Notícias - Inovações em cabos elétricos para automóveis: o que há de novo no mercado?

Com a rápida evolução da indústria automotiva, os cabos elétricos tornaram-se componentes essenciais nos veículos modernos. Aqui estão algumas das inovações mais recentes em cabos elétricos para automóveis:

1. Cabos de alta tensão para veículos elétricos

Cabos de alta tensão para veículos elétricos são componentes essenciais utilizados em veículos elétricos para conectar baterias de alta tensão, inversores, compressores de ar-condicionado, geradores trifásicos e motores elétricos, realizando a transmissão de energia elétrica. Em comparação com os cabos utilizados em veículos movidos a combustíveis tradicionais, os cabos de alta tensão para veículos elétricos apresentam as seguintes características e requisitos:

Alta Tensão e Alta Corrente: Os cabos de alta tensão para veículos elétricos (VEs) são projetados para suportar tensões de até 600 VCA/900 VCC (carros de passeio) ou 1000 VCA/1500 VCC (veículos comerciais) e correntes de 250 A a 450 A ou até mais. Isso é muito superior aos sistemas de 12 V normalmente usados em veículos movidos a combustível convencional.

Material do Condutor: Os condutores são normalmente construídos com fio de cobre macio recozido ou fio de cobre estanhado para melhor condutividade e resistência à corrosão. Fios de cobre isentos de oxigênio (contendo menos de 0,001% de oxigênio e mais de 99,99% de pureza) são amplamente utilizados em cabos de alta tensão para veículos elétricos (VEs) devido à sua alta pureza e características não quebradiças.

Materiais de isolamento e revestimento: Para atender aos requisitos de alta tensão e alta corrente, os cabos de alta tensão são isolados com materiais de isolamento com alta espessura de parede, como borracha de silicone, polietileno reticulado ou poliolefina reticulada, que têm boa resistência ao calor e efeito retardante de chamas, e podem suportar altas temperaturas de mais de 150°C.

Blindagem e proteção: cabos de alta tensão exigem blindagem eletromagnética para reduzir o ruído do campo eletromagnético e a interferência eletromagnética, enquanto materiais de proteção (como tubos de isolamento térmico e tubos compilados) e anéis de vedação na camada externa dos cabos garantem que os cabos sejam à prova d'água, à prova de poeira e resistentes à abrasão em ambientes adversos.

Projeto e fiação: O projeto de cabos de alta tensão para veículos elétricos precisa levar em consideração restrições de espaço para fiação, requisitos de segurança (por exemplo, espaçamento mínimo de 100 milímetros ou mais entre condutores de alta e baixa tensão), peso e custo. O raio de curvatura do cabo, a distância até o ponto de fixação e o ambiente em que é utilizado (por exemplo, dentro ou fora do veículo) também influenciarão seu projeto e seleção.

Normas e especificações: O projeto e a fabricação de cabos de alta tensão para veículos elétricos seguem uma série de normas da indústria, como a QC-T1037, Norma da Indústria Automotiva para Cabos de Alta Tensão para Veículos Rodoviários, e a TCAS 356-2019, Cabos de Alta Tensão para Veículos de Nova Energia. Essas normas apresentam requisitos específicos para o desempenho elétrico, desempenho mecânico e adaptabilidade ambiental dos cabos.

Aplicações: cabos de alta tensão para veículos elétricos não são usados apenas para conexões internas, mas também para conexões entre a porta de carregamento e a bateria, dentro da bateria, entre a bateria e o motor e outros componentes, bem como dispositivos de armazenamento de energia da bateria e outras aplicações. Os cabos devem ser capazes de suportar condições adversas, como ambientes de alta e baixa temperatura, névoa salina, campos eletromagnéticos, óleo e produtos químicos.

O desenvolvimento e a aplicação de cabos de alta tensão para veículos elétricos são um dos principais fatores para promover um futuro sustentável e ecologicamente correto para a mobilidade elétrica. À medida que a tecnologia de veículos elétricos avança, o desempenho e os padrões dos cabos de alta tensão continuam sendo otimizados para atender à crescente demanda por transmissão de energia e aos requisitos de segurança.

2. Cabos de alumínio leves

A adoção de cabos automotivos leves de alumínio é uma das tendências importantes na indústria automotiva, especialmente na indústria automotiva de novas energias, em busca de leveza, eficiência energética e alcance. A seguir, uma análise detalhada dos cabos automotivos leves de alumínio:

Contexto e Tendência

Demanda por veículos leves automotivos: com o rápido desenvolvimento de veículos de nova energia, a demanda por design automotivo leve aumenta ainda mais. Fios e cabos, como principais componentes da transmissão de energia automotiva, são tradicionalmente projetados para usar cobre como condutor, mas os cabos com núcleo de cobre são caros e de alta qualidade. Portanto, o desenvolvimento de fios e cabos condutores de alumínio leves e de baixo custo para automóveis tornou-se uma escolha necessária para o design automotivo leve.

Vantagens dos cabos de alumínio: a indústria elétrica tradicional possui uma longa história de utilização de cabos de alumínio. Cabos de alumínio, de baixo custo, leves e com longa vida útil, são especialmente adequados para transmissão de energia de alta tensão a longas distâncias. A China é rica em recursos de alumínio, com flutuações de preço do material, estabilidade de custos e fácil controle. Na indústria de veículos de nova energia, o uso de cabos de alumínio em vez de cabos de cobre é uma solução ideal para reduzir peso e custo.

Casos de aplicação de produtos de arame de alumínio

Modelo de ônibus: bateria interna e externa com fio de alumínio para soldagem ultrassônica, uso de fio de conexão de energia de grande diâmetro, a vantagem de usar fio de alumínio é óbvia.

Carro de passeio: O barramento CC adota cabo de alumínio de 50 mm², produzido em massa com sucesso. O uso de soldagem ultrassônica melhora efetivamente o desempenho do contato elétrico das juntas e reduz efetivamente a qualidade do chicote elétrico em comparação com fios de cobre.

Pistola de carregamento CA: usando fio de liga de alumínio de alta resistência à flexão, peso leve, desempenho estável em testes de envelhecimento, começou gradualmente a produção em massa; O fio da porta de carregamento CC para carros de passeio usa fio de alumínio para melhorar a dissipação de calor, e a soldagem ultrassônica é usada no terminal redondo da porta de carregamento, o que melhora significativamente o desempenho do contato elétrico, reduz a quantidade de calor gerada e melhora a vida útil.

Diferenças de desempenho entre cobre e alumínio

Resistividade e condutividade: Devido à diferente resistividade do alumínio e do cobre, a condutividade do condutor de alumínio é de 62% IACS. Quando a área da seção transversal do condutor de alumínio é 1,6 vezes a do cobre, seu desempenho elétrico é o mesmo que o do cobre.

Relação de massa: a densidade do alumínio é 2,7 kg/m³, enquanto a densidade do cobre é 8,89 kg/m³, portanto, a relação de massa entre os dois é (2,7 × 160%)/(8,89 × 1)≈50%. Isso significa que, sob o mesmo desempenho elétrico, a massa do condutor de alumínio é apenas metade da do corpo de cobre.

Espaço de Mercado e Perspectiva

Taxa de crescimento anualizada: Com base na análise de mercado, a taxa de crescimento anualizada de chapas laminadas de alumínio e material extrudado será de cerca de 30% até 2025, mostrando o enorme potencial do alumínio no campo de redução de peso automotivo.

Análise de Incerteza

Fatores de custo: Embora os cabos de alumínio tenham vantagens de custo, há um fator negativo no aumento do custo do alumínio em vez do aço na indústria automotiva, o que pode afetar a velocidade de popularização dos cabos de alumínio.

Desafios técnicos: A aplicação de cabos de alumínio em automóveis ainda enfrenta desafios técnicos, como a melhoria do desempenho do contato elétrico das juntas e a otimização da dissipação de calor, que precisam ser resolvidos por meio de inovação tecnológica.

A adoção de cabos automotivos leves de alumínio é uma tendência inevitável para a indústria automotiva, buscando economia de energia, redução de emissões e aumento de autonomia. Com o avanço contínuo da tecnologia e a otimização de custos, a aplicação de cabos de alumínio na indústria automotiva se ampliará, contribuindo significativamente para a leveza, a economia de energia e a redução de emissões.

3. Cabos blindados para redução de EMI

A interferência eletromagnética (EMI) em automóveis é um problema complexo, especialmente em veículos elétricos e híbridos, devido ao uso intensivo de dispositivos eletrônicos de alta potência. Como um dos principais fatores que contribuem para a EMI, o projeto e a seleção do material dos chicotes elétricos automotivos são cruciais para minimizar a EMI. Aqui estão alguns pontos-chave sobre como reduzir a EMI em automóveis por meio do uso de cabos blindados:

Como funcionam os cabos blindados: Os cabos blindados funcionam adicionando uma camada de trança ou folha metálica ao redor dos condutores. Essa blindagem reflete e absorve ondas eletromagnéticas, reduzindo assim a EMI. A blindagem é conectada ao solo, que direciona a energia eletromagnética capturada para o solo e impede que ela interfira em outros dispositivos eletrônicos.

Tipos de Blindagem: Existem dois tipos principais de blindagem: blindagem metálica trançada e blindagem de lâmina. A blindagem metálica trançada proporciona maior resistência mecânica e flexibilidade, enquanto a blindagem de lâmina proporciona melhor blindagem em frequências mais baixas. Em aplicações automotivas, é comum usar uma combinação desses dois tipos de blindagem para obter uma blindagem ideal.

Aterramento da blindagem: Para que um cabo blindado seja eficaz, a blindagem deve ser devidamente aterrada. Se a blindagem não for devidamente aterrada, ela pode se tornar uma antena e aumentar a interferência eletromagnética (EMI). Em automóveis, é comum fixar a blindagem à estrutura metálica do veículo para fornecer um bom caminho para o aterramento.

Onde cabos blindados são utilizados: Em automóveis, cabos blindados são usados principalmente em linhas críticas de sinal e controle que são suscetíveis a EMI ou que podem se tornar fontes de EMI. Por exemplo, linhas usadas para unidades de controle do motor (ECUs), sinais de sensores, redes veiculares (por exemplo, barramentos CAN) e sistemas de entretenimento normalmente utilizam cabos blindados.

Uso de cabos blindados em conjunto com cabos não blindados: Em ambientes automotivos com espaço limitado, os cabos de alta e baixa tensão são frequentemente instalados próximos uns dos outros. Para minimizar a interferência eletromagnética (EMI), o cabo de alta tensão pode ser projetado como um cabo blindado, enquanto o cabo de baixa tensão pode ser desblindado. Dessa forma, a blindagem do cabo de alta tensão protege o cabo de baixa tensão da EMI.

Layout e projeto dos cabos: Além do uso de cabos blindados, o layout adequado dos cabos também é muito importante. A formação de laços nos cabos deve ser evitada, pois eles aumentam a EMI. Além disso, os cabos devem ser posicionados o mais longe possível de fontes de EMI, como motores e conversores de energia.

Uso de filtros: Além de cabos blindados, filtros EMI podem ser adicionados em ambas as extremidades do cabo para minimizar ainda mais a EMI. Os filtros podem ser capacitores ou indutores, que filtram o ruído em uma faixa de frequência específica.

Em resumo, ao usar cabos blindados e combiná-los com o layout de cabo correto e técnicas de filtragem, a EMI em automóveis pode ser significativamente reduzida, melhorando assim a confiabilidade e o desempenho dos equipamentos eletrônicos.

4. Cabos resistentes a altas temperaturas

Cabos automotivos resistentes a altas temperaturas são cabos projetados para a indústria automotiva, a fim de manter um desempenho estável em ambientes de alta temperatura. São feitos principalmente de diversos materiais especiais para garantir confiabilidade e segurança em áreas de alta temperatura, como compartimentos de motor. Aqui estão alguns materiais comuns usados em cabos automotivos resistentes a altas temperaturas:

Materiais de TPE: elastômeros termoplásticos (elastômeros termoplásticos), incluindo estirenos, olefinas, dienos, cloreto de vinila, poliésteres, ésteres, amidas, organofluorados, silicones e vinílicos. Atualmente, os elastômeros à base de SEBS (copolímero em bloco de estireno-etileno-butileno-estireno) são os materiais de TPE mais amplamente utilizados.

Materiais TPU: poliuretano termoplástico (Poliuretano Termoplástico), a estrutura molecular é dividida em tipo poliéster e tipo poliéter, pelos segmentos de bloco rígido e cadeia flexível. Os materiais TPU no processo de processamento de moldagem por injeção foram responsáveis por mais de 40% da moldagem por extrusão, cerca de 35% ou mais, com boa elasticidade e resistência ao desgaste.

Material de PVC: Cloreto de polivinila (Policloreto de vinila), através da adição de diferentes quantidades de plastificantes para regular sua maciez, reduzir sua temperatura de “transição vítrea”, de modo a ter boa flexibilidade e plasticidade, fácil de processar moldagem.

Material de silicone: um material adsorvente altamente ativo, substância amorfa, borracha termoendurecível. O silicone possui excelente resistência ao calor e ao frio e uma ampla faixa de temperaturas de operação, de -60 °C a +180 °C e além.

Polietileno reticulado XLPE: por meio da reticulação química em elastômeros termofixos, as propriedades de isolamento são aprimoradas, a faixa de resistência à temperatura do cabo é expandida e o desempenho é aprimorado. Após a combustão, o cabo XLPE libera dióxido de carbono e água, o que o torna relativamente ecológico.

A seleção e o uso desses materiais permitem que cabos automotivos resistentes a altas temperaturas funcionem de forma estável por longos períodos em ambientes de alta temperatura, como compartimentos de motor e sistemas de escapamento próximos, garantindo o funcionamento normal dos sistemas elétricos automotivos. Além disso, cabos resistentes a altas temperaturas também apresentam as vantagens de resistência a óleo, água, ácidos e álcalis, gases corrosivos e envelhecimento, entre outras. São adequados para metalurgia, energia elétrica, petroquímica, material rodante, energia, siderurgia, máquinas elétricas e outros setores. Ao escolher cabos resistentes a altas temperaturas, é necessário escolher o modelo correto de acordo com o cenário de aplicação real, a temperatura ambiente, o nível de tensão e outros fatores, para garantir que o cabo tenha bom desempenho e segurança em condições de alta temperatura.

5. Cabos inteligentes com sensores integrados

Cabos inteligentes com sensores integrados são parte integrante dos carros inteligentes modernos e desempenham um papel fundamental na arquitetura elétrica e eletrônica do veículo. Os cabos inteligentes não são apenas responsáveis pela transmissão de energia, mas, mais importante, transportam dados e sinais de controle, conectando unidades microcontroladas (MCUs), sensores, atuadores e outras unidades de controle eletrônico (ECUs) no carro, formando a "rede neural" do veículo.

A função e a importância dos cabos inteligentes para carros

Transmissão de Dados: Os cabos dos carros inteligentes são responsáveis por transmitir dados dos sensores para o MCU e comandos do MCU para os atuadores. Esses dados incluem, entre outros, velocidade, temperatura, pressão, posição, etc., e são essenciais para obter um controle preciso do veículo.
Distribuição de energia: O cabo não apenas transmite dados, mas também é responsável por distribuir energia para os vários dispositivos eletrônicos do carro para garantir que eles funcionem corretamente.
Segurança: O cabo foi projetado com a segurança em mente, como o uso de materiais à prova de fogo e a configuração de proteção contra sobrecorrente, para garantir que o circuito possa ser cortado a tempo em caso de mau funcionamento, evitando potenciais riscos à segurança.

Requisitos de projeto

O design dos cabos dos carros inteligentes deve atender aos seguintes requisitos:

Confiabilidade: Os cabos precisam funcionar de forma confiável em uma variedade de ambientes adversos no carro, incluindo alta temperatura, baixa temperatura, vibração e umidade.
Durabilidade: Os cabos devem ser duráveis o suficiente para suportar longos períodos de uso sem falhas.
Segurança: Os cabos devem ser bem isolados para reduzir os riscos de curto-circuitos e ter os mecanismos de proteção necessários.
Leve: Com a tendência de veículos leves, os cabos também precisam ser tão leves e finos quanto possível para reduzir o peso total do veículo.
Compatibilidade eletromagnética: os cabos devem ter bom desempenho de blindagem para reduzir a interferência do sinal.

Cenário de Aplicação

Cabos inteligentes para carros são amplamente utilizados em vários sistemas de automóveis, incluindo, mas não se limitando a:

Sistema de controle do motor: conecta a ECU do motor com sensores e atuadores para realizar o controle preciso do motor.
Sistema de controle da carroceria: conecta o módulo de controle da carroceria (BCM) com janelas, travas de portas, iluminação e outros sistemas.
Sistema de Assistência ao Condutor: conecta o controlador ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) com sensores como câmera e radar.
Sistema de informação e entretenimento: conecta a central multimídia com alto-falantes, sistema de navegação, etc.

Tendências futuras

À medida que as arquiteturas eletrônicas e elétricas automotivas evoluem, os cabos para carros inteligentes também evoluem. As tendências futuras incluem:

Arquitetura centralizada: À medida que as arquiteturas eletrônicas automotivas mudam de distribuídas para centralizadas, a complexidade e o comprimento dos cabos provavelmente diminuirão, ajudando a reduzir o peso do veículo e a melhorar a eficiência do fluxo de informações.
Gerenciamento inteligente: os cabos integrarão componentes mais inteligentes, como sensores integrados e conectores inteligentes, permitindo autodiagnóstico e relatórios de status.
Aplicação de novos materiais: Para reduzir ainda mais o peso e melhorar o desempenho, os cabos podem ser feitos de novos materiais leves.

Cabos inteligentes para carros são componentes essenciais que conectam os sistemas eletrônicos automotivos, e seu design e desempenho são essenciais para garantir a segurança e a confiabilidade dos automóveis. À medida que a tecnologia avança e a eletrônica automotiva acelera, os cabos inteligentes para carros continuarão a evoluir para atender à necessidade de maior desempenho.

6. Cabos biodegradáveis e ecológicos

Com o objetivo de proteger o meio ambiente e o desenvolvimento sustentável como pano de fundo, cabos automotivos biodegradáveis e ecologicamente corretos estão se tornando um tema em alta na indústria automotiva. Esses cabos não apenas atendem às necessidades da indústria automotiva em termos de desempenho, mas também apresentam vantagens significativas em termos de proteção ambiental.

Cabos Isolados Biodegradáveis

Cabos isolados biodegradáveis são feitos de materiais isolantes biodegradáveis que, sob certas condições ambientais, podem ser gradualmente decompostos pelo metabolismo de microrganismos e, por fim, convertidos em pequenas moléculas ecologicamente corretas, como dióxido de carbono e água. Esse processo geralmente requer um certo tempo e condições ambientais adequadas. O uso de cabos biodegradáveis está em linha com os princípios do desenvolvimento verde e sustentável. Isso garante o desempenho dos cabos, minimizando o impacto ambiental e promovendo o desenvolvimento da indústria de cabos verdes.

Cabos com verniz isolante não poluente

O verniz isolante não poluente para cabos utiliza verniz isolante não perigoso para substituir os materiais isolantes que contêm ingredientes perigosos encontrados em cabos tradicionais. Essa inovação não apenas reduz a poluição ambiental, como também melhora a segurança e a confiabilidade dos cabos.

Materiais de base biológica em cabos automotivos

Materiais de base biológica, especialmente fibras de ácido polilático (PLA), compósitos e nylon, apresentam grande potencial de aplicação na indústria automotiva devido à sua biodegradabilidade, produção e processamento ecologicamente corretos, ampla gama de fontes de matéria-prima, baixo odor e baixo teor de compostos orgânicos voláteis (COV). Com o aumento substancial da capacidade de produção, o ácido polilático (PLA), como um polímero de base biológica derivado de recursos naturais, também teve um enorme desenvolvimento. O PLA é sintetizado quimicamente a partir do milho natural. Este material pode ser decomposto em CO₂ e H₂O por microrganismos após ser descartado, sem causar poluição ao meio ambiente, sendo reconhecido como um novo material ecológico, verde e sustentável no século XXI.

Aplicação de materiais TPU em cabos automotivos

Os materiais de poliuretano termoplástico (TPU) não só oferecem excelente desempenho, mas também são biodegradáveis (3 a 5 anos) e recicláveis. As propriedades sustentáveis e ecológicas dos materiais TPU oferecem uma nova opção para cabos automotivos, o que ajuda a reduzir o impacto no meio ambiente.

Desafios e Perspectivas

Embora cabos automotivos biodegradáveis e ecológicos apresentem muitas vantagens, sua aplicação enfrenta alguns desafios e limitações. Por exemplo, a velocidade e a eficácia da degradação são afetadas pelas condições ambientais, exigindo avaliação e seleção cuidadosas dos cenários de aplicação. Ao mesmo tempo, o desempenho e a estabilidade dos materiais isolantes degradáveis precisam ser continuamente aprimorados e testados para garantir sua confiabilidade e segurança. No futuro, com o avanço contínuo da tecnologia e o aumento da conscientização ambiental, espera-se que cabos automotivos biodegradáveis e ecológicos desempenhem um papel cada vez mais importante na indústria automotiva, impulsionando toda a indústria em uma direção mais sustentável e ecologicamente correta.