Con la rápida evolución de la industria automotriz, los cables eléctricos se han convertido en componentes esenciales de los vehículos modernos. Estas son algunas de las últimas innovaciones en cables eléctricos para automóviles:
1. Cables de alta tensión para vehículos eléctricos
Los cables de alta tensión para vehículos eléctricos son componentes clave que se utilizan para conectar baterías de alta tensión, inversores, compresores de aire acondicionado, generadores trifásicos y motores eléctricos, lo que permite la transmisión de energía eléctrica. En comparación con los cables utilizados en vehículos de combustible tradicionales, los cables de alta tensión para vehículos eléctricos presentan las siguientes características y requisitos:
Alto voltaje y alta corriente: Los cables de alto voltaje para vehículos eléctricos están diseñados para soportar voltajes de hasta 600 V CA/900 V CC (vehículos de pasajeros) o 1000 V CA/1500 V CC (vehículos comerciales) y corrientes de 250 A a 450 A o incluso superiores. Esto es mucho mayor que los sistemas de 12 V que se suelen utilizar en vehículos de combustible convencional.
Material del conductor: Los conductores suelen estar fabricados con alambre de cobre recocido blando o alambre de cobre estañado para mejorar la conductividad y la resistencia a la corrosión. Los alambres de cobre sin oxígeno (con menos del 0,001 % de oxígeno y una pureza superior al 99,99 %) se utilizan ampliamente en cables de alta tensión para vehículos eléctricos debido a su alta pureza y resistencia a la fragilidad.
Materiales de aislamiento y vaina: Para cumplir con los requisitos de alto voltaje y alta corriente, los cables de alto voltaje se aíslan con materiales de aislamiento con un gran espesor de pared, como caucho de silicona, polietileno reticulado o poliolefina reticulada, que tienen buena resistencia al calor y efecto retardante de llama, y pueden soportar altas temperaturas de más de 150 ℃.
Blindaje y protección: Los cables de alto voltaje requieren blindaje electromagnético para reducir el ruido del campo electromagnético y la interferencia electromagnética, mientras que los materiales de protección (como tubos de aislamiento térmico y tubos compilados) y los anillos de sellado en la capa exterior de los cables garantizan que los cables sean impermeables, a prueba de polvo y resistentes a la abrasión en entornos hostiles.
Diseño y cableado: El diseño de cables de alta tensión para vehículos eléctricos debe tener en cuenta las limitaciones de espacio, los requisitos de seguridad (p. ej., una separación mínima de 100 milímetros o más entre conductores de alta y baja tensión), el peso y el coste. El radio de curvatura del cable, la distancia al punto de fijación y el entorno de uso (p. ej., dentro o fuera del vehículo) también influyen en su diseño y selección.
Normas y especificaciones: El diseño y la fabricación de cables de alta tensión para vehículos eléctricos se rigen por una serie de normas industriales, como la QC-T1037, Norma de la Industria Automotriz para Cables de Alta Tensión para Vehículos de Carretera, y la TCAS 356-2019, Cables de Alta Tensión para Vehículos de Nuevas Energías. Estas normas establecen requisitos específicos para el rendimiento eléctrico, el rendimiento mecánico y la adaptabilidad ambiental de los cables.
Aplicaciones: Los cables de alta tensión para vehículos eléctricos no solo se utilizan para conexiones dentro del vehículo, sino también para conexiones entre el puerto de carga y la batería, dentro de la batería, entre la batería y el motor, y otros componentes, así como para dispositivos de almacenamiento de energía de baterías y otros campos. Los cables deben ser resistentes a condiciones adversas, como entornos de alta y baja temperatura, niebla salina, campos electromagnéticos, aceite y productos químicos.
El desarrollo y la aplicación de cables de alta tensión para vehículos eléctricos es uno de los factores clave para promover un futuro sostenible y respetuoso con el medio ambiente para la movilidad eléctrica. A medida que la tecnología de los vehículos eléctricos avanza, el rendimiento y los estándares de los cables de alta tensión se optimizan continuamente para satisfacer la creciente demanda de transmisión de energía y requisitos de seguridad.
2. Cables de aluminio ligeros
La adopción de cables automotrices de aluminio ligero es una de las tendencias más importantes en la industria automotriz, especialmente en el sector de las nuevas energías, en busca de ligereza, eficiencia energética y autonomía. A continuación, se presenta un análisis detallado de los cables automotrices de aluminio ligero:
Antecedentes y tendencias
Demanda de ligereza automotriz: Con el rápido desarrollo de vehículos de nuevas energías, la demanda de diseño de ligereza automotriz se ha incrementado. Los cables y alambres, componentes principales de la transmisión de potencia automotriz, se diseñan tradicionalmente con cobre como conductor, pero los cables con núcleo de cobre son caros y de alta calidad. Por lo tanto, el desarrollo de cables y alambres conductores de aluminio de bajo costo y calidad para automóviles se ha convertido en una opción indispensable para el diseño de ligereza automotriz.
Ventajas de los cables de aluminio: La industria eléctrica tradicional tiene una larga trayectoria en el uso de cables de aluminio, que se caracterizan por su bajo costo, ligereza, larga vida útil y su idoneidad para la transmisión de energía de alta tensión a larga distancia. China posee una rica riqueza en recursos de aluminio, presenta fluctuaciones en los precios de los materiales, estabilidad de costos y fácil control. En la industria de vehículos de nuevas energías, el uso de cables de aluminio en lugar de cables de cobre es una solución ideal para reducir el peso y el costo.
Casos de aplicación de productos de alambre de aluminio
Modelo de autobús: paquete de batería, alambre de aluminio de soldadura ultrasónica interna y externa, uso de cable de conexión de energía de gran diámetro, la ventaja de usar alambre de aluminio es obvia.
Automóvil: La barra colectora de CC utiliza un cable de aluminio de 50 mm², producido con éxito en masa. El uso de soldadura ultrasónica mejora eficazmente el contacto eléctrico de las uniones y reduce significativamente la calidad del mazo de cables en comparación con los cables de cobre.
Pistola de carga de CA: utilizando alambre de aleación de aluminio resistente a la flexión de alta resistencia, peso ligero, rendimiento estable en la prueba de envejecimiento, ha comenzado gradualmente la producción en masa; El cable del puerto de carga de CC para automóviles de pasajeros utiliza alambre de aluminio para mejorar la disipación de calor, y se utiliza soldadura ultrasónica en el terminal del puerto de carga redondo, lo que mejora significativamente el rendimiento del contacto eléctrico, reduce la cantidad de calor generado y mejora la vida útil.
Diferencias de rendimiento entre el cobre y el aluminio
Resistividad y conductividad: Debido a la diferente resistividad del aluminio y el cobre, la conductividad del conductor de aluminio es del 62% IACS. Cuando el área de la sección transversal del conductor de aluminio es 1,6 veces la del cobre, su rendimiento eléctrico es el mismo que el del cobre.
Relación de masas: la gravedad específica del aluminio es de 2,7 kg/m³, mientras que la del cobre es de 8,89 kg/m³, por lo que la relación de masas entre ambos es (2,7 × 160 %)/(8,89 × 1) ≈ 50 %. Esto significa que, con el mismo rendimiento eléctrico, la masa del conductor de aluminio es solo la mitad de la del cuerpo de cobre.
Espacio de mercado y perspectivas
Tasa de crecimiento anualizada: según el análisis de mercado, la tasa de crecimiento anualizada de las láminas laminadas de aluminio y el material extruido será de alrededor del 30 % para 2025, lo que demuestra el enorme potencial del aluminio en el campo de la aligeramiento automotriz.
Análisis de incertidumbre
Factores de costo: Aunque los cables de aluminio tienen ventajas de costo, existe un factor negativo de aumento del costo del aluminio en lugar del acero en la industria automotriz, lo que puede afectar la velocidad de popularización de los cables de aluminio.
Desafíos técnicos: La aplicación de cables de aluminio en automóviles aún enfrenta desafíos técnicos, como la mejora del rendimiento del contacto eléctrico de las juntas y la optimización de la disipación de calor, que necesitan ser resueltos mediante innovación tecnológica.
La adopción de cables automotrices de aluminio ligero es una tendencia inevitable en la industria automotriz para lograr el ahorro de energía, la reducción de emisiones y la mejora de la autonomía. Con el continuo avance tecnológico y la optimización de costos, la aplicación de cables de aluminio en la industria automotriz se extenderá, contribuyendo significativamente al ahorro de energía, la reducción de emisiones y la reducción de peso en la industria automotriz.
3. Cables blindados para reducción de EMI
La interferencia electromagnética (EMI) en automóviles es un problema complejo, especialmente en vehículos eléctricos e híbridos debido al uso intensivo de dispositivos electrónicos de alta potencia. Como uno de los principales factores que contribuyen a la EMI, el diseño y la selección de materiales de los arneses de cableado automotriz son cruciales para minimizarla. A continuación, se presentan algunos puntos clave sobre cómo reducir la EMI en automóviles mediante el uso de cables blindados:
Cómo funcionan los cables blindados:Los cables blindados funcionan agregando una capa de trenza o lámina de metal alrededor de los conductores.Este blindaje refleja y absorbe las ondas electromagnéticas, reduciendo así la EMI.El blindaje está conectado a tierra, lo que dirige la energía electromagnética capturada a tierra y evita que interfiera con otros dispositivos electrónicos.
Tipos de blindaje: Existen dos tipos principales de blindaje: el blindaje metálico trenzado y el blindaje de lámina. El blindaje metálico trenzado proporciona mayor resistencia mecánica y flexibilidad, mientras que el blindaje de lámina proporciona un mejor blindaje a bajas frecuencias. En aplicaciones automotrices, es común usar una combinación de estos dos tipos de blindaje para un blindaje óptimo.
Conexión a tierra del blindaje: Para que un cable blindado sea eficaz, debe estar correctamente conectado a tierra. Si no lo está, puede convertirse en una antena y aumentar la interferencia electromagnética (EMI). En los automóviles, es habitual fijar el blindaje a la estructura metálica del vehículo para proporcionar una buena conexión a tierra.
Dónde se utilizan cables blindados: En automóviles, los cables blindados se utilizan principalmente para líneas de señal y control críticas susceptibles a interferencias electromagnéticas (EMI) o que pueden convertirse en fuentes de EMI. Por ejemplo, las líneas utilizadas para unidades de control del motor (ECU), señales de sensores, redes a bordo del vehículo (p. ej., buses CAN) y sistemas de entretenimiento suelen utilizar cables blindados.
Uso de cables apantallados junto con cables sin apantallar: En entornos automotrices con espacio limitado, los cables de alta y baja tensión suelen instalarse muy cerca. Para minimizar las interferencias electromagnéticas (EMI), el cable de alta tensión puede diseñarse como apantallado, mientras que el de baja tensión puede ser sin apantallar. De esta manera, el apantallamiento del cable de alta tensión protege al cable de baja tensión de las EMI.
Disposición y diseño de cables: Además de utilizar cables blindados, una disposición adecuada de los cables también es fundamental. Se debe evitar la formación de bucles en los cables, ya que estos aumentan la interferencia electromagnética (EMI). Además, los cables deben ubicarse lo más lejos posible de fuentes de EMI, como motores y convertidores de potencia.
Uso de filtros: Además de los cables blindados, se pueden agregar filtros EMI en ambos extremos del cable para minimizar aún más la EMI. Los filtros pueden ser condensadores o inductores, que filtran el ruido en un rango de frecuencia específico.
En resumen, al utilizar cables blindados y combinarlos con el diseño de cables y las técnicas de filtrado adecuadas, se puede reducir significativamente la EMI en los automóviles, mejorando así la confiabilidad y el rendimiento de los equipos electrónicos.
4. Cables resistentes a altas temperaturas
Los cables automotrices resistentes a altas temperaturas están diseñados para la industria automotriz y garantizan un rendimiento estable en entornos de alta temperatura. Se fabrican principalmente con materiales especiales para garantizar la fiabilidad y la seguridad en zonas de alta temperatura, como los compartimentos del motor. A continuación, se presentan algunos materiales comunes utilizados en cables automotrices resistentes a altas temperaturas:
Materiales TPE: elastómeros termoplásticos (elastómeros termoplásticos), incluyendo estirenos, olefinas, dienos, cloruro de vinilo, poliésteres, ésteres, amidas, organofluorados, siliconas y vinilos. Actualmente, los elastómeros basados en SEBS (copolímero de bloque de estireno-etileno-butileno-estireno) son los materiales TPE más utilizados.
Materiales de TPU: poliuretano termoplástico (poliuretano termoplástico), la estructura molecular se divide en tipo poliéster y tipo poliéter, por los segmentos de cadena flexible y de bloque rígido. Los materiales de TPU en el proceso de procesamiento de moldeo por inyección representaron más del 40% del moldeo por extrusión es aproximadamente el 35% o menos, con buena elasticidad y resistencia al desgaste.
Material de PVC: Cloruro de polivinilo (Cloruro de polivinilo), a través de la adición de diferentes cantidades de plastificantes para regular su suavidad, reducir su temperatura de “transición vítrea”, para tener buena flexibilidad y plasticidad, fácil de procesar el moldeo.
Material de silicona: un material adsorbente altamente activo, una sustancia amorfa, caucho termoendurecible. La silicona ofrece una excelente resistencia al calor y al frío, y un amplio rango de temperaturas de funcionamiento, desde -60 °C hasta +180 °C y superiores.
Polietileno reticulado XLPE: Mediante la reticulación química para formar elastómeros termoestables, se mejoran las propiedades de aislamiento, se amplía el rango de resistencia térmica del cable y se mejora su rendimiento. Una vez que se produce la combustión, el cable XLPE produce dióxido de carbono y agua, lo que lo hace relativamente respetuoso con el medio ambiente.
La selección y el uso de estos materiales permiten que los cables automotrices resistentes a altas temperaturas funcionen de forma estable durante largos periodos en entornos de alta temperatura, como compartimentos de motor y cerca de sistemas de escape, lo que garantiza el funcionamiento normal de los sistemas eléctricos automotrices. Además, los cables resistentes a altas temperaturas también ofrecen ventajas como resistencia al aceite, al agua, a ácidos y álcalis, a gases corrosivos y al envejecimiento. Son adecuados para la metalurgia, la energía eléctrica, la petroquímica, el material rodante, la energía, el hierro y el acero, la maquinaria eléctrica y otros sectores. Al elegir cables resistentes a altas temperaturas, es necesario elegir el modelo adecuado según el escenario de aplicación real, la temperatura ambiente, el nivel de tensión y otros factores para garantizar un buen rendimiento y seguridad en condiciones de alta temperatura.
5. Cables inteligentes con sensores integrados
Los cables para coches inteligentes con sensores integrados son parte integral de los coches inteligentes modernos y desempeñan un papel fundamental en la arquitectura eléctrica y electrónica del vehículo. No solo transmiten la energía, sino que, aún más importante, transportan datos y señales de control, conectando unidades de microcontroladores (MCU), sensores, actuadores y otras unidades de control electrónico (ECU) del coche, formando así su red neuronal.
La función e importancia de los cables del coche inteligente
Transmisión de datos: Los cables de los vehículos inteligentes se encargan de transmitir los datos de los sensores a la MCU y los comandos de la MCU a los actuadores. Estos datos incluyen, entre otros, velocidad, temperatura, presión, posición, etc., y son fundamentales para lograr un control preciso del vehículo.
Distribución de energía: El cable no solo transmite datos, sino que también es responsable de distribuir energía a los distintos dispositivos electrónicos del automóvil para garantizar que funcionen correctamente.
Seguridad y protección: El cable está diseñado teniendo en cuenta la seguridad, como el uso de materiales ignífugos y la configuración de protección contra sobrecorriente, para garantizar que el circuito se pueda cortar a tiempo en caso de mal funcionamiento, evitando posibles riesgos de seguridad.
Requisitos de diseño
El diseño de los cables de los coches inteligentes debe cumplir los siguientes requisitos:
Confiabilidad: Los cables deben poder funcionar de manera confiable en una variedad de entornos hostiles en el automóvil, incluidas altas temperaturas, bajas temperaturas, vibraciones y humedad.
Durabilidad: Los cables deben ser lo suficientemente duraderos para soportar largos períodos de uso sin fallas.
Seguridad: Los cables deben estar bien aislados para reducir el riesgo de cortocircuitos y contar con los mecanismos de protección necesarios.
Ligereza: Con la tendencia hacia vehículos ligeros, los cables también deben ser lo más ligeros y delgados posible para reducir el peso total del vehículo.
Compatibilidad electromagnética: los cables deben tener un buen rendimiento de blindaje para reducir la interferencia de la señal.
Escenario de aplicación
Los cables para automóviles inteligentes se utilizan ampliamente en diversos sistemas de automóviles, incluidos, entre otros:
Sistema de control del motor: conexión de la ECU del motor con sensores y actuadores para lograr un control preciso del motor.
Sistema de control de la carrocería: conecta el módulo de control de la carrocería (BCM) con ventanas, cerraduras de puertas, iluminación y otros sistemas.
Sistema de asistencia al conductor: conecta el controlador ADAS (sistemas avanzados de asistencia al conductor) con sensores como cámara y radar.
Sistema de infoentretenimiento: conecta el centro multimedia con los altavoces de audio, sistema de navegación, etc.
Tendencias futuras
A medida que evolucionan las arquitecturas electrónicas y eléctricas de los automóviles, también lo hacen los cables de los coches inteligentes. Las tendencias futuras incluyen:
Arquitectura centralizada: a medida que las arquitecturas electrónicas automotrices pasan de distribuidas a centralizadas, es probable que la complejidad y la longitud de los cables disminuyan, lo que ayudará a reducir el peso del vehículo y a mejorar la eficiencia del flujo de información.
Gestión inteligente: Los cables integrarán componentes más inteligentes, como sensores incorporados y conectores inteligentes, lo que permitirá el autodiagnóstico y la generación de informes de estado.
Aplicación de nuevos materiales: Para reducir aún más el peso y mejorar el rendimiento, los cables pueden fabricarse con nuevos materiales ligeros.
Los cables para coches inteligentes son componentes clave que conectan los sistemas electrónicos automotrices, y su diseño y rendimiento son cruciales para garantizar la seguridad y la fiabilidad de los vehículos. A medida que la tecnología avanza y la electrónica automotriz se acelera, los cables para coches inteligentes seguirán evolucionando para satisfacer la necesidad de un mayor rendimiento.
6. Cables biodegradables y ecológicos
En el contexto de la búsqueda de la protección del medio ambiente y el desarrollo sostenible, los cables automotrices biodegradables y respetuosos con el medio ambiente se están convirtiendo en un tema de gran interés en la industria automotriz. Estos cables no solo satisfacen las necesidades de la industria automotriz en términos de rendimiento, sino que también ofrecen importantes ventajas en términos de protección ambiental.
Cables aislados biodegradables
Los cables con aislamiento biodegradable están fabricados con materiales aislantes biodegradables que, en determinadas condiciones ambientales, pueden descomponerse gradualmente mediante el metabolismo de microorganismos y finalmente convertirse en pequeñas moléculas inocuas para el medio ambiente, como dióxido de carbono y agua. Este proceso suele requerir cierto tiempo y condiciones ambientales adecuadas. El uso de cables biodegradables se ajusta a los principios del desarrollo verde y sostenible. Garantiza el rendimiento de los cables, minimizando el impacto ambiental y promoviendo el desarrollo de la industria de cables ecológicos.
Cables con barniz aislante no contaminante
El barniz aislante no contaminante para cables utiliza barniz aislante no peligroso para reemplazar los materiales aislantes con componentes peligrosos presentes en los cables tradicionales. Esta innovación no solo reduce la contaminación ambiental, sino que también mejora la seguridad y la fiabilidad de los cables.
Materiales de origen biológico en cables de automoción
Los materiales de origen biológico, en especial las fibras de ácido poliláctico (PLA), los compuestos y el nailon, tienen un gran potencial de aplicación en la industria automotriz gracias a su biodegradabilidad, producción y procesamiento respetuosos con el medio ambiente, amplia gama de materias primas, bajo olor y bajo contenido de compuestos orgánicos volátiles (COV). Con el aumento sustancial de la capacidad de producción, el ácido poliláctico (PLA), como polímero de origen biológico derivado de recursos naturales, también ha experimentado un gran desarrollo. El PLA se sintetiza químicamente a partir de maíz natural. Este material puede descomponerse en CO₂ y H₂O por acción de microorganismos tras su eliminación, sin contaminar el medio ambiente, y se reconoce como un nuevo material ecológico, verde y sostenible en el siglo XXI.
Aplicación de materiales de TPU en cables de automoción
Los materiales de poliuretano termoplástico (TPU) no solo ofrecen un rendimiento excelente, sino que también son biodegradables (3-5 años) y reciclables. Las propiedades sustentables y respetuosas con el medio ambiente de los materiales de TPU ofrecen una nueva opción para los cables automotrices, lo que ayuda a reducir el impacto en el medio ambiente.
Desafíos y perspectivas
Si bien los cables automotrices biodegradables y ecológicos presentan numerosas ventajas, su aplicación presenta algunos desafíos y limitaciones. Por ejemplo, la velocidad y la eficacia de la degradación se ven afectadas por las condiciones ambientales, lo que requiere una evaluación y selección cuidadosas de los escenarios de aplicación. Al mismo tiempo, el rendimiento y la estabilidad de los materiales aislantes degradables deben mejorarse y probarse continuamente para garantizar su fiabilidad y seguridad. En el futuro, a medida que la tecnología siga avanzando y la concienciación ambiental aumente, se espera que los cables automotrices biodegradables y ecológicos desempeñen un papel más importante en la industria automotriz, impulsando a toda la industria hacia una dirección más respetuosa con el medio ambiente y sostenible.
Danyang Winpowertiene 15 años de experiencia en la fabricación de alambres y cables, la
Productos principales: cables solares, cables de almacenamiento de baterías,cables automotricesCable de alimentación UL,
Cables de extensión fotovoltaicos, arneses de cableado de sistemas de almacenamiento de energía.
Hora de publicación: 30 de agosto de 2024