödets effektivitet.
Intelligent hantering: Kablar kommer att integrera mer intelligenta komponenter, såsom inbyggda sensorer och smarta kontakter, vilket möjliggör självdiagnostik och statusrapportering.
Användning av nya material: För att ytterligare minska vikten och förbättra prestandan kan kablar tillverkas av nya lättviktsmaterial.

Smarta bilkablar är viktiga komponenter som kopplar samman fordonselektroniska system, och deras design och prestanda är avgörande för att säkerställa bilars säkerhet och tillförlitlighet. I takt med att tekniken utvecklas och fordonselektronik accelererar kommer smarta bilkablar att fortsätta utvecklas för att möta behovet av högre prestanda.

6. Biologiskt nedbrytbara och miljövänliga kablar

Mot bakgrund av strävan efter miljöskydd och hållbar utveckling blir biologiskt nedbrytbara och miljövänliga bilkablar ett hett ämne inom biltillverkningsindustrin. Dessa kablar uppfyller inte bara bilindustrins behov vad gäller prestanda, utan uppvisar också betydande fördelar när det gäller miljöskydd.

Biologiskt nedbrytbara isolerade kablar

Biologiskt nedbrytbara isolerade kablar är tillverkade av biologiskt nedbrytbara isoleringsmaterial, som under vissa miljöförhållanden gradvis kan brytas ner genom mikroorganismers metabolism och slutligen omvandlas till miljövänliga små molekyler, såsom koldioxid och vatten. Denna process kräver vanligtvis en viss tid och lämpliga miljöförhållanden. Användningen av biologiskt nedbrytbara kablar är i linje med principerna för grön och hållbar utveckling. Det säkerställer kablarnas prestanda samtidigt som miljöpåverkan minimeras och främjar utvecklingen av den gröna kabelindustrin.

Kablar med icke-förorenande isolerande lack

Förorenande isoleringslack för kablar använder ofarlig isoleringslack för att ersätta de isoleringsmaterial som innehåller farliga ingredienser i traditionella kablar. Denna innovation minskar inte bara miljöföroreningar, utan förbättrar även kablarnas säkerhet och tillförlitlighet.

Biobaserade material i bilkablar

Biobaserade material, särskilt polymjölksyra (PLA) fibrer, kompositer och nylon, har stor potential för tillämpning inom bilindustrin på grund av deras biologiska nedbrytbarhet, miljövänliga produktion och bearbetning, breda utbud av råmaterialkällor, låg lukt och låga halt av flyktiga organiska föreningar (VOC). Med den betydande ökningen av produktionskapaciteten har PLA polymjölksyra (PLA), som en biobaserad polymer utvunnen från naturresurser, också sett en enorm utveckling. PLA syntetiseras kemiskt från naturlig majs. Detta material kan brytas ner till CO2 och H2O av mikroorganismer efter att ha kasserats, utan att orsaka föroreningar i miljön, och är erkänt som ett nytt ekomaterial som är grönt och hållbart under 2000-talet.

Användning av TPU-material i bilkablar

Termoplastiska polyuretanmaterial (TPU) erbjuder inte bara utmärkt prestanda, utan är också biologiskt nedbrytbara (3–5 år) och återvinningsbara. De hållbara och miljövänliga egenskaperna hos TPU-material erbjuder ett nytt alternativ för bilkablar, vilket bidrar till att minska miljöpåverkan.

Utmaningar och framtidsutsikter

Även om biologiskt nedbrytbara och miljövänliga bilkablar har många fördelar, står deras tillämpning inför vissa utmaningar och begränsningar. Till exempel påverkas nedbrytningens hastighet och effektivitet av miljöförhållanden, vilket kräver noggrann utvärdering och val av tillämpningsscenarier. Samtidigt måste prestandan och stabiliteten hos nedbrytbara isoleringsmaterial kontinuerligt förbättras och testas för att säkerställa deras tillförlitlighet och säkerhet. I framtiden, i takt med att tekniken fortsätter att utvecklas och miljömedvetenheten ökar, förväntas biologiskt nedbrytbara och miljövänliga bilkablar spela en större roll inom bilindustrin och driva hela branschen i en mer miljövänlig och hållbar riktning.