Notizie - Innovazioni nei cavi elettrici per auto: quali sono le novità sul mercato?

Con la rapida evoluzione del settore automobilistico, i cavi elettrici sono diventati componenti essenziali nei veicoli moderni. Ecco alcune delle ultime innovazioni nei cavi elettrici per auto:

1. Cavi ad alta tensione per veicoli elettrici

I cavi ad alta tensione per veicoli elettrici sono componenti chiave utilizzati nei veicoli elettrici per collegare batterie ad alta tensione, inverter, compressori dell'aria condizionata, generatori trifase e motori elettrici per realizzare la trasmissione di energia elettrica. Rispetto ai cavi utilizzati nei veicoli a carburante tradizionale, i cavi ad alta tensione per veicoli elettrici presentano le seguenti caratteristiche e requisiti:

Alta tensione e alta corrente: i cavi ad alta tensione per veicoli elettrici sono progettati per gestire tensioni fino a 600 V CA/900 V CC (autovetture) o 1000 V CA/1500 V CC (veicoli commerciali) e correnti da 250 A a 450 A o anche superiori. Questa corrente è molto più elevata rispetto ai sistemi a 12 V tipicamente utilizzati nei veicoli a carburante convenzionale.

Materiale del conduttore: i conduttori sono generalmente realizzati in filo di rame dolce ricotto o in filo di rame stagnato per una migliore conduttività e resistenza alla corrosione. I fili di rame privi di ossigeno (contenenti meno dello 0,001% di ossigeno e una purezza superiore al 99,99%) sono ampiamente utilizzati nei cavi ad alta tensione per veicoli elettrici grazie alla loro elevata purezza e alle caratteristiche di non fragilità.

Materiali isolanti e di guaina: per soddisfare i requisiti di alta tensione e alta corrente, i cavi ad alta tensione sono isolati con materiali isolanti con elevato spessore di parete, come gomma siliconica, polietilene reticolato o poliolefina reticolata, che hanno una buona resistenza al calore ed effetto ignifugo e possono sopportare temperature elevate superiori a 150℃.

Schermatura e protezione: i cavi ad alta tensione richiedono una schermatura elettromagnetica per ridurre il rumore del campo elettromagnetico e le interferenze elettromagnetiche, mentre i materiali protettivi (come tubi di isolamento termico e tubi compilati) e gli anelli di tenuta sullo strato esterno dei cavi garantiscono che i cavi siano impermeabili, antipolvere e resistenti all'abrasione in ambienti difficili.

Progettazione e cablaggio: la progettazione dei cavi ad alta tensione per veicoli elettrici deve tenere conto dei vincoli di spazio per il cablaggio, dei requisiti di sicurezza (ad esempio, una spaziatura minima di 100 millimetri o più tra i conduttori ad alta e bassa tensione), del peso e del costo. Anche il raggio di curvatura del cavo, la distanza dal punto di fissaggio e l'ambiente in cui viene utilizzato (ad esempio, all'interno o all'esterno del veicolo) ne influenzeranno la progettazione e la selezione.

Standard e specifiche: la progettazione e la produzione di cavi ad alta tensione per veicoli elettrici seguono una serie di standard di settore, come lo standard QC-T1037 per l'industria automobilistica per cavi ad alta tensione per veicoli stradali e il TCAS 356-2019 per cavi ad alta tensione per veicoli a nuova energia. Questi standard stabiliscono requisiti specifici per le prestazioni elettriche, meccaniche e l'adattabilità ambientale dei cavi.

Applicazioni: i cavi ad alta tensione per veicoli elettrici non vengono utilizzati solo per i collegamenti all'interno del veicolo, ma anche per i collegamenti tra la porta di ricarica e la batteria, all'interno della batteria, tra la batteria e il motore e altri componenti, nonché per i dispositivi di accumulo dell'energia della batteria e altri campi. I cavi devono essere in grado di resistere a condizioni difficili come ambienti ad alta e bassa temperatura, nebbia salina, campi elettromagnetici, olio e sostanze chimiche.

Lo sviluppo e l'applicazione di cavi ad alta tensione per veicoli elettrici è uno dei fattori chiave per promuovere un futuro sostenibile e rispettoso del clima per la mobilità elettrica. Con il continuo progresso della tecnologia dei veicoli elettrici, le prestazioni e gli standard dei cavi ad alta tensione continuano a essere ottimizzati per soddisfare la crescente domanda di trasmissione di potenza e i requisiti di sicurezza.

2. Cavi in alluminio leggero

L'adozione di cavi in alluminio leggero per autoveicoli è una delle tendenze più importanti nel settore automobilistico, in particolare nel settore delle nuove energie, alla ricerca di leggerezza, efficienza energetica e autonomia. Di seguito un'analisi dettagliata dei cavi in alluminio leggero per autoveicoli:

Contesto e tendenza

Domanda di componenti leggeri per l'industria automobilistica: con il rapido sviluppo di veicoli a nuova energia, la domanda di componenti leggeri per l'industria automobilistica è ulteriormente aumentata. Fili e cavi, componenti principali della trasmissione di potenza per l'industria automobilistica, sono tradizionalmente progettati per utilizzare il rame come conduttore, ma i cavi con anima in rame sono costosi e di qualità elevata. Pertanto, lo sviluppo di fili e cavi conduttori in alluminio leggeri ed economici per l'industria automobilistica è diventato una scelta obbligata per la progettazione di componenti leggeri per l'industria automobilistica.

Vantaggi del cavo in alluminio: l'industria energetica tradizionale ha una lunga tradizione nell'utilizzo di cavi in alluminio. I cavi in alluminio sono economici, leggeri e di lunga durata, particolarmente adatti alla trasmissione di energia ad alta tensione su lunghe distanze. La Cina è ricca di risorse di alluminio, con fluttuazioni nei prezzi dei materiali, stabilità dei costi e facilità di controllo. Nel settore dei veicoli a nuova energia, l'utilizzo di cavi in alluminio al posto dei cavi in rame rappresenta una soluzione ideale per ridurre peso e costi.

Casi di applicazione di prodotti in filo di alluminio

Modello bus: batteria interna ed esterna saldata a ultrasuoni con filo di alluminio, utilizzo di cavi di collegamento di potenza di grande diametro, il vantaggio di utilizzare fili di alluminio è ovvio.

Carrozza passeggeri: la barra collettrice CC adotta un cavo in alluminio da 50 mm², prodotto in serie con successo. L'uso della saldatura a ultrasuoni migliora efficacemente le prestazioni di contatto elettrico dei giunti e riduce significativamente la qualità del cablaggio rispetto ai fili in rame.

Pistola di ricarica CA: utilizza un filo in lega di alluminio ad alta resistenza alla flessione, leggero, con prestazioni stabili nei test di invecchiamento, ha gradualmente iniziato la produzione di massa; il filo della porta di ricarica CC per autovetture utilizza filo di alluminio per migliorare la dissipazione del calore e nel terminale della porta di ricarica rotonda viene utilizzata la saldatura a ultrasuoni, che migliora significativamente le prestazioni del contatto elettrico, riduce la quantità di calore generato e migliora la durata.

Differenze di prestazioni tra rame e alluminio

Resistività e conduttività: a causa della diversa resistività dell'alluminio e del rame, la conduttività del conduttore di alluminio è del 62% IACS. Quando la sezione trasversale del conduttore di alluminio è 1,6 volte quella del rame, le sue prestazioni elettriche sono le stesse di quelle del rame.

Rapporto di massa: il peso specifico dell'alluminio è 2,7 kg/m³, quello del rame è 8,89 kg/m³, quindi il rapporto di massa tra i due è (2,7×160%)/(8,89×1)≈50%. Ciò significa che, a parità di prestazioni elettriche, la massa del conduttore in alluminio è solo la metà di quella del corpo in rame.

Spazio di mercato e prospettive

Tasso di crescita annualizzato: in base all'analisi di mercato, il tasso di crescita annualizzato dei fogli di alluminio laminato e del materiale estruso sarà di circa il 30% entro il 2025, a dimostrazione dell'enorme potenziale dell'alluminio nel campo dell'alleggerimento dei componenti automobilistici.

Analisi dell'incertezza

Fattori di costo: sebbene i cavi in alluminio presentino vantaggi in termini di costi, esiste un fattore negativo: l'aumento del costo dell'alluminio rispetto all'acciaio nel settore automobilistico, che potrebbe influire sulla velocità di diffusione dei cavi in alluminio.

Sfide tecniche: l'applicazione dei cavi in alluminio nelle automobili presenta ancora delle sfide tecniche, come il miglioramento delle prestazioni di contatto elettrico dei giunti e l'ottimizzazione della dissipazione del calore, che devono essere risolte attraverso l'innovazione tecnologica.

L'adozione di cavi in alluminio leggero per l'industria automobilistica è una tendenza inevitabile per perseguire il risparmio energetico, la riduzione delle emissioni e l'aumento dell'autonomia. Con il continuo progresso tecnologico e l'ulteriore ottimizzazione dei costi, l'applicazione dei cavi in alluminio nell'industria automobilistica sarà sempre più estesa, contribuendo in modo significativo alla leggerezza, al risparmio energetico e alla riduzione delle emissioni.

3. Cavi schermati per la riduzione delle EMI

Le interferenze elettromagnetiche (EMI) nelle automobili rappresentano un problema complesso, soprattutto nei veicoli elettrici e ibridi, a causa dell'uso intensivo di dispositivi elettronici ad alta potenza. Essendo una delle principali cause delle EMI, la progettazione e la selezione dei materiali dei cablaggi automobilistici sono fondamentali per minimizzarle. Ecco alcuni punti chiave su come ridurre le EMI nelle automobili attraverso l'utilizzo di cavi schermati:

Come funzionano i cavi schermati: i cavi schermati funzionano aggiungendo uno strato di treccia o lamina metallica attorno ai conduttori. Questa schermatura riflette e assorbe le onde elettromagnetiche, riducendo così le EMI. La schermatura è collegata a terra, che dirige l'energia elettromagnetica catturata verso terra e le impedisce di interferire con altri dispositivi elettronici.

Tipi di schermatura: Esistono due tipi principali di schermatura: la schermatura a treccia metallica e la schermatura a lamina. La schermatura a treccia metallica offre una migliore resistenza meccanica e flessibilità, mentre la schermatura a lamina offre una migliore schermatura alle basse frequenze. Nelle applicazioni automobilistiche, è comune utilizzare una combinazione di questi due tipi di schermatura per una schermatura ottimale.

Messa a terra della schermatura: affinché un cavo schermato sia efficace, la schermatura deve essere correttamente messa a terra. Se la schermatura non è correttamente messa a terra, può trasformarsi in un'antenna e aumentare le interferenze elettromagnetiche (EMI). Nelle automobili, è comune fissare la schermatura al telaio metallico del veicolo per fornire un buon percorso verso terra.

Dove vengono utilizzati i cavi schermati: nelle automobili, i cavi schermati vengono utilizzati principalmente per linee di segnale e controllo critiche, sensibili alle interferenze elettromagnetiche (EMI) o che potrebbero diventare esse stesse sorgenti di interferenze elettromagnetiche. Ad esempio, le linee utilizzate per le centraline elettroniche (ECU), i segnali dei sensori, le reti di bordo (ad esempio, i bus CAN) e i sistemi di intrattenimento utilizzano in genere cavi schermati.

Utilizzo di cavi schermati insieme a cavi non schermati: negli ambienti automobilistici dove lo spazio è limitato, i cavi ad alta e bassa tensione vengono spesso posizionati adiacenti. Per ridurre al minimo le interferenze elettromagnetiche (EMI), il cavo ad alta tensione può essere progettato come cavo schermato, mentre quello a bassa tensione può essere non schermato. In questo modo, la schermatura del cavo ad alta tensione protegge il cavo a bassa tensione dalle interferenze elettromagnetiche (EMI).

Disposizione e progettazione dei cavi: oltre all'utilizzo di cavi schermati, è fondamentale anche una corretta disposizione degli stessi. È opportuno evitare la formazione di loop nei cavi, poiché aumentano le interferenze elettromagnetiche (EMI). Inoltre, i cavi devono essere posizionati il più lontano possibile da fonti di interferenze elettromagnetiche (EMI), come motori e convertitori di potenza.

Utilizzo di filtri: oltre ai cavi schermati, è possibile aggiungere filtri EMI a entrambe le estremità del cavo per ridurre ulteriormente le EMI. I filtri possono essere condensatori o induttori, che filtrano il rumore in una gamma di frequenze specifica.

In sintesi, utilizzando cavi schermati e abbinandoli alla corretta disposizione dei cavi e alle tecniche di filtraggio, è possibile ridurre significativamente le interferenze elettromagnetiche nelle automobili, migliorando così l'affidabilità e le prestazioni delle apparecchiature elettroniche.

4. Cavi resistenti alle alte temperature

I cavi per autoveicoli resistenti alle alte temperature sono cavi progettati per l'industria automobilistica al fine di mantenere prestazioni stabili in ambienti ad alta temperatura. Sono principalmente realizzati con diversi materiali speciali per garantire affidabilità e sicurezza in aree ad alta temperatura come i vani motore. Ecco alcuni materiali comunemente utilizzati per i cavi per autoveicoli resistenti alle alte temperature:

Materiali TPE: elastomeri termoplastici (ET), inclusi stireni, olefine, dieni, cloruro di vinile, poliesteri, esteri, ammidi, organofluoro, siliconi e vinili. Attualmente, gli elastomeri a base di SEBS (copolimero a blocchi di stirene-etilene-butilene-stirene) sono i materiali TPE più utilizzati.

Materiali TPU: poliuretano termoplastico (poliuretano termoplastico), la struttura molecolare è divisa in tipo poliestere e tipo polietere, in base al blocco rigido e ai segmenti di catena flessibili. I materiali TPU nel processo di lavorazione dello stampaggio a iniezione hanno rappresentato oltre il 40% dello stampaggio per estrusione, circa il 35%, con buona elasticità e resistenza all'usura.

Materiale PVC: cloruro di polivinile (cloruro di polivinile), mediante l'aggiunta di diverse quantità di plastificanti per regolarne la morbidezza, ridurre la temperatura di "transizione vetrosa", in modo da avere una buona flessibilità e plasticità, facile da stampare.

Materiale siliconico: materiale assorbente altamente attivo, sostanza amorfa, gomma termoindurente. Il silicone ha un'eccellente resistenza al calore e al freddo e un'ampia gamma di temperature di esercizio, da -60 °C a +180 °C e oltre.

Polietilene reticolato XLPE: grazie alla reticolazione chimica in elastomeri termoindurenti, sono state migliorate le proprietà isolanti, ampliando l'intervallo di resistenza termica del cavo e migliorandone le prestazioni. Una volta avvenuta la combustione, il cavo XLPE produce anidride carbonica e acqua, risultando relativamente ecologico.

La selezione e l'utilizzo di questi materiali consentono ai cavi per autoveicoli resistenti alle alte temperature di funzionare stabilmente per lunghi periodi di tempo in ambienti ad alta temperatura come i vani motore e in prossimità dei sistemi di scarico, garantendo il normale funzionamento dei sistemi elettrici automobilistici. Inoltre, i cavi resistenti alle alte temperature offrono anche i vantaggi di resistenza all'olio, all'acqua, agli acidi e agli alcali, ai gas corrosivi, all'invecchiamento, ecc. Sono adatti per la metallurgia, l'energia elettrica, la petrolchimica, il materiale rotabile, l'energia, la siderurgia, i macchinari elettrici e altri settori. Nella scelta dei cavi resistenti alle alte temperature, è necessario scegliere il modello corretto in base allo scenario applicativo effettivo, alla temperatura ambiente, al livello di tensione e ad altri fattori, per garantire che il cavo offra buone prestazioni e sicurezza in condizioni di alta temperatura.

5. Cavi intelligenti con sensori integrati

I cavi per smart car con sensori integrati sono parte integrante delle moderne smart car e svolgono un ruolo chiave nell'architettura elettrica ed elettronica del veicolo. I cavi per smart car non sono solo responsabili della trasmissione di energia, ma soprattutto trasportano dati e segnali di controllo, collegando microcontrollori (MCU), sensori, attuatori e altre unità di controllo elettronico (ECU) presenti nell'auto, formando la "rete neurale" dell'auto.

La funzione e l'importanza dei cavi per auto intelligenti

Trasmissione dati: i cavi delle smart car sono responsabili della trasmissione dei dati dai sensori alla MCU e dei comandi dalla MCU agli attuatori. Questi dati includono, a titolo esemplificativo ma non esaustivo, velocità, temperatura, pressione, posizione, ecc. e sono fondamentali per ottenere un controllo preciso del veicolo.
Distribuzione di energia: il cavo non trasmette solo dati, ma è anche responsabile della distribuzione di energia ai vari dispositivi elettronici dell'auto, per garantirne il corretto funzionamento.
Sicurezza e protezione: il cavo è progettato tenendo presente la sicurezza, ad esempio mediante l'uso di materiali ignifughi e l'impostazione della protezione da sovracorrente, per garantire che il circuito possa essere interrotto in tempo in caso di malfunzionamento, evitando potenziali rischi per la sicurezza.

Requisiti di progettazione

La progettazione dei cavi per auto intelligenti deve soddisfare i seguenti requisiti:

Affidabilità: i cavi devono essere in grado di funzionare in modo affidabile in una varietà di ambienti difficili all'interno dell'auto, tra cui alte temperature, basse temperature, vibrazioni e umidità.
Durata: i cavi devono essere sufficientemente resistenti da sopportare lunghi periodi di utilizzo senza rompersi.
Sicurezza: i cavi devono essere ben isolati per ridurre il rischio di cortocircuiti e disporre dei necessari meccanismi di protezione.
Leggero: data la tendenza verso veicoli leggeri, anche i cavi devono essere il più leggeri e sottili possibile per ridurre il peso complessivo del veicolo.
Compatibilità elettromagnetica: i cavi devono avere buone prestazioni di schermatura per ridurre le interferenze del segnale.

Scenario applicativo

I cavi per smart car sono ampiamente utilizzati in vari sistemi automobilistici, tra cui:

Sistema di controllo del motore: collegamento della centralina motore con sensori e attuatori per ottenere un controllo preciso del motore.
Sistema di controllo della carrozzeria: collegamento del modulo di controllo della carrozzeria (BCM) con finestrini, serrature delle porte, illuminazione e altri sistemi.
Sistema di assistenza alla guida: collega il controller ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) con sensori come telecamera e radar.
Sistema di infotainment: collega il centro multimediale con gli altoparlanti audio, il sistema di navigazione, ecc.

Tendenze future

Con l'evoluzione delle architetture elettroniche ed elettriche automobilistiche, si evolvono anche i cavi per auto intelligenti. Le tendenze future includono:

Architettura centralizzata: con il passaggio da architetture elettroniche distribuite a centralizzate, è probabile che la complessità e la lunghezza dei cavi diminuiscano, contribuendo a ridurre il peso del veicolo e a migliorare l'efficienza del flusso di informazioni.
Gestione intelligente: i cavi integreranno componenti più intelligenti, come sensori integrati e connettori intelligenti, consentendo l'autodiagnosi e la segnalazione dello stato.
Applicazione di nuovi materiali: per ridurre ulteriormente il peso e migliorare le prestazioni, i cavi possono essere realizzati con nuovi materiali leggeri.

I cavi per smart car sono componenti chiave che collegano i sistemi elettronici automobilistici, e il loro design e le loro prestazioni sono fondamentali per garantire la sicurezza e l'affidabilità delle automobili. Con il progresso tecnologico e l'accelerazione dell'elettronica automobilistica, i cavi per smart car continueranno a evolversi per soddisfare l'esigenza di prestazioni più elevate.

6. Cavi biodegradabili ed ecocompatibili

Nel contesto della tutela ambientale e dello sviluppo sostenibile, i cavi biodegradabili ed ecocompatibili per autoveicoli stanno diventando un tema di grande attualità nell'industria automobilistica. Questi cavi non solo soddisfano le esigenze dell'industria automobilistica in termini di prestazioni, ma offrono anche vantaggi significativi in termini di tutela ambientale.

Cavi isolati biodegradabili

I cavi con isolamento biodegradabile sono realizzati con materiali isolanti biodegradabili che, in determinate condizioni ambientali, possono essere gradualmente decomposti attraverso il metabolismo dei microrganismi e infine convertiti in piccole molecole ecocompatibili, come anidride carbonica e acqua. Questo processo richiede solitamente un certo periodo di tempo e condizioni ambientali adeguate. L'utilizzo di cavi biodegradabili è in linea con i principi dello sviluppo ecologico e sostenibile. Garantisce le prestazioni dei cavi riducendo al minimo l'impatto ambientale e promuove lo sviluppo dell'industria dei cavi ecosostenibili.

Cavi con vernice isolante non inquinante

La vernice isolante non inquinante per cavi utilizza una vernice isolante non pericolosa per sostituire i materiali isolanti che contengono ingredienti pericolosi nei cavi tradizionali. Questa innovazione non solo riduce l'inquinamento ambientale, ma migliora anche la sicurezza e l'affidabilità dei cavi.

Materiali di origine biologica nei cavi automobilistici

I materiali di origine biologica, in particolare le fibre di acido polilattico (PLA), i compositi e il nylon, hanno un grande potenziale applicativo nel settore automobilistico grazie alla loro biodegradabilità, alla produzione e alla lavorazione ecocompatibili, all'ampia gamma di fonti di materie prime, al basso odore e al basso contenuto di composti organici volatili (VOC). Con il sostanziale aumento della capacità produttiva, anche l'acido polilattico (PLA), un polimero di origine biologica derivato da risorse naturali, ha conosciuto un enorme sviluppo. Il PLA viene sintetizzato chimicamente dal mais naturale. Questo materiale può essere decomposto in CO₂ e H₂O dai microrganismi dopo essere stato scartato, senza causare inquinamento ambientale, ed è riconosciuto come un nuovo materiale ecologico e sostenibile nel XXI secolo.

Applicazione dei materiali TPU nei cavi automobilistici

I materiali in poliuretano termoplastico (TPU) non solo offrono prestazioni eccellenti, ma sono anche biodegradabili (3-5 anni) e riciclabili. Le proprietà sostenibili ed ecocompatibili dei materiali TPU offrono una nuova opzione per i cavi automobilistici, contribuendo a ridurre l'impatto sull'ambiente.

Sfide e prospettive

Sebbene i cavi biodegradabili ed ecocompatibili per il settore automobilistico presentino numerosi vantaggi, la loro applicazione presenta alcune sfide e limitazioni. Ad esempio, la velocità e l'efficacia della degradazione sono influenzate dalle condizioni ambientali, il che richiede un'attenta valutazione e selezione degli scenari applicativi. Allo stesso tempo, le prestazioni e la stabilità dei materiali isolanti degradabili devono essere costantemente migliorate e testate per garantirne l'affidabilità e la sicurezza. In futuro, con il continuo progresso tecnologico e la crescente consapevolezza ambientale, si prevede che i cavi biodegradabili ed ecocompatibili svolgeranno un ruolo sempre più importante nell'industria automobilistica, guidando l'intero settore verso una direzione più rispettosa dell'ambiente e sostenibile.