Nieuws - Innovaties in elektrische autokabels: wat is er nieuw op de markt?

Door de snelle ontwikkeling van de auto-industrie zijn elektrische kabels essentiële onderdelen geworden van moderne voertuigen. Hier zijn enkele van de nieuwste innovaties op het gebied van elektrische kabels voor auto's:

1. Hoogspanningskabels voor elektrische voertuigen

Hoogspanningskabels voor elektrische voertuigen zijn belangrijke componenten die in elektrische voertuigen worden gebruikt om hoogspanningsaccu's, omvormers, airconditioningcompressoren, driefasegeneratoren en elektromotoren aan te sluiten en zo de transmissie van elektrische energie te realiseren. Vergeleken met de kabels die in traditionele brandstofvoertuigen worden gebruikt, voldoen hoogspanningskabels voor elektrische voertuigen aan de volgende kenmerken en eisen:

Hoogspanning en hoge stroomsterkte: Hoogspanningskabels voor elektrische voertuigen zijn ontworpen voor spanningen tot 600 VAC/900 VDC (personenauto's) of 1000 VAC/1500 VDC (bedrijfsvoertuigen) en stroomsterktes van 250 A tot 450 A of zelfs hoger. Dit is veel hoger dan de 12V-systemen die doorgaans worden gebruikt in conventionele brandstofvoertuigen.

Geleidermateriaal: Geleiders zijn meestal gemaakt van gegloeid zacht koperdraad of vertind koperdraad voor een betere geleiding en corrosiebestendigheid. Zuurstofvrije koperdraden (met minder dan 0,001% zuurstof en een zuiverheid van meer dan 99,99%) worden veel gebruikt in hoogspanningskabels voor elektrische voertuigen vanwege hun hoge zuiverheid en niet-brosheid.

Isolatie- en mantelmaterialen: Om te voldoen aan de eisen van hoogspanning en hoge stroom, worden hoogspanningskabels geïsoleerd met isolatiematerialen met een hoge wanddikte, zoals siliconenrubber, vernet polyethyleen of vernet polyolefine. Deze materialen hebben een goede hittebestendigheid en brandvertragende werking en kunnen hoge temperaturen van meer dan 150℃ weerstaan.

Afscherming en bescherming: Hoogspanningskabels hebben elektromagnetische afscherming nodig om elektromagnetische veldruis en elektromagnetische interferentie te verminderen. Tegelijkertijd zorgen beschermende materialen (zoals warmte-isolatiebuizen en samengestelde buizen) en afdichtringen op de buitenste laag van de kabels ervoor dat de kabels waterdicht, stofdicht en slijtvast zijn in zware omstandigheden.

Ontwerp en bedrading: Bij het ontwerp van hoogspanningskabels voor elektrische voertuigen moet rekening worden gehouden met de beperkte ruimte voor de bedrading, veiligheidseisen (bijv. een minimale afstand van 100 millimeter of meer tussen hoogspannings- en laagspanningsgeleiders), gewicht en kosten. De buigradius van de kabel, de afstand tot het bevestigingspunt en de omgeving waarin deze wordt gebruikt (bijv. binnen of buiten het voertuig) zijn ook van invloed op het ontwerp en de keuze ervan.

Normen en specificaties: Het ontwerp en de productie van hoogspanningskabels voor elektrische voertuigen volgen een reeks industrienormen, zoals QC-T1037 Automotive Industry Standard for High-voltage Cables for Road Vehicles en TCAS 356-2019 High-voltage Cables for New Energy Vehicles. Deze normen stellen specifieke eisen aan de elektrische en mechanische prestaties en de milieuvriendelijkheid van kabels.

Toepassingen: hoogspanningskabels voor elektrische voertuigen worden niet alleen gebruikt voor verbindingen in het voertuig, maar ook voor verbindingen tussen de laadpoort en de accu, in de accu zelf, tussen de accu en de motor en andere componenten, evenals voor energieopslag in de accu en andere toepassingen. De kabels moeten bestand zijn tegen zware omstandigheden, zoals hoge en lage temperaturen, zoutnevel, elektromagnetische velden, olie en chemicaliën.

De ontwikkeling en toepassing van hoogspanningskabels voor elektrische voertuigen is een van de belangrijkste factoren bij het bevorderen van een duurzame en klimaatvriendelijke toekomst voor elektrische mobiliteit. Naarmate de technologie voor elektrische voertuigen zich verder ontwikkelt, worden de prestaties en normen van hoogspanningskabels voortdurend geoptimaliseerd om te voldoen aan de groeiende vraag naar energieoverdracht en veiligheidseisen.

2. Lichtgewicht aluminiumkabels

De toepassing van lichtgewicht aluminium autokabels is een van de belangrijkste trends in de auto-industrie, met name in de nieuwe energie-auto-industrie, gericht op lichtgewicht, energiezuinig en actieradius. Hieronder volgt een gedetailleerde analyse van lichtgewicht aluminium autokabels:

Achtergrond en trend

Vraag naar lichtgewicht auto's: met de snelle ontwikkeling van nieuwe energievoertuigen neemt de vraag naar lichtgewicht autoontwerpen verder toe. Draden en kabels, de belangrijkste componenten van de aandrijflijn van auto's, worden traditioneel ontworpen met koper als geleider, maar kabels met koperen kern zijn duur en zwaar van kwaliteit. Daarom is de ontwikkeling van lichtgewicht, laaggeprijsde aluminium geleiderdraden en -kabels voor auto's een noodzakelijke keuze geworden voor lichtgewicht autoontwerpen.

Voordelen van aluminiumkabels: de traditionele energiesector gebruikt al lange tijd aluminiumkabels. Aluminiumkabels zijn goedkoop, licht van gewicht en gaan lang mee, en zijn daarom bijzonder geschikt voor hoogspanningstransmissie over lange afstanden. China is rijk aan aluminiumbronnen, kent schommelende materiaalprijzen, is kostenstabiel en eenvoudig te beheren. In de nieuwe energievoertuigenindustrie is het gebruik van aluminiumkabels in plaats van koperen kabels een ideale oplossing om gewicht en kosten te besparen.

Toepassingsgevallen van aluminiumdraadproducten

Busmodel: batterijpakket interne en externe ultrasoon lasaluminiumdraad, gebruik van grote diameter stroomaansluitdraad, het voordeel van het gebruik van aluminiumdraad is duidelijk.

Personenauto: DC-rail gebruikt 50 mm² aluminiumkabel, die succesvol in massaproductie is genomen. Ultrasoon lassen verbetert effectief de elektrische contactprestaties van de verbindingen en vermindert effectief de kwaliteit van de kabelboom in vergelijking met koperdraden.

AC-laadpistool: met behulp van zeer sterke, buigbestendige aluminiumlegeringdraad, lichtgewicht, stabiele prestaties in verouderingstests, is geleidelijk aan massaproductie begonnen; DC-laadpoortdraad voor personenauto's maakt gebruik van aluminiumdraad om de warmteafvoer te verbeteren en ultrasoon lassen wordt gebruikt in de ronde laadpoortterminal, wat de elektrische contactprestaties aanzienlijk verbetert, de hoeveelheid gegenereerde warmte vermindert en de levensduur verlengt.

Prestatieverschillen tussen koper en aluminium

Soortelijke weerstand en geleidbaarheid: Vanwege de verschillende soortelijke weerstand van aluminium en koper bedraagt de geleidbaarheid van aluminiumgeleiders 62% IACS. Wanneer de doorsnede van aluminiumgeleiders 1,6 keer zo groot is als die van koper, zijn de elektrische prestaties gelijk aan die van koper.

Massaverhouding: het soortelijk gewicht van aluminium is 2,7 kg/m³, het soortelijk gewicht van koper is 8,89 kg/m³, dus de massaverhouding van beide is (2,7 × 160%) / (8,89 × 1) ≈ 50%. Dit betekent dat bij gelijke elektrische prestaties de massa van een aluminium geleider slechts de helft is van die van een koperen geleider.

Marktruimte en perspectief

Jaarlijkse groeivoet: op basis van marktanalyse zal de jaarlijkse groeivoet van gewalst aluminiumplaat en geëxtrudeerd materiaal tegen 2025 ongeveer 30% bedragen. Dit toont het enorme potentieel van aluminium op het gebied van lichtgewicht auto's aan.

Onzekerheidsanalyse

Kostenfactoren: Hoewel aluminiumkabels kostenvoordelen hebben, is er een negatieve factor verbonden aan de stijgende kosten van aluminium ten opzichte van staal in de automobielindustrie. Dit kan van invloed zijn op de snelheid waarmee aluminiumkabels populair worden.

Technische uitdagingen: De toepassing van aluminiumkabels in auto's kent nog steeds technische uitdagingen, zoals het verbeteren van de elektrische contactprestaties van verbindingen en het optimaliseren van de warmteafvoer. Deze uitdagingen moeten worden opgelost door middel van technologische innovaties.

De toepassing van lichtgewicht aluminium autokabels is een onvermijdelijke trend voor de auto-industrie om energiebesparing, emissiereductie en een groter bereik na te streven. Met de voortdurende technologische vooruitgang en verdere kostenoptimalisatie zal de toepassing van aluminiumkabels in de auto-industrie steeds breder worden, wat een belangrijke bijdrage levert aan lichtgewicht auto's, energiebesparing en emissiereductie.

3. Afgeschermde kabels voor EMI-reductie

Elektromagnetische interferentie (EMI) in auto's is een complex probleem, vooral in elektrische en hybride voertuigen, vanwege het intensieve gebruik van elektronische apparaten met een hoog vermogen. Omdat EMI een van de belangrijkste oorzaken is van EMI, zijn het ontwerp en de materiaalkeuze van kabelbomen cruciaal om EMI te minimaliseren. Hier zijn enkele belangrijke punten over hoe u EMI in auto's kunt verminderen door het gebruik van afgeschermde kabels:

Hoe afgeschermde kabels werken: Afgeschermde kabels werken door een laag metalen vlechtwerk of folie rond de geleiders toe te voegen. Deze afscherming reflecteert en absorbeert elektromagnetische golven, waardoor EMI wordt verminderd. De afscherming is verbonden met de aarde, waardoor de opgevangen elektromagnetische energie naar de aarde wordt geleid en er geen storing optreedt bij andere elektronische apparaten.

Soorten afscherming: Er zijn twee hoofdtypen afscherming: gevlochten metaalafscherming en folieafscherming. Gevlochten metaalafscherming biedt een betere mechanische sterkte en flexibiliteit, terwijl folieafscherming een betere afscherming biedt bij lagere frequenties. In automobieltoepassingen is het gebruikelijk om een combinatie van deze twee afschermingstypen te gebruiken voor optimale afscherming.

Aarding van de afscherming: Om een afgeschermde kabel effectief te laten zijn, moet de afscherming goed geaard zijn. Als de afscherming niet goed geaard is, kan deze een antenne worden en de elektromagnetische interferentie (EMI) verhogen. In auto's is het gebruikelijk om de afscherming aan het metalen frame van het voertuig te bevestigen om een goede verbinding met de aarde te creëren.

Waar afgeschermde kabels worden gebruikt: In auto's worden afgeschermde kabels voornamelijk gebruikt voor kritieke signaal- en besturingskabels die gevoelig zijn voor elektromagnetische interferentie (EMI) of die zelf EMI-bronnen kunnen worden. Kabels voor motorregeleenheden (ECU's), sensorsignalen, netwerken in voertuigen (bijv. CAN-bussen) en entertainmentsystemen maken bijvoorbeeld doorgaans gebruik van afgeschermde kabels.

Gebruik van afgeschermde kabels in combinatie met onafgeschermde kabels: In automobielomgevingen met beperkte ruimte worden hoogspannings- en laagspanningskabels vaak dicht bij elkaar geplaatst. Om EMI te minimaliseren, kan de hoogspanningskabel worden ontworpen als een afgeschermde kabel, terwijl de laagspanningskabel onafgeschermd kan zijn. Op deze manier beschermt de afscherming van de hoogspanningskabel de laagspanningskabel tegen EMI.

Kabellayout en -ontwerp: Naast het gebruik van afgeschermde kabels is een goede kabellayout ook erg belangrijk. Het vormen van lussen in kabels moet worden vermeden, aangezien lussen de elektromagnetische interferentie (EMI) verhogen. Bovendien moeten kabels zo ver mogelijk uit de buurt van elektromagnetische interferentiebronnen, zoals motoren en omvormers, worden geplaatst.

Gebruik van filters: Naast afgeschermde kabels kunnen er aan beide uiteinden van de kabel EMI-filters worden toegevoegd om EMI verder te minimaliseren. Filters kunnen condensatoren of spoelen zijn, die ruis in een specifiek frequentiebereik filteren.

Kortom, door afgeschermde kabels te gebruiken en deze te combineren met de juiste kabelindeling en filtertechnieken, kan EMI in auto's aanzienlijk worden verminderd. Hierdoor worden de betrouwbaarheid en prestaties van elektronische apparatuur verbeterd.

4. Kabels die bestand zijn tegen hoge temperaturen

Hittebestendige autokabels zijn kabels die speciaal voor de auto-industrie zijn ontworpen om stabiele prestaties te leveren in omgevingen met hoge temperaturen. Ze zijn voornamelijk gemaakt van verschillende speciale materialen om betrouwbaarheid en veiligheid te garanderen in ruimtes met hoge temperaturen, zoals motorruimtes. Hieronder volgen enkele veelgebruikte materialen voor hittebestendige autokabels:

TPE-materialen: thermoplastische elastomeren (thermoplastische elastomeren), waaronder styrenen, olefinen, dienen, vinylchloride, polyesters, esters, amiden, organofluorinen, siliconen en vinyls. Momenteel zijn elastomeren op basis van SEBS (styreen-ethyleen-butyleen-styreen blokcopolymeer) de meest gebruikte TPE-materialen.

TPU-materialen: thermoplastisch polyurethaan (thermoplastisch polyurethaan), de moleculaire structuur is onderverdeeld in polyester-type en polyether-type, door de stijve blok- en flexibele ketensegmenten. TPU-materialen in het verwerkingsproces van spuitgieten zijn goed voor meer dan 40% van de extrusievorming is ongeveer 35% of zo, met een goede elasticiteit en slijtvastheid.

PVC-materiaal: Polyvinylchloride (Polyvinylchloride), door de toevoeging van verschillende hoeveelheden weekmakers om de zachtheid ervan te reguleren, de "glasovergangstemperatuur" te verlagen, om zo een goede flexibiliteit en plasticiteit te hebben, gemakkelijk te verwerken en te gieten.

Siliconenmateriaal: een zeer actief adsorberend materiaal, amorfe substantie, thermohardend rubber. Siliconen zijn uitstekend bestand tegen hitte en koude en hebben een breed temperatuurbereik, van -60 °C tot +180 °C en hoger.

XLPE vernet polyethyleen: door chemische vernetting tot thermohardende elastomeren, verbeterde isolatie-eigenschappen, een breder temperatuurbestendigheidsbereik en verbeterde prestaties. XLPE-kabels produceren kooldioxide en water zodra ze ontbranden, relatief milieuvriendelijk.

De selectie en het gebruik van deze materialen zorgen ervoor dat hittebestendige autokabels langdurig stabiel werken in omgevingen met hoge temperaturen, zoals motorruimtes en nabij uitlaatsystemen, waardoor de normale werking van elektrische systemen in auto's wordt gegarandeerd. Bovendien bieden hittebestendige kabels voordelen zoals oliebestendigheid, waterbestendigheid, zuur- en alkalibestendigheid, corrosieve gassen en verouderingsbestendigheid. Ze zijn geschikt voor de metallurgie, elektriciteitscentrales, petrochemische industrie, rollend materieel, energie, ijzer- en staalindustrie, elektrische machines en andere sectoren. Bij het kiezen van hittebestendige kabels moet u het juiste model kiezen op basis van de werkelijke toepassing, de temperatuuromgeving, het spanningsniveau en andere factoren om ervoor te zorgen dat de kabel goede prestaties levert en veilig is onder hoge temperaturen.

5. Slimme kabels met geïntegreerde sensoren

Slimme autokabels met geïntegreerde sensoren zijn een integraal onderdeel van moderne slimme auto's en spelen een sleutelrol in de elektrische en elektronische architectuur van het voertuig. Slimme autokabels zijn niet alleen verantwoordelijk voor de stroomoverdracht, maar, belangrijker nog, ze transporteren data- en besturingssignalen. Ze verbinden microcontrollers (MCU's), sensoren, actuatoren en andere elektronische regeleenheden (ECU's) in de auto en vormen zo het 'neurale netwerk' van de auto.

De functie en het belang van slimme autokabels

Gegevensoverdracht: Slimme autokabels zijn verantwoordelijk voor het overbrengen van gegevens van sensoren naar de MCU en van commando's van de MCU naar actuatoren. Deze gegevens omvatten, maar zijn niet beperkt tot, snelheid, temperatuur, druk, positie, enz. en zijn cruciaal voor nauwkeurige besturing van het voertuig.
Stroomverdeling: De kabel verzendt niet alleen gegevens, maar zorgt ook voor de stroomverdeling naar de verschillende elektronische apparaten in de auto, zodat deze goed werken.
Veiligheid en beveiliging: De kabel is ontworpen met veiligheid in gedachten. Zo zijn er brandwerende materialen gebruikt en is er een overstroombeveiliging ingesteld. Zo kan het circuit bij een storing op tijd worden afgesloten en kunnen mogelijke veiligheidsrisico's worden vermeden.

Ontwerpvereisten

Het ontwerp van slimme autokabels moet aan de volgende eisen voldoen:

Betrouwbaarheid: Kabels moeten betrouwbaar kunnen functioneren in allerlei zware omstandigheden in de auto, zoals hoge temperaturen, lage temperaturen, trillingen en vochtigheid.
Duurzaamheid: Kabels moeten duurzaam genoeg zijn om langdurig gebruik te kunnen doorstaan zonder dat er storingen optreden.
Veiligheid: Kabels moeten goed geïsoleerd zijn om het risico op kortsluiting te minimaliseren en moeten voorzien zijn van de nodige beschermingsmechanismen.
Lichtgewicht: Met de trend naar lichtere voertuigen moeten kabels ook zo licht en dun mogelijk zijn om het totale gewicht van het voertuig te verminderen.
Elektromagnetische compatibiliteit: Kabels moeten een goede afscherming hebben om signaalinterferentie te minimaliseren.

Toepassingsscenario

Slimme autokabels worden veel gebruikt in verschillende systemen van auto's, waaronder maar niet beperkt tot:

Motorregelsysteem: het verbinden van de motor-ECU met sensoren en actuatoren om nauwkeurige controle over de motor te realiseren.
Carrosseriebesturingssysteem: verbindt de carrosserieregelmodule (BCM) met ramen, deursloten, verlichting en andere systemen.
Rijassistentiesysteem: verbindt de ADAS-controller (Advanced Driver Assistance Systems) met sensoren zoals camera's en radar.
Infotainmentsysteem: verbindt het multimediacentrum met luidsprekers, navigatiesysteem, enz.

Toekomstige trends

Naarmate de elektronische en elektrische architectuur van auto's evolueert, doen slimme autokabels dat ook. Toekomstige trends zijn onder andere:

Gecentraliseerde architectuur: Naarmate de elektronische architectuur in de automobielindustrie verschuift van gedistribueerd naar gecentraliseerd, zullen de complexiteit en lengte van kabels waarschijnlijk afnemen. Dit zal het gewicht van voertuigen verminderen en de efficiëntie van de informatiestroom verbeteren.
Intelligent beheer: kabels worden voorzien van intelligentere componenten, zoals ingebouwde sensoren en slimme connectoren, waardoor zelfdiagnose en statusrapportage mogelijk worden.
Toepassing van nieuwe materialen: Om het gewicht verder te verminderen en de prestaties te verbeteren, kunnen kabels van nieuwe, lichte materialen worden gemaakt.

Slimme autokabels zijn belangrijke componenten die elektronische systemen in auto's met elkaar verbinden. Hun ontwerp en prestaties zijn cruciaal voor de veiligheid en betrouwbaarheid van auto's. Naarmate de technologie vordert en de auto-elektronica in een stroomversnelling raakt, zullen slimme autokabels zich blijven ontwikkelen om te voldoen aan de behoefte aan betere prestaties.

6. Biologisch afbreekbare en milieuvriendelijke kabels

Tegen de achtergrond van het streven naar milieubescherming en duurzame ontwikkeling worden biologisch afbreekbare en milieuvriendelijke autokabels een hot topic in de auto-industrie. Deze kabels voldoen niet alleen aan de eisen van de auto-industrie op het gebied van prestaties, maar bieden ook aanzienlijke voordelen op het gebied van milieubescherming.

Biologisch afbreekbare geïsoleerde kabels

Biologisch afbreekbare geïsoleerde kabels zijn gemaakt van biologisch afbreekbare isolatiematerialen die, onder bepaalde omgevingsomstandigheden, geleidelijk kunnen worden afgebroken door de stofwisseling van micro-organismen en uiteindelijk kunnen worden omgezet in milieuvriendelijke kleine moleculen, zoals koolstofdioxide en water. Dit proces vereist doorgaans een bepaalde tijd en geschikte omgevingsomstandigheden. Het gebruik van biologisch afbreekbare kabels is in lijn met de principes van groene en duurzame ontwikkeling. Het waarborgt de prestaties van kabels, minimaliseert de impact op het milieu en bevordert de ontwikkeling van de groene kabelindustrie.

Kabels met niet-vervuilende isolerende lak

Niet-vervuilende isolatielak voor kabels vervangt de isolatiematerialen die gevaarlijke ingrediënten bevatten in traditionele kabels met een niet-vervuilende isolatielak. Deze innovatie vermindert niet alleen de milieuvervuiling, maar verbetert ook de veiligheid en betrouwbaarheid van kabels.

Biobased materialen in autokabels

Biobased materialen, met name polymelkzuur (PLA) vezels, composieten en nylon, hebben een groot potentieel voor toepassing in de auto-industrie vanwege hun biologische afbreekbaarheid, milieuvriendelijke productie en verwerking, brede waaier aan grondstofbronnen, geringe geur en een laag gehalte aan vluchtige organische stoffen (VOS). Met de aanzienlijke toename van de productiecapaciteit heeft ook PLA polymelkzuur (PLA), een biobased polymeer afkomstig van natuurlijke grondstoffen, een enorme ontwikkeling doorgemaakt. PLA wordt chemisch gesynthetiseerd uit natuurlijke maïs. Dit materiaal kan na verwijdering door micro-organismen worden afgebroken tot CO2 en H2O, zonder het milieu te vervuilen, en wordt erkend als een nieuw eco-materiaal dat groen en duurzaam is in de 21e eeuw.

Toepassing van TPU-materialen in autokabels

Thermoplastisch polyurethaan (TPU) biedt niet alleen uitstekende prestaties, maar is ook biologisch afbreekbaar (3-5 jaar) en recyclebaar. De duurzame en milieuvriendelijke eigenschappen van TPU-materialen bieden een nieuwe optie voor autokabels, wat helpt de impact op het milieu te verminderen.

Uitdagingen en vooruitzichten

Hoewel biologisch afbreekbare en milieuvriendelijke autokabels veel voordelen bieden, kennen hun toepassingen enkele uitdagingen en beperkingen. Zo worden de snelheid en effectiviteit van de afbraak beïnvloed door omgevingsomstandigheden, wat een zorgvuldige evaluatie en selectie van toepassingsscenario's vereist. Tegelijkertijd moeten de prestaties en stabiliteit van afbreekbare isolatiematerialen continu worden verbeterd en getest om hun betrouwbaarheid en veiligheid te garanderen. Naarmate de technologie zich verder ontwikkelt en het milieubewustzijn toeneemt, zullen biologisch afbreekbare en milieuvriendelijke autokabels naar verwachting een grotere rol spelen in de auto-industrie en de hele sector in een milieuvriendelijkere en duurzamere richting sturen.