روندهای توسعه مواد کابل ولتاژ بالای خودروهای برقی: فرصت بزرگ بعدی کجاست؟

مقدمه‌ای بر کابل‌های ولتاژ بالا در خودروهای برقی

نقش کابل‌های ولتاژ بالا در خودروهای برقی

وسایل نقلیه الکتریکی (EV) فقط مربوط به باتری‌ها و موتورها نیستند - آنها سیستم‌های پیچیده‌ای هستند که در آنها هر جزء نقشی در عملکرد، ایمنی و کارایی ایفا می‌کند. در میان این موارد،کابل‌های ولتاژ بالا (HV)اجزای ضروری هستند که اغلب نادیده گرفته می‌شوند. این کابل‌ها به عنوان شریان‌های خودرو عمل می‌کنند و برق را از باتری به اینورتر، از اینورتر به موتور و در سیستم‌های مختلفی که برای عملکرد به ولتاژ بالا نیاز دارند - مانند کولر، بخاری و حتی شارژرهای کمکی - منتقل می‌کنند.

برخلاف کابل‌های ولتاژ پایین، کابل‌های فشار قوی باید جریان‌ها و ولتاژهای بسیار بالاتری را تحمل کنند - اغلب در محدوده ...۴۰۰ ولت تا ۸۰۰ ولت، با برخی از سیستم‌ها که به سمت آن حرکت می‌کنند۱۰۰۰ ولت و فراتر از آناین کابل‌ها همچنین باید در محیط محدود و حرارتی فعال شاسی خودرو کار کنند و ...عملکرد و دوام موادانتقادی.

به عبارت ساده: بدون مواد کابلی قابل اعتماد و با کارایی بالا، خودروهای برقی نمی‌توانند ایمن یا کارآمد عمل کنند. با تکامل فناوری خودروهای برقی، به ویژه به سمت ولتاژهای بالاتر و شارژ سریع‌تر، نقش مواد کابلی پیشرفته حتی محوری‌تر می‌شود. و این دقیقاً همان جایی است که جهش بزرگ بعدی در شرف وقوع است.

سطوح ولتاژ و الزامات برق

افزایش تقاضا برای عملکرد در خودروهای برقی مدرن مستقیماً به ... گره خورده است.افزایش ولتاژخودروهای برقی اولیه از سیستم‌های ۳۰۰ تا ۴۰۰ ولتی استفاده می‌کردند، اما مدل‌های جدیدتر (به‌ویژه خودروهای با عملکرد بالا مانند پورشه تایکان یا لوسید ایر) ازمعماری‌های ۸۰۰ ولتیمزایا عبارتند از:

• زمان شارژ سریع‌تر

• ضخامت کابل کاهش یافته

• بهبود راندمان تحویل برق

• مدیریت حرارتی بهتر

اما با ولتاژهای بالاتر، خطرات بیشتری هم به همراه دارد:

• مواد عایق قوی‌تربرای جلوگیری از شکست دی الکتریک مورد نیاز هستند.

• محافظ قوی‌تربرای محافظت در برابر تداخل الکترومغناطیسی (EMI) مورد نیاز است.

• مقاومت حرارتی پیشرفتهبرای مقاومت در برابر گرمای تولید شده توسط جریان جریان بالا بسیار مهم می‌شود.

این جهش در تقاضای برق، نیاز فوری به ... را ایجاد می‌کند.نسل جدید مواد کابلکه می‌تواند ولتاژهای بالاتر را بدون افزایش اندازه، وزن یا هزینه تحمل کند.

چالش‌های جایگذاری و مسیریابی کابل در خودروهای برقی

طراحی سیستم‌های کابلی برای خودروهای برقی یک معمای پیچیده است. مهندسان باید ضمن اطمینان از ایمنی و عملکرد، محدودیت‌های بسته‌بندی دقیق را نیز رعایت کنند. کابل‌های فشار قوی اغلب به روش‌های زیر مسیریابی می‌شوند:

• در امتداد زیر بدنه

• از طریق محفظه‌های باتری

• در مناطق مختلف موتور و اینورتر

• نزدیک خطوط خنک‌کننده یا اجزای تولیدکننده گرما

این امر چالش‌های متعددی را ایجاد می‌کند:

• خم شدن و انعطاف پذیریبدون آسیب یا افت عملکرد

• مقاومت در برابر روغن، مایع خنک کننده و سایر مایعات خودرو

• مقاومت در برابر لرزشدر طول عمر طولانی خودرو

• مدیریت مواجهه حرارتیمخصوصاً نزدیک باتری‌ها و موتورها

مواد کابل بایدبسیار انعطاف‌پذیر, از نظر حرارتی پایدار، واز نظر شیمیایی بی‌اثربرای تحمل این چالش‌ها بدون به خطر انداختن تحویل برق یا ایجاد خطر ایمنی.

مواد سنتی مورد استفاده در وسایل نقلیه با موتور احتراق داخلی در اینجا کارایی ندارند. الزامات خاص خودروهای برقی مستلزم ...رویکردی کاملاً متفاوتبه مهندسی کابل - و مواد در قلب این تحول قرار دارند.

مواد فعلی مورد استفاده در کابل‌های ولتاژ بالای خودروهای برقی

مواد رسانای رایج: مس در مقابل آلومینیوم

رسانایی و وزن عوامل اصلی در انتخاب هادی‌ها برای کابل‌های ولتاژ بالا هستند. دو ماده غالب عبارتند از:

1. مس:

   • رسانایی بالا

   • انعطاف‌پذیری عالی

   • سنگین و گران

   • رایج در کاربردهای کابل کوتاه یا انعطاف‌پذیر

2. آلومینیوم:

   • رسانایی کمتر (حدود ۶۰٪ مس)

   • خیلی سبک‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تره

   • برای عبور جریان یکسان به مقاطع عرضی بزرگتری نیاز دارد

   • در صورت عدم عایق بندی مناسب، مستعد خوردگی است

اگرچه مس هنوز به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد،آلومینیوم در حال پیشرفت است- به خصوص در مسیرهای کابلی طولانی در پلتفرم‌های بزرگتر خودروهای برقی یا کامیون‌های برقی. بسیاری از خودروسازان اکنون این روش را اتخاذ می‌کنندطرح‌های ترکیبی، با استفاده از مس برای نواحی با انعطاف‌پذیری بحرانی و آلومینیوم برای بخش‌های کم‌اهمیت‌تر، عملکرد و هزینه را متعادل می‌کنند.

مواد عایق: XLPE، PVC، سیلیکون و TPE

مواد عایق جایی هستند که بیشتر نوآوری‌ها در آن اتفاق می‌افتد. تقاضاها واضح است:مقاومت حرارتی, انعطاف‌پذیری مکانیکی, مقاومت شیمیایی، وبازدارندگی شعلهمواد رایج عبارتند از:

• XLPE (پلی اتیلن متقاطع):

  • استحکام دی الکتریک بالا

  • پایداری حرارتی عالی

  • انعطاف‌پذیری متوسط

  • قابل بازیافت نیست (جنس ترموست)

• پی وی سی (پلی وینیل کلراید):

  • هزینه کم

  • بازدارنده شعله

  • مقاومت حرارتی و شیمیایی ضعیف

  • به نفع جایگزین‌های سبزتر، به تدریج کنار گذاشته می‌شوند

• لاستیک سیلیکونی:

  • بسیار انعطاف‌پذیر

  • مقاومت حرارتی بالا (تا ۲۰۰ درجه سانتیگراد)

  • گران و مستعد پارگی

• TPE (الاستومرهای ترموپلاستیک):

  • قابل بازیافت

  • تعادل خوب بین انعطاف‌پذیری و دوام

  • مقاومت حرارتی متوسط

  • تبدیل شدن به ماده‌ی انتخابی در طرح‌های جدیدتر

هر یک از این مواد مزایا و معایبی دارند و تولیدکنندگان اغلب آنها را با هم ترکیب می‌کنند.ساختارهای چند لایهبرای برآورده کردن الزامات فنی و نظارتی خاص.

سازه‌های محافظ و غلاف

کابل‌های ولتاژ بالا در خودروهای برقی برای به حداقل رساندن تداخل الکترومغناطیسی (EMI) که می‌تواند در قطعات الکترونیکی خودرو، حسگرها و حتی سیستم‌های اطلاعات و سرگرمی اختلال ایجاد کند، نیاز به محافظ دارند. پیکربندی‌های استاندارد محافظ شامل موارد زیر است:

• فویل آلومینیومی-مایلار با سیم‌های تخلیه

• سپرهای توری مسی بافته شده

• نوار فلزی پیچیده شده به صورت مارپیچ

غلاف بیرونی باید محکم و مقاوم در برابر سایش، مواد شیمیایی و عوامل محیطی باشد. مواد رایج برای غلاف عبارتند از:

• TPU (پلی اورتان ترموپلاستیک): مقاومت سایشی و انعطاف‌پذیری عالی

• پلی اولفین‌های مقاوم در برابر شعله

• ترکیبات HFFR (مقاوم در برابر شعله بدون هالوژن)

همزمان با تکامل سیستم‌ها به سمتمعماری یکپارچه(کابل‌های کمتر با قابلیت‌های چندمنظوره)، فشار برای ساخت این لایه‌ها بیشتر است.نازک‌تر، سبک‌تر، هوشمندتر و سبزتر.

الزامات کلیدی عملکرد مواد کابل فشار قوی خودروهای برقی

مقاومت حرارتی و پایداری حرارتی

یکی از مهمترین الزامات در مورد مواد کابل ولتاژ بالای (HV) خودروهای برقی، ...مقاومت در برابر دمای شدیدخودروهای برقی در حین کار، به خصوص در مناطق نزدیک به ...، مقدار قابل توجهی گرما تولید می‌کنند.باتری، اینورتر و موتور الکتریکیکابل‌های فشار قوی اغلب از این مناطق عبور می‌کنند و باید شرایط زیر را تحمل کنند:

• دماهای پیوستهبین۱۲۵ درجه سانتی‌گراد و ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد

• دمای اوجتجاوز کردن۲۰۰ درجه سانتی‌گراددر سناریوهای بار زیاد

• دوچرخه‌سواری حرارتیکه باعث انبساط و انقباض مواد به مرور زمان می‌شود

اگر جنس کابل در اثر گرما خراب شود، می‌تواند منجر به موارد زیر شود:

• خرابی‌های الکتریکی

• اتصال کوتاه

• خطرات آتش سوزی

• کاهش طول عمر کابل

به همین دلیل است که موادی مانندXLPE, سیلیکون، وفلوروپلیمرهابرای عایق کاری محبوب شده اند، در حالی کهTPE هادر حال مهندسی هستند تا مقاومت مشابهی را در قالب‌های انعطاف‌پذیرتر و قابل بازیافت‌تر ارائه دهند.

مواد کابل از نظر حرارتی پایدار نیز در کاهش آن نقش دارندکاهش سرعت- نیاز به افزایش اندازه کابل‌ها برای جبران افت عملکرد در محیط‌های گرم. با استفاده از مواد مقاوم‌تر در برابر حرارت، تولیدکنندگان می‌توانند کابل‌ها را در شرایط مناسب نگه دارند.جمع و جور و کارآمد، که هم در فضا و هم در وزن صرفه‌جویی می‌کند.

انعطاف‌پذیری و شعاع خمش

وسایل نقلیه الکتریکی مملو از گوشه‌های تنگ، محفظه‌های لایه لایه و خطوط شاسی منحنی هستند. کابل‌های فشار قوی باید بدون آسیب دیدن از میان این موارد عبور کنند.تنش مکانیکی, ترک‌های ناشی از کرنش، یاپیچ خوردگی. آنجاست کهانعطاف‌پذیری موادبه یک ویژگی غیرقابل مذاکره تبدیل می‌شود.

چالش‌های کلیدی انعطاف‌پذیری عبارتند از:

• شعاع خمیدگی کمدر محفظه موتور یا نزدیک چرخ‌ها

• حرکت و لرزشدر حین کار خودرو

• مونتاژ رباتیککه نیاز به خمش دقیق و قابل تکرار در طول تولید دارد

مواد کابل انعطاف‌پذیر مانندسیلیکونوآمیزه‌های پیشرفته TPEترجیح داده می‌شوند زیرا:

• در برابر حرکت و لرزش مکرر مقاومت کنید

• تحت فشار، یکپارچگی عایق را از دست ندهید

• فرآیندهای تولید سریع‌تر و خودکار را فعال کنید

برخی از طرح‌های مدرن حتی شامل موارد زیر نیز می‌شوند:کابل‌های قابل جمع شدن یا مارپیچیبه خصوص در شارژ اجزا یا قطعات خودروهای هیبریدی پلاگین. این کاربردها به موادی نیاز دارند که نه تنها قابل خم شدن باشند، بلکه از خواص عالی نیز برخوردار باشند.حافظه شکلی و بازیابی الاستیک.

محافظ EMI و یکپارچگی سیگنال

تداخل الکترومغناطیسی (EMI) یک نگرانی جدی در خودروهای برقی است. با وجود اجزای دیجیتال متعدد - سیستم‌های ADAS، سیستم‌های تشخیص داخلی، صفحه‌های لمسی و حسگرهای رادار - هرگونه نویز الکتریکی از سیستم انتقال قدرت می‌تواند باعث نقص عملکرد یا کاهش عملکرد شود.

کابل‌های فشار قوی مانند ... عمل می‌کنند.آنتن‌ها، قادر به انتشار یا جذب سیگنال‌های سرگردان است. برای کاهش این مشکل:

• لایه‌های محافظ(مانند فویل آلومینیومی و مس بافته شده) برای پیچیدن هادی‌ها استفاده می‌شوند.

• هادی‌های اتصال زمینبرای از بین بردن ایمن EMI گنجانده شده است.

• مواد عایقطوری طراحی شده‌اند که تداخل بین سیستم‌های مجاور را مسدود کنند.

جنس مواد به کار رفته در هر دومحافظ و عایقباید ارائه دهد:

• استحکام دی الکتریک بالا

• گذردهی الکتریکی پایین

• رسانایی و ظرفیت خازنی ثابت

این امر به ویژه در موارد زیر بسیار حیاتی استسیستم‌های ۸۰۰ ولت به بالاکه در آن فرکانس‌های بالاتر و سوئیچینگ سریع‌تر، حذف EMI را چالش‌برانگیزتر می‌کند. مواد کابل باید با آن سازگار شوند.الزامات وضوح سیگنالبه خصوص که رانندگی خودکار و ویژگی‌های ارتباطی، بیشتر به جریان‌های داده‌ی بی‌وقفه وابسته می‌شوند.

مقاومت در برابر شعله و رعایت ایمنی

ایمنی سنگ بنای طراحی خودرو است. با سیستم‌های ولتاژ بالا،مقاومت در برابر آتشاجباری است—نه فقط ترجیح داده شده. اگر کابل‌ها بیش از حد گرم شوند یا اتصال کوتاه کنند، باید:

• جلوگیری از احتراق

• تأخیر در پخش شعله

• دود کم و بدون هالوژن سمی منتشر می‌کند

راهکارهای سنتی مقاوم در برابر شعله بر ... متکی بودند.ترکیبات هالوژنهاما این مواد هنگام سوختن گازهای مضر تولید می‌کنند. امروزه، طرح‌های پیشرو در کابل از موارد زیر استفاده می‌کنند:

• مواد مقاوم در برابر شعله بدون هالوژن (HFFR)

• کامپوزیت‌های سیلیکونی با خاصیت خودخاموش‌شوندگی

• پلی اولفین‌ها و ترموپلاستیک‌های مهندسی‌شده‌ی ویژه

این مواد مطابق با استانداردهای سختگیرانه ایمنی در برابر آتش خودرو هستند، از جمله:

• UL 94 (آزمایش سوختگی عمودی)

• FMVSS 302 (قابلیت اشتعال مواد داخلی)

• استانداردهای ISO 6722-1 و 14572 برای ایمنی سیم‌کشی خودرو

در خودروهای برقی، آتش‌سوزی کابل‌ها فقط خطری برای سخت‌افزار نیست، بلکه...مسئله ایمنی جانیمواد عایق و غلاف با کارایی بالا اکنون به گونه‌ای مهندسی شده‌اند که حتی در شرایط استفاده بیش از حد حرارتی و الکتریکی، به ویژه در هنگام تصادفات یا خطاهای سیستم، خطرات آتش‌سوزی را مهار کنند.

روندهای نوظهور در طراحی کابل ولتاژ بالای خودروهای برقی

مواد رسانای سبک برای بهره‌وری انرژی

وزن عامل تعیین‌کننده‌ای در عملکرد و کارایی خودروهای الکتریکی است. کاهش وزن خودرو، برد، شتاب و مصرف کلی انرژی را بهبود می‌بخشد. در حالی که باتری‌ها و موتورها اغلب بیشترین توجه را در این زمینه به خود جلب می‌کنند،کابل‌ها همچنین به طور قابل توجهی در وزن خودرو نقش دارند- به ویژه در سیستم‌های ولتاژ بالا.

به طور سنتی،مسبه دلیل رسانایی الکتریکی بالایش، استاندارد رساناها بوده است. با این حال،متراکم و سنگین. آنجاست کهآلومینیوم و آلیاژهای آلومینیومبیا تو. اینها عبارتند از:

• ۵۰٪ سبک‌تر از مس

• مقرون به صرفه تر

• اکنون در فرمولاسیون‌های پیشرفته با رسانایی بهتر و محافظت در برابر خوردگی موجود است

خودروسازان به طور فزاینده‌ای در حال پذیرش هستندکابل‌های فشار قوی (HV) پایه آلومینیومیبرای مسیرهای طولانی و پرقدرت - به خصوص بین بسته‌های باتری و اینورترها. اما چه چیزی را می‌توان جایگزین کرد؟ برای مطابقت با رسانایی مس، به کابل‌های کمی ضخیم‌تر نیاز است، اماوزن کلی سیستم به طور قابل توجهی کاهش یافته است.

مرز بعدی شامل موارد زیر است:

• هادی‌های ترکیبی مس-آلومینیوم

• آلیاژهای پیشرفتهکه رسانایی را بدون افزایش عمده هزینه یا پیچیدگی بهبود می‌بخشند

• عملیات سطحیکه از خوردگی گالوانیک بین فلزات غیر همجنس جلوگیری می‌کنند

این تغییر در مواد رسانا یک انقلاب آرام است که امکان برد بهتر خودروهای برقی و بهینه‌سازی انرژی را بدون کاهش ایمنی یا عملکرد فراهم می‌کند.

فناوری‌های عایق بدون هالوژن و قابل بازیافت

با تشدید مقررات زیست‌محیطی و افزایش تقاضای مصرف‌کنندگان برای محصولات سبزتر، فشار برای توسعه ...مواد عایق کابل سازگار با محیط زیستبه طور سنتی، عایق‌ها بر مواد مقاوم در برابر شعله هالوژنه و مواد دارای پیوند عرضی متکی بوده‌اند که عبارتند از:

• بازیافت دشوار

• هنگام سوختن خطرناک است

• مالیات زیست‌محیطی برای تولید

وارد شویدبازدارنده شعله بدون هالوژن (HFFR)ترکیبات والاستومرهای ترموپلاستیک قابل بازیافت (TPE)این مواد موارد زیر را ارائه می‌دهند:

• مقاومت عالی در برابر شعله

• دود کم، بدون انتشار هالوژن

• قابلیت بازیافت در پایان عمر محصول

• انعطاف‌پذیری و عملکرد حرارتی قابل مقایسه با ترکیبات سنتی

بسیاری از تولیدکنندگان کابل اکنون در حال تولید هستندسازه‌های کابلی کاملاً قابل بازیافتکه در آن تمام لایه‌ها - شامل عایق، محافظ و روکش - می‌توانند جدا شده و دوباره استفاده شوند. این امر موارد زیر را کاهش می‌دهد:

• زباله‌های دفن زباله

• انتشار CO₂ مرتبط با دفع کابل

• قرار گرفتن در معرض مواد خطرناک هنگام پیاده کردن خودرو یا تصادفات

این روند همچنین به خودروسازان کمک می‌کندمطابق با دستورالعمل‌های اتحادیه اروپا ELV (خودروهای فرسوده)، که حکم می‌کند ۹۵٪ از مواد یک وسیله نقلیه باید قابل بازیافت یا قابل استفاده مجدد باشند.

راهکارهای کوچک‌سازی و کابل‌های با چگالی بالا

همزمان با تکامل پلتفرم‌های خودروهای برقی، تلاش زیادی برای کاهش فضای اشغال شده توسط کابل‌ها صورت می‌گیرد. اهداف عبارتند از:

• فضای آزاد کنیدبرای سایر سیستم‌های خودرو

• کاهش تجمع حرارتیدر بسته‌های کابل

• وزن و استفاده از مواد کمتر

مهندسان کابل اکنون روی ... تمرکز دارندکوچک‌سازی کابل‌های ولتاژ بالابدون فدا کردن ولتاژ نامی یا ایمنی. این شامل موارد زیر است:

• استفاده از مواد با دی‌الکتریک بالابرای ایجاد لایه‌های عایق نازک‌تر

• اتصال خطوط برق و سیگنالدر مجموعه‌های ماژولار فشرده

• ایجاد کابل‌های مسطح یا بیضی شکلکه فضای عمودی کمتری را اشغال می‌کنند

کابل‌های مینیاتوری همچنین در طول تولید رباتیک راحت‌تر قابل استفاده هستند و امکان تولید کارآمدتر را فراهم می‌کنند.مسیریابی و اتصال خودکارکه باعث کاهش هزینه‌های نیروی کار و بهبود دقت مونتاژ می‌شود.

طراحی کابل‌های با چگالی بالا برای موارد زیر حیاتی است:

• وسایل نقلیه با باتری پر

• eVTOLها (هواپیمای برقی با قابلیت برخاستن و فرود عمودی)

• خودروهای برقی پرفورمنس و خودروهای برقی شهری جمع و جورجایی که فضا در اولویت است

این یک حوزه داغ نوآوری است و اختراعات جدید و مواد اولیه به طور منظم در حال ظهور هستند.

ادغام با سیستم‌های مدیریت حرارتی خودرو

خودروهای برقی گرمای زیادی تولید می‌کنند—و مدیریت این گرما نه تنها برای عملکرد، بلکه برایایمنی و طول عمرکابل‌های ولتاژ بالا اکنون با سیستم برق خودرو ادغام می‌شوند.سیستم مدیریت حرارتیبرای حفظ دمای عملیاتی بهینه.

راه‌حل‌های نوظهور عبارتند از:

• لایه‌های عایق رسانای حرارتیکه گرما را به طور مؤثرتری دفع می‌کنند

• مهارهای کابل با خنک‌کننده مایعدر امتداد بسته‌های باتری قرار داده شده است

• مواد تغییر فاز دهندهتعبیه شده در پوشش کابل برای جذب نوسانات حرارتی

• طرح‌های ژاکت دفع‌کننده گرمابا سطوح تهویه‌دار یا شیاردار

این نوع ادغام برای ... ضروری است.سناریوهای شارژ فوق سریع، که در آن سطح جریان به طور چشمگیری افزایش می‌یابد و باعث ایجاد گرمای سریع در کابل‌ها می‌شود.

با کمک به مدیریت این گرما به طور مستقیم از طریق مواد کابل، سازندگان خودروهای برقی می‌توانند:

• جلوگیری از داغ شدن بیش از حد سیستم

• افزایش طول عمر کابل و کانکتور

• بهبود عملکرد و ایمنی شارژ

این همگرایی مهندسی برق و حرارت یکی از هیجان‌انگیزترین - و ضروری‌ترین - پیشرفت‌ها در فناوری کابل برای خودروهای برقی نسل بعدی است.

نوآوری‌های تکنولوژیکی که آینده را شکل می‌دهند

رساناها و عایق‌های تقویت‌شده با نانومواد

فناوری نانو در حال تغییر علم مواد در صنایع مختلف است و کابل‌های ولتاژ بالای خودروهای برقی نیز از این قاعده مستثنی نیستند. با ترکیبنانوموادبا تبدیل شدن به رساناها و لایه‌های عایق، تولیدکنندگان سطوح جدیدی از عملکرد را آشکار می‌کنند.

در هادی‌ها، نانومواد مانندگرافنونانولوله‌های کربنیبرای موارد زیر مورد بررسی قرار می‌گیرند:

• رسانایی بهبود یافتهبا وزن سبک‌تر

• انعطاف‌پذیری بهتربدون به خطر انداختن یکپارچگی سازه

• خواص حرارتی و الکترومغناطیسی بهبود یافته

این پیشرفت‌ها در نهایت می‌توانند منجر بههادی‌هایی با عملکرد برابر یا بهتر از مس، اما با کسری از وزن - یک راه حل ایده آل برای خودروهای برقی با کارایی بالا و مصرف انرژی بهینه.

در عایق کاری، نانوپرکننده‌هایی مانند:

• نانو سیلیس

• نانوذرات اکسید آلومینیوم

• نانوکامپوزیت‌های پایه خاک رس

به پلیمرها اضافه می‌شوند تا:

• افزایش قدرت دی الکتریک

• افزایش مقاومت در برابر تخلیه جزئی و ردیابی

• بهبود رسانایی حرارتیبرای اتلاف گرما

این مواد نانو تقویت‌شده همچنین می‌توانندکاهش ضخامت عایق، فعال کردنکابل‌های کوچک‌تر و سبک‌تربا تحمل ولتاژ بالاتر - یک نیاز حیاتی در معماری خودروهای برقی ۸۰۰ ولت به بالا.

اگرچه فناوری‌های کابل‌سازی تقویت‌شده با نانومواد هنوز در مرحله توسعه پیشرفته هستند، انتظار می‌رود کهدر مقیاس تجاری طی ۵ تا ۱۰ سال آینده، موجی از عملکرد کابل نسل بعدی را به راه می‌اندازد.

کابل‌های هوشمند با حسگرهای تعبیه‌شده

سیستم‌های خودروهای برقی به سمت اتصال کامل و نظارت بلادرنگ حرکت می‌کنند - نه فقط در رابط‌های کاربری، بلکه در اعماق زیرساخت‌هایشان.کابل‌های هوشمند ولتاژ بالااکنون با آنها در حال توسعه هستندحسگرهای تعبیه‌شدهکه می‌تواند نظارت کند:

• دما

• بار ولتاژ و جریان

• کرنش و سایش مکانیکی

• نشت رطوبت یا عایق

این کابل‌ها به عنوانابزارهای تشخیصی، کمک به:

• پیش‌بینی شکست‌ها قبل از وقوع

• توزیع بهینه نیرو در سراسر خودرو

• جلوگیری از داغ شدن بیش از حد و آسیب‌های الکتریکی

• افزایش طول عمر کل سیستم‌های قدرت

این نوآوری از حرکت گسترده‌تر به سمتنگهداری و تعمیرات پیش‌بینانهوسیستم‌های پایش سلامت خودرو— برای مدیریت ناوگان، ایمنی رانندگی خودران و بهینه‌سازی گارانتی بسیار مهم است.

ادغام حسگر همچنین به موارد زیر مرتبط است:سیستم‌های عیب‌یابی داخلی (OBD)وپلتفرم‌های مدیریت خودروهای برقی مبتنی بر ابرو تضمین می‌کند که هر قسمت از وسیله نقلیه، حتی کابل‌ها، می‌توانند بخشی از مغز وسیله نقلیه باشند.

تکنیک‌های کو-اکستروژن برای افزایش کارایی لایه‌ها

به طور سنتی، کابل‌های ولتاژ بالا با اکسترود کردن جداگانه هر لایه - هادی، عایق، محافظ، غلاف - ساخته می‌شوند که اغلب نیاز به چندین مرحله و مونتاژ دستی دارد. این کار پرزحمت، زمان‌بر و مستعد ناهماهنگی است.

اکستروژن همزماندر حال تغییر است. در این فرآیند، چندین لایه از کابل اکسترود می‌شوندهمزمان، به هم پیوستن به صورت یکساختار یکپارچه و بدون درز.

مزایای کواکستروژن عبارتند از:

• چسبندگی لایه بهبود یافتهکاهش خطر لایه لایه شدن یا نفوذ آب

• سرعت تولید سریع‌تر

• نرخ ضایعات پایین‌تر

• طراحی کابل‌های فشرده‌تر و یکنواخت‌تر

سیستم‌های پیشرفته کو-اکستروژن می‌توانند شامل موارد زیر باشند:سه، چهار یا حتی پنج لایهدر یک مرحله تولید، با ترکیب:

• عایق هادی

• محافظ EMI

• لایه‌های رسانای حرارتی

• غلاف‌های محافظ بیرونی

این پیشرفت تولیدی به برآورده کردن تقاضای رو به افزایش برایتولید انبوه کابل‌های خودروهای برقیبدون اینکه کیفیت یا انعطاف‌پذیری طراحی را به خطر بیندازد.

نوآوری‌ها در مقاومت دی‌الکتریک و تحمل ولتاژ

همچنان که خودروهای برقی به سمت ... پیش می‌روندسیستم‌های ولتاژ فوق بالا—۸۰۰ ولت، ۱۰۰۰ ولت و بالاتر—مواد عایق سنتی شروع به رسیدن به محدودیت‌های عملکرد خود می‌کنند. در این ولتاژها، عایق باید در برابر موارد زیر مقاومت کند:

• میدان‌های الکتریکی بالا

• تخلیه کرونا

• ردیابی و قوس الکتریکی در فضاهای تنگ

به همین دلیل است که تیم‌های تحقیق و توسعه در حال توسعه هستندمواد دی‌الکتریک نسل بعدیکه با هم ترکیب می‌شوند:

• ولتاژ شکست بالاتر

• مقاومت عالی در برابر پیری و رطوبت

• لایه‌های نازک‌تر برای بهره‌وری بهتر از فضا

برخی از فناوری‌های نویدبخش عبارتند از:

• پلیمرهای مخلوط سیلیکونبا قابلیت نگهداری ولتاژ استثنایی

• عایق‌های چندلایه فلوروپلیمربرای محیط‌های شیمیایی و دمایی خشن

• نانوکامپوزیت‌های ترموپلاستیکبرای تقویت دی الکتریک

این نوآوری‌ها نه تنها حاشیه امنیت را افزایش می‌دهند، بلکه ...پروفیل‌های کابل نازک‌تر و سبک‌تر، که می‌تواند در طراحی خودرو، به ویژه در خودروهای برقی جمع و جور یا هواپیماهای برقی، بسیار مهم باشد.

در سال‌های آینده،مواد عایق استاندارد مانند XLPE ممکن است به تدریج جایگزین شونددر خودروهای برقی عملکردی توسط این فرمولاسیون‌های پیشرفته.

استانداردهای نظارتی و دستورالعمل‌های صنعت

مروری بر استانداردهای ISO، IEC، SAE و GB

مواد کابل ولتاژ بالای خودروهای برقی تابع طیف گسترده‌ای از استانداردهای جهانی هستند که تضمین می‌کنندایمنی, عملکرد، وقابلیت همکاریدر سراسر تولیدکنندگان و بازارها. نهادهای نظارتی اصلی عبارتند از:

• سازمان بین‌المللی استانداردسازی (ISO):

  • ایزو ۶۷۲۲-۱: کابل‌های تک رشته‌ای را برای کاربردهای ۶۰ ولت تا ۶۰۰ ولت در وسایل نقلیه جاده‌ای مشخص می‌کند.

  • سری ایزو ۱۹۶۴۲این استاندارد به طور خاص کابل‌های وسایل نقلیه جاده‌ای مورد استفاده در کاربردهای 60VDC و 600VDC (از جمله خودروهای برقی فشار قوی) را پوشش می‌دهد و الزامات زیست‌محیطی، الکتریکی و مکانیکی را نیز در بر می‌گیرد.

• کمیسیون بین‌المللی الکتروتکنیک (IEC):

  • کمیسیون مستقل انتخابات ۶۰۲۴۵وکمیسیون مستقل انتخابات ۶۰۳۳۲: مربوط به کابل‌های عایق لاستیکی و خاصیت ضد حریق.

  • کمیسیون مستقل انتخابات ۶۱۹۸۴: اتصالات و رابط‌های مربوط به سیستم‌های کابلی در کاربردهای خودروهای برقی.

• انجمن مهندسان خودرو (SAE):

  • SAE J1654الزامات عملکرد برای کابل‌های ولتاژ بالا در کاربردهای خودرو

  • SAE J2844وJ2990استانداردهای مربوط به دستورالعمل‌های ایمنی خودروهای برقی و نحوه‌ی کار با اجزای ولتاژ بالا.

• GB/T (استانداردهای ملی چین):

  • GB/T 25085، 25087، 25088تعریف استانداردهای عملکرد سیم و کابل برق در تنظیمات خودرو در بازارهای چین.

  • استانداردهای GB/T اغلب با هنجارهای بین‌المللی همسو هستند، اما منعکس‌کننده شرایط آزمایش محلی و پروتکل‌های ایمنی می‌باشند.

برای هر تولیدکننده‌ای که وارد یک بازار جدید یا مشارکت با تولیدکنندگان اصلی تجهیزات (OEM) می‌شود،انطباق با گواهینامهاختیاری نیست. این امر عملکرد قانونی را تضمین می‌کند و از مقیاس‌پذیری جهانی برای پلتفرم‌های خودرو پشتیبانی می‌کند.

آزمایش‌های مربوط به فرسودگی حرارتی، تحمل ولتاژ و ایمنی

برای تأیید صحت مواد کابل فشار قوی در خودروهای برقی، آزمایش‌های جامعی لازم است. این آزمایش‌ها، استفاده طولانی مدت، شرایط بحرانی و خطرات احتمالی را شبیه‌سازی می‌کنند. دسته‌های اصلی آزمایش‌ها عبارتند از:

• آزمایش‌های پیری حرارتی:

  • ارزیابی عملکرد مواد پس از قرار گرفتن طولانی مدت در معرض گرما (مثلاً ۱۲۵ درجه سانتیگراد به مدت ۳۰۰۰+ ساعت).

  • مطمئن شوید که عایق‌ها و روکش‌ها ترک نمی‌خورند، تغییر شکل نمی‌دهند یا مقاومت مکانیکی خود را از دست نمی‌دهند.

• آزمایش‌های شکست دی‌الکتریک و مقاومت عایقی:

  • توانایی کابل را در مقاومت در برابر شکست الکتریکی در ولتاژهای بالا اندازه‌گیری کنید.

  • ولتاژهای تست معمول، بسته به ظرفیت، از ۱۰۰۰ ولت تا ۵۰۰۰ ولت متغیر هستند.

• آزمایش‌های انتشار شعله:

  • آزمایش شعله عمودی(IEC 60332-1) واستاندارد UL 94رایج هستند.

  • مواد نباید در گسترش آتش نقش داشته باشند یا دود سمی غلیظ منتشر کنند.

• آزمایش‌های انعطاف‌پذیری در سرما و سایش:

  • دوام کابل را در شرایط زمستانی و در حین کار با لرزش زیاد ارزیابی کنید.

• آزمایش مقاومت شیمیایی:

  • شبیه‌سازی مواجهه با مایع ترمز، روغن موتور، اسید باتری و مواد شوینده.

• آزمایش‌های اسپری آب و تراکم:

  • برای کابل‌هایی که از زیر کف یا نزدیک سیستم‌های تهویه مطبوع عبور می‌کنند، بسیار مهم است.

نتایج تعیین می‌کند که آیا مواد برای استفاده در ... تأیید شده‌اند یا خیر.خودروهای برقی مسافربری استاندارد، کامیون‌های تجاری یا محیط‌های با شرایط کاری دشوارمانند خودروهای برقی آفرود و صنعتی.

انطباق با محیط زیست: RoHS، REACH، ELV

مقررات زیست‌محیطی هنگام انتخاب و تأیید مواد کابل به همان اندازه مهم هستند. این مقررات تضمین می‌کنند کهکل وسیله نقلیه - حتی سیم‌کشی آن - غیرسمی، قابل بازیافت و سازگار با محیط زیست است.

• RoHS (محدودیت مواد خطرناک):

  • استفاده از موادی مانند سرب، کادمیوم، جیوه و برخی از مواد ضد حریق را در سیم‌کشی خودرو ممنوع یا محدود می‌کند.

  • تمام مواد کابل خودروهای برقی برای توزیع جهانی باید با استاندارد RoHS مطابقت داشته باشند.

• REACH (ثبت، ارزیابی، مجوز و محدودیت مواد شیمیایی):

  • ایمنی مواد شیمیایی را در اروپا مدیریت می‌کند.

  • مستلزم شفافیت کامل در هر مورد استمواد با نگرانی بسیار بالا (SVHC)در ترکیبات کابل استفاده می‌شود.

• دستورالعمل خودروهای فرسوده (ELV):

  • حکم می‌کند کهحداقل ۹۵٪ از یک وسیله نقلیهباید قابل بازیافت یا استفاده مجدد باشند.

  • توسعه مواد کابل قابل بازیافت و غیر هالوژنه را هدایت می‌کند.

رعایت این مقررات فقط مربوط به ... نیستانطباق قانونیمی‌سازداعتبار برند، کاهش می‌دهدریسک زنجیره تامین، و تضمین می‌کندپایداری زیست‌محیطیدر طول چرخه عمر خودروی برقی.

محرک‌های بازار نوآوری در مواد کابل فشار قوی

پیشرفت‌های فناوری باتری خودروهای برقی

همزمان با تکامل باتری‌های خودروهای برقی - که متراکم‌تر، سریع‌تر شارژ می‌شوند و ولتاژ بالاتری دارند - مواد کابل نگهدارنده نیز باید به موازات آن تکامل یابند.

پیامدهای کلیدی برای مواد کابل عبارتند از:

• جریان عبوری بالاتر، که به رساناهای ضخیم‌تر یا عایق مقاوم‌تر در برابر حرارت نیاز دارد

• افزایش ناگهانی ولتاژدر طول ترمزگیری احیاکننده و شتاب‌گیری سریع، که مستلزم قدرت دی‌الکتریک بهتر است

• طراحی‌های باتری جمع‌وجورترایجاد محدودیت‌های فضایی برای مسیریابی کابل

سیستم‌های کابلی اکنون بایدبا سیستم‌های باتری همگام باشیدبا ارائه:

• بزرگترمدیریت حرارتی

• بالاترانعطاف‌پذیری

• بهترعملکرد الکتریکی تحت فشار

تولیدکنندگان در حال توسعه لایه‌های عایق جدیدی هستند کهپایداری حرارتی و شیمیایی جدیدترین ماژول‌های باتری را منعکس می‌کند، امکان ادغام یکپارچه و ترازبندی عملکرد را فراهم می‌کند.

برای شارژ سریع‌تر و ولتاژ بالاتر تلاش کنید

مشتریان خودروهای برقی انتظار شارژ سریع دارند—در حالت ایده‌آل ۸۰٪ در ۱۵ دقیقه یا کمتر. برای برآورده کردن این انتظار، سیستم‌های خودروهای برقی در حال گذار بهزیرساخت شارژ فوق سریعبا استفاده ازمعماری ۸۰۰ ولت+.

اما شارژ سریع‌تر به این معنی است:

• گرمای بیشترتولید شده در کابل‌ها در حین انتقال برق

• جریان پیک بالاتر، تحت فشار قرار دادن هادی‌ها و عایق‌ها

• خطرات ایمنی بیشتر، به خصوص در هنگام مواجهه با محیط زیست

برای پرداختن به این موضوع، مواد کابل با موارد زیر مهندسی می‌شوند:

• رسانایی حرارتی بهتر

• استراتژی‌های اتلاف حرارت لایه‌ای

• عایق مقاوم در برابر شعله و با دوام بالا که در برابر چرخه حرارتی مقاومت می‌کند

این نوآوری تضمین می‌کند که کابل‌ها به هم نچسبندتنگناها در اکوسیستم‌های شارژ پرسرعت—هم در وسایل نقلیه و هم در ایستگاه‌های شارژ سریع DC.

کاهش وزن برای برد بیشتر

هر کیلوگرم صرفه‌جویی شده در خودروهای برقی به این معنی است کهبرد بیشتر یا راندمان بهترکابل‌ها به طور قابل توجهی در کاهش وزن نقش دارند - به خصوص در مسیرهای طولانی و پرقدرت مانند:

• اتصالات باتری به اینورتر

• سیستم‌های ورودی شارژ

• کابل کشی موتور کششی

این تقاضا، تغییر به موارد زیر را تسریع کرده است:

• هادی‌های آلومینیومی

• عایق فومی یا کامپوزیتی

• پروفیل‌های کابل مینیاتوری با مقاومت دی‌الکتریک بالا

هدف؟ رسیدن به هدفحداکثر قدرت با حداقل موادو از خودروسازان در تلاششان برای برابری برد با خودروهای احتراق داخلی حمایت می‌کند.

الزامات OEM برای دوام و بهره‌وری هزینه

تولیدکنندگان تجهیزات اصلی (OEM) در حال ارائه مشخصات دقیق‌تری در هر دو مورد هستند.عملکرد و قیمتآنها کابل‌هایی می‌خواهند که:

• آخرینحداقل ۱۵ تا ۲۰ سالدر شرایط سخت خودروسازی

• نیازحداقل نگهداری یا جایگزینی

• پشتیبانیخطوط تولید و مونتاژ خودکار

• کاهش هزینه کل موادبدون افت کیفیت

این امر تأمین‌کنندگان کابل را به سمت ... سوق داده است.طرح‌های مدولار, تشخیص هوشمند، وقابلیت‌های تولید انبوه- همه ریشه در مهندسی مواد پیشرفته دارند.

برآورده کردن این الزامات اختیاری نیست—بلکهچگونه تأمین‌کنندگان در قراردادها برنده می‌شوندو در بازار خودروهای برقی رقابتی باقی بماند.

چالش‌های توسعه مواد و تولید انبوه

ایجاد تعادل بین هزینه، عملکرد و پایداری

توسعه مواد کابل با کارایی بالا برای وسایل نقلیه الکتریکی یک عمل متعادل‌سازی ظریف است. مهندسان و تولیدکنندگان وظیفه دارند تا این موارد را با هم ترکیب کنند.عملکرد حرارتی، مکانیکی و الکتریکیباتأثیر کم بر محیط زیستوکارایی هزینهمشکل چیست؟ هر یک از این اولویت‌ها می‌توانند با هم در تضاد باشند.

برای مثال:

• مواد با دمای بالامانند فلوروپلیمرها عملکرد خوبی دارند اما گران هستند و بازیافت آنها دشوار است.

• ترموپلاستیک‌های قابل بازیافتمزایای پایداری را ارائه می‌دهند اما ممکن است فاقد مقاومت حرارتی یا قدرت دی‌الکتریک کافی باشند.

• مواد سبک وزنمصرف انرژی را کاهش می‌دهند اما اغلب به تکنیک‌های تولید پیچیده‌ای نیاز دارند.

برای ایجاد تعادل مناسب، تولیدکنندگان باید:

• بهینه سازی ترکیب موادبا استفاده از پلیمرهای هیبریدی یا عایق لایه‌ای

• کاهش ضایعات و زباله‌هادر طول اکستروژن و تشکیل کابل

• توسعه طرح‌های کابل استاندارد و مقیاس‌پذیرکه برای پلتفرم‌های مختلف خودروهای برقی مناسب هستند

سرمایه‌گذاری در تحقیق و توسعه ضروری است، اما...همکاری بین بخشیبین دانشمندان مواد، مهندسان تولید و کارشناسان نظارتی. شرکت‌هایی که موفق می‌شوند، آن‌هایی خواهند بود کهنوآوری بدون به خطر انداختن عملی بودن یا کنترل هزینه.

پیچیدگی زنجیره تأمین برای پلیمرهای پیشرفته

پلیمرهای با کارایی بالا که در کابل‌های ولتاژ بالای خودروهای برقی استفاده می‌شوند - مانند TPEها، HFFRها و فلوروپلیمرها - اغلب به موارد زیر متکی هستند:

• تامین کنندگان مواد شیمیایی تخصصی

• فرمولاسیون‌های اختصاصی

• رویه‌های پیچیده صدور گواهینامه و رسیدگی

این معرفی می‌کندآسیب‌پذیری‌های زنجیره تأمینبه ویژه در جهانی که به طور فزاینده‌ای تحت تأثیر موارد زیر قرار دارد:

• کمبود مواد اولیه

• تنش‌های تجاری ژئوپلیتیکی

• محدودیت‌های ردپای کربن

برای کاهش این مشکل، تولیدکنندگان کابل در حال بررسی موارد زیر هستند:

• تامین مواد اولیه به صورت محلی

• تأسیسات ترکیب و اکستروژن داخلی

• موادی با دسترسی جهانی انعطاف‌پذیرتر

تولیدکنندگان تجهیزات اصلی (OEM) نیز به نوبه خود خواستار شفافیت زنجیره تأمین هستند و تأمین‌کنندگان را به این سمت سوق می‌دهندگزینه‌های مواد را متنوع کنیدبدون اینکه عملکرد یا انطباق با قوانین را فدا کند. این تغییر فرصت‌هایی را برایارائه دهندگان مواد اولیه کوچک‌تر و منطقه‌ایکه می‌تواند چابکی و انعطاف‌پذیری را ارائه دهد.

ادغام در خطوط تولید خودکار

با افزایش تولید خودروهای برقی به میلیون‌ها واحد در سال، اتوماسیون دیگر اختیاری نیست - بلکه یک ضرورت است. با این حال،نصب کابل همچنان یکی از پرزحمت‌ترین بخش‌ها استمونتاژ خودرو.

چرا؟ چون:

• کابل‌های فشار قوی باید از میان فضاهای تنگ و متغیر شاسی عبور داده شوند.

• انعطاف‌پذیری آنها بسته به جنس و اندازه هادی متفاوت است.

• برای جلوگیری از آسیب، اغلب جابجایی دستی لازم است

بنابراین، نوآوری‌های مادی باید از موارد زیر پشتیبانی کنند:

• جابجایی و خم شدن رباتیک

• رفتار یکنواخت باز و بسته شدن سیم‌پیچ

• ادغام کانکتور استاندارد

• کیت‌های کابل از پیش شکل‌دهی شده یا از پیش مسیردهی شده

تولیدکنندگان در حال توسعه هستندمواد غلاف کابل با شکل پایدارکه پس از خم شدن شکل خود را حفظ می‌کنند، و همچنینژاکت‌های کم اصطکاککه به راحتی در راهنماهای کابل و گیره‌های زیر بدنه قرار می‌گیرند.

آنهایی که در ادغام مواد با ... موفق می‌شوندفرآیندهای مونتاژ خودکاراز نظر هزینه، سرعت و مقیاس‌پذیری، مزیت تعیین‌کننده‌ای به دست خواهد آورد.

روندهای منطقه‌ای و مراکز نوآوری

رهبری چین در نوآوری مواد خودروهای برقی

چین استبزرگترین بازار خودروهای برقی در جهانو در توسعه مواد کابل ولتاژ بالا پیشرو است. تولیدکنندگان کابل و تأمین‌کنندگان مواد چینی از مزایای زیر بهره‌مند می‌شوند:

• نزدیکی به تولیدکنندگان اصلی تجهیزات اصلی خودروهای برقیمانند BYD، NIO، XPeng و Geely

• مشوق‌های دولتی برای تأمین مواد اولیه از منابع محلی

• سرمایه‌گذاری عظیم در مواد تجدیدپذیر و قابل بازیافت

آزمایشگاه‌های تحقیق و توسعه چین در حال گسترش مرزها در موارد زیر هستند:

• اکستروژن هادی آلومینیومی

• مواد مقاوم در برابر شعله با فناوری نانو

• سیستم‌های کابلی حرارتی-الکتریکی یکپارچه

چین همچنین صادرکننده اصلی ...سیستم‌های کابل فشار قوی مطابق با استاندارد GBو به طور فزاینده‌ای به آسیا، آفریقا و اروپای شرقی راهکارهای مقرون‌به‌صرفه و میان‌رده ارائه می‌دهد.

تمرکز اروپا بر پایداری و بازیافت

مراکز نوآوری اروپایی مانند آلمان، فرانسه و هلند بر این موضوع تأکید دارندطراحی اقتصاد چرخشیمقررات اتحادیه اروپا مانندرسیدنوای ال ویسختگیرانه‌تر از اکثر مناطق دیگر هستند و تأمین‌کنندگان را به سمت موارد زیر سوق می‌دهند:

• مواد کابل با سمیت کم و کاملاً قابل بازیافت

• سیستم‌های عایق ترموپلاستیک با بازیافت حلقه بسته

• تولید سبز با استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر

علاوه بر این، پروژه‌های اتحادیه اروپا مانندافق اروپاتحقیق و توسعه مشترک بین تولیدکنندگان کابل، خودروسازان و محققان پلیمر را تأمین مالی کنید. بسیاری از این تلاش‌ها با هدف توسعهمعماری‌های کابلی استاندارد و ماژولارکه ضمن به حداکثر رساندن عملکرد، مصرف مواد را به حداقل می‌رسانند.

سرمایه‌گذاری‌های ایالات متحده در استارت‌آپ‌های کابل نسل بعدی

در حالی که بازار خودروهای برقی ایالات متحده هنوز در حال بلوغ است، شتاب قوی در پشت آن وجود داردنوآوری در مواد نسل بعدیبه ویژه از استارت‌آپ‌ها و شرکت‌های زایشی دانشگاهی. حوزه‌های تمرکز شامل موارد زیر است:

• رساناهای مبتنی بر گرافن

• عایق خود ترمیم شونده

• اکوسیستم‌های کابل هوشمند متصل به پلتفرم‌های ابری

ایالت‌هایی مانند کالیفرنیا و میشیگان به کانون‌های اصلی این بیماری تبدیل شده‌اند.بودجه زیرساخت خودروهای برقیو به تأمین‌کنندگان محلی کمک می‌کند تا راه‌حل‌های جدید کابل فشار قوی برای تسلا، ریویان، لوسید موتورز و سایر برندهای داخلی توسعه دهند.

آمریکا همچنین تأکید می‌کندفناوری ترکیبی نظامی و هوافضابه ویژه در عایق‌بندی با کارایی بالا و طراحی سبک وزن - که آن را به یک پیشرو در ... تبدیل می‌کند.سیستم‌های کابلی با عملکرد فوق‌العادهبرای خودروهای برقی لوکس یا خودروهای برقی سنگین.

همکاری در زنجیره‌های تأمین آسیا و اقیانوسیه

فراتر از چین، کشورهایی مانندکره جنوبی، ژاپن و تایوانبه عنوان مراکز نوآوری در حال ظهور هستندپلیمرهای تخصصی و مواد کابل با گرید الکترونیکیشرکت‌های بزرگ شیمیایی مانند LG Chem، Sumitomo و Mitsui عبارتند از:

• در حال توسعهانواع TPE و XLPEبا خواص برتر

• ارائهمواد با دی‌الکتریک کم و مسدودکننده EMIبه تولیدکنندگان جهانی کابل

• همکاری با تولیدکنندگان اصلی تجهیزات (OEM) جهانی درسیستم‌های کابلی با برند مشترک

بخش خودروسازی ژاپن همچنان در اولویت قرار داردراهکارهای کابلی فشرده و بسیار مهندسی‌شدهدر حالی که تمرکز کره روی ...مقیاس‌پذیری تولید انبوهبرای پذیرش عمومی خودروهای برقی.

این هم افزایی منطقه ای در سراسر آسیا و اقیانوسیه در حال تقویت استزنجیره‌های تأمین جهانیو حصول اطمینان از اینکه نوآوری در کابل‌های فشار قوی همچنان پابرجا می‌ماندبا تکنولوژی بالا و حجم تولید بالا.

فرصت‌های استراتژیک و نقاط داغ سرمایه‌گذاری

تحقیق و توسعه در زمینه ترکیبات پلیمری نسل بعدی

آینده مواد کابل ولتاژ بالا در ... نهفته است.توسعه مداوم پلیمرهای پیشرفتهمناسب برای محیط‌های سخت خودروسازی. سرمایه‌گذاری در تحقیق و توسعه اکنون بر ایجاد موارد زیر متمرکز است:

• مواد چند منظورهکه مقاومت در برابر حرارت، انعطاف‌پذیری و بازدارندگی شعله را با هم ترکیب می‌کنند

• پلیمرهای زیستیکه پایدار و قابل بازیافت هستند

• پلیمرهای هوشمندکه با رفتارهای خودتنظیمی به تغییرات دما یا ولتاژ واکنش نشان می‌دهند

نقاط کانونی نوآوری عبارتند از:

• استارتاپ‌های حوزه موادمتخصص در ترموپلاستیک‌های سبز

• کنسرسیوم‌های تحت رهبری دانشگاهکار بر روی بهبود نانوکامپوزیت‌ها

• آزمایشگاه‌های شرکتیسرمایه‌گذاری در آمیزه‌های پلیمری اختصاصی

این ترکیبات نه تنها برای محیط زیست بهتر هستند، بلکه میزان ... را نیز کاهش می‌دهند.هزینه کل تولید کابلبا ساده‌سازی لایه‌ها و ساده‌سازی تولید. سرمایه‌گذارانی که به دنبال فرصت‌های رشد بالا هستند، در این فضای نوآوری مواد، زمینه‌های حاصلخیزی پیدا می‌کنند، به خصوص که تولیدکنندگان اصلی تجهیزات (OEM) جهانی متعهد به گذار بلندمدت به خودروهای برقی هستند.

بومی‌سازی تولید هادی‌های سبک

کاهش وزن همچنان یکی از قدرتمندترین اهرم‌ها در عملکرد خودروهای برقی است—وتولید هادی سبکیک نقطه عطف نوظهور برای سرمایه‌گذاری محلی است. در حال حاضر، بخش عمده‌ای از تولید هادی آلومینیومی مرغوب و اکستروژن مس ویژه در جهان در چند منطقه متمرکز شده است. بومی‌سازی این قابلیت موارد زیر را ارائه می‌دهد:

• تاب‌آوری زنجیره تأمین

• سرعت بیشتر در انجام امور و سفارشی‌سازی

• هزینه‌های حمل و نقل و کربن کمتر

در کشورهایی مانند هند، ویتنام، برزیل و آفریقای جنوبی، نیروگاه‌های جدید با اهداف زیر ساخته می‌شوند:

• تولید میله و سیم آلیاژ آلومینیوم

• ایجاد رشته‌های مس با خلوص بالا

• استانداردهای محلی مانند BIS، NBR یا SABS را برای استفاده منطقه‌ای از خودروهای برقی اعمال کنید

این روند بومی‌سازی به ویژه برای تولیدکنندگان تجهیزات اصلی (OEM) که به دنبال رعایت الزامات هستند، جذاب است.مقررات محتوای داخلیدر حالی که معیارهای پایداری خود را افزایش می‌دهند.

کاربردهای خاص: eVTOLها، خودروهای برقی سنگین و هایپرکارها

در حالی که بیشترین توجه به خودروهای برقی رایج معطوف شده است، لبه‌ی اصلی نوآوری در حال رخ دادن است.بخش‌های خاص و نوظهور، جایی که عملکرد مواد کابل به شدت تحت فشار قرار می‌گیرد.

• eVTOLها (هواپیمای برقی عمودپرواز)به کابل‌های فوق‌العاده سبک و فوق‌العاده انعطاف‌پذیر با عایق درجه یک هوانوردی نیاز دارند که در برابر تغییرات حرارتی سریع و ارتعاشات مکانیکی مقاومت کند.

• خودروهای برقی سنگین، از جمله اتوبوس‌ها و کامیون‌ها، تقاضاکابل‌های جریان فوق العاده بالابا غلاف‌های بیرونی مستحکم که در برابر آسیب مکانیکی مقاوم هستند و دوام بیشتری را ارائه می‌دهند.

• هایپرکارها و خودروهای برقی پرفورمنسمانند خودروهای لوتوس، ریماک یا تسلا رودسترسیستم‌های ۸۰۰ ولت به بالاو به کابل‌هایی نیاز دارند که بتوانند از شارژ سریع، ترمز احیاکننده و خنک‌کننده پیشرفته پشتیبانی کنند.

این بخش‌ها موارد زیر را ارائه می‌دهند:

• حاشیه سود بالاتربرای نوآوری در مواد

• پلتفرم‌های پذیرش اولیهبرای فناوری‌هایی که هنوز در مقیاس انبوه قابل استفاده نیستند

• فرصت‌های بی‌نظیر برندسازی مشترکبرای تأمین‌کنندگانی که در حال ایجاد زمینه‌های جدید هستند

برای شرکت‌های تولیدکننده مواد اولیه و کابل، این یک فضای عالی برای آزمایش و اصلاح است.سیستم‌های کابلی ممتازقبل از اجرای گسترده‌تر.

مقاوم‌سازی و ارتقاء ناوگان‌های خودروهای برقی موجود

یکی دیگر از فرصت‌های نادیده گرفته شده،بازار مقاوم سازی و ارتقاءبا افزایش سن خودروهای برقی نسل اولیه، آنها موارد زیر را ارائه می‌دهند:

• نیازی بهکابل‌های فشار قوی فرسوده را تعویض کنید

• فرصت‌هایی برایسیستم‌های خود را برای ولتاژ بالاتر یا شارژ سریع‌تر ارتقا دهید

• الزامات نظارتی برایبه‌روزرسانی‌های مربوط به ایمنی در برابر آتش‌سوزی یا انطباق با مقررات انتشار گازهای گلخانه‌ای

تولیدکنندگان کابل پیشنهاد می‌دهندکیت‌های جایگزین ماژولار و قابل نصبمی‌تواند به موارد زیر دسترسی پیدا کند:

• ناوگان‌هایی که توسط دولت‌ها و شرکت‌های لجستیکی اداره می‌شوند

• تعمیرگاه‌ها و شبکه‌های خدماتی دارای مجوز

• شرکت‌های تعویض باتری و عملیات بازیافت مجدد

این بازار به ویژه در مناطقی که موج اول پذیرش خودروهای برقی در آنها گسترده است (مانند نروژ، ژاپن، کالیفرنیا) جذاب است، جایی که قدیمی‌ترین خودروهای برقی اکنون از گارانتی خارج شده‌اند و نیاز به ...قطعات تخصصی پس از فروش.

چشم‌انداز آینده و پیش‌بینی‌های بلندمدت

سازگاری با سیستم ولتاژ بالا ۸۰۰ ولت به بالا

گذار از ۴۰۰ ولت بهپلتفرم‌های خودروهای برقی ۸۰۰ ولتی+دیگر فقط یک روند نیست - این استانداردی برای عملکرد نسل بعدی است. خودروسازانی مانند هیوندای، پورشه و لوسید در حال حاضر این سیستم‌ها را به کار می‌گیرند و برندهای بازار انبوه به سرعت در حال پیروی از آنها هستند.

مواد کابل اکنون باید موارد زیر را ارائه دهند:

• قدرت دی الکتریک بالاتر

• محافظ EMI برتر

• پایداری حرارتی بهتر در شرایط شارژ فوق سریع

این تغییر مستلزم موارد زیر است:

• مواد عایق نازک‌تر و سبک‌تربا همان عملکرد یا بهتر

• ویژگی‌های مدیریت حرارتی یکپارچهدر طراحی کابل

• سازگاری از پیش مهندسی شدهبا کانکتورهای ۸۰۰ ولت و قطعات الکترونیکی قدرت

چشم‌انداز بلندمدت روشن است:کابل‌ها یا باید تکامل یابند یا کنار گذاشته شوندتأمین‌کنندگانی که این تحول را پیش‌بینی کنند، برای عقد قرارداد با برندهای پیشرو در زمینه خودروهای برقی در موقعیت بهتری قرار خواهند گرفت.

روندها به سمت ماژول‌های کابل کاملاً یکپارچه

سیستم‌های کابلی در حال تبدیل شدن به چیزی بیش از سیم‌کشی صرف هستند - آنها در حال تکامل به ...ماژول‌های قابل اتصال و اجراکه ادغام می‌شوند:

• هادی‌های برق

• خطوط سیگنال

• کانال‌های خنک‌کننده

• سپرهای EMI

• حسگرهای هوشمند

این سیستم‌های مدولار:

• کاهش زمان مونتاژ

• بهبود قابلیت اطمینان

• ساده‌سازی مسیریابی در طرح‌بندی‌های فشرده شاسی خودروهای برقی

پیامدهای مادی شامل نیاز به موارد زیر است:

• سازگاری چند لایه

• اکستروژن همزمان مخلوط‌های پلیمری متنوع

• رفتار هوشمند موادمانند پاسخ حرارتی یا ولتاژی

این روند، آنچه را که در لوازم الکترونیکی مصرفی اتفاق افتاد، منعکس می‌کند—اجزای کمتر، ادغام بیشتر، عملکرد بهتر.

نقش در پلتفرم‌های خودروهای برقی خودران و متصل

همزمان با حرکت خودروهای برقی به سمت خودران کامل، تقاضا برایوضوح سیگنال, یکپارچگی انتقال داده، وتشخیص بلادرنگمواد کابل ولتاژ بالا نقش فزاینده‌ای در توانمندسازی موارد زیر خواهند داشت:

• محیط‌های کم‌صداحیاتی برای رادار و لیدار

• انتقال داده در کنار برقدر مهارهای ترکیبی

• کابل‌های خود-نظارتیکه تشخیص‌ها را به سیستم‌های کنترل خودروهای خودران ارائه می‌دهند

مواد باید از موارد زیر پشتیبانی کنند:

• محافظ ترکیبی برق-داده

• مقاومت در برابر تداخل سیگنال دیجیتال

• انعطاف‌پذیری برای طرح‌های جدید غنی از حسگر

آینده خودروهای برقی، الکتریکی است—اما همچنینهوشمند، متصل و خودکارمواد کابل‌های ولتاژ بالا فقط نقش پشتیبان ندارند - آنها در حال تبدیل شدن به عنصر اصلی در نحوه عملکرد و ارتباط این وسایل نقلیه هوشمند هستند.

نتیجه‌گیری

تکامل مواد کابل‌های ولتاژ بالای خودروهای برقی فقط داستان شیمی و رسانایی نیست - بلکه درباره ...مهندسی آینده‌ی حمل و نقلهمزمان با قدرتمندتر، کارآمدتر و هوشمندتر شدن خودروهای برقی، موادی که شبکه‌های داخلی آنها را تغذیه می‌کنند نیز باید همگام با این پیشرفت‌ها پیش بروند.

ازهادی‌های سبک و عایق‌های قابل بازیافت to کابل‌های هوشمند و سازگاری با ولتاژ بالانوآوری‌هایی که این حوزه را شکل می‌دهند، به اندازه‌ی ابزارهایی که در اختیار دارند، پویا هستند. فرصت‌ها برای محققان، تولیدکنندگان، سرمایه‌گذاران و تولیدکنندگان تجهیزات اصلی (OEM) بسیار گسترده است.

پیشرفت بزرگ بعدی؟ می‌تواند یکعایق نانو مهندسی شده، یکپلتفرم کابل مدولار، یا یکرسانای زیستیکه پایداری در خودروهای برقی را تغییر شکل می‌دهد. یک چیز واضح است: آینده برای نوآوری برنامه‌ریزی شده است.

سوالات متداول

۱. چه موادی جایگزین عایق سنتی در کابل‌های ولتاژ بالای خودروهای برقی می‌شوند؟
الاستومرهای ترموپلاستیک قابل بازیافت (TPE)، ترکیبات مقاوم در برابر شعله بدون هالوژن (HFFR) و پلیمرهای مبتنی بر سیلیکون به دلیل عملکرد حرارتی، زیست‌محیطی و ایمنی بهتر، به طور فزاینده‌ای جایگزین PVC و XLPE می‌شوند.

۲. طراحی کابل ولتاژ بالا چگونه بر عملکرد خودروهای برقی تأثیر می‌گذارد؟
طراحی کابل بر وزن، اتلاف انرژی، تداخل الکترومغناطیسی و راندمان حرارتی تأثیر می‌گذارد. کابل‌های سبک‌تر و عایق‌بندی‌شده بهتر، برد، زمان شارژ و قابلیت اطمینان کلی سیستم را بهبود می‌بخشند.

۳. آیا کابل‌های هوشمند در خودروهای برقی تجاری به واقعیت تبدیل می‌شوند؟
بله، چندین مدل خودروی برقی لوکس و ناوگانی اکنون شامل کابل‌هایی با حسگرهای تعبیه‌شده برای نظارت بر دما، ولتاژ و عایق‌بندی هستند که باعث افزایش نگهداری پیش‌بینی‌شده و ایمنی سیستم می‌شود.

۴. مقررات کلیدی برای تأیید مواد کابل خودروهای برقی چیست؟
استانداردهای کلیدی شامل ISO 6722، SAE J1654، IEC 60332، RoHS، REACH و ELV می‌شوند. این استانداردها عملکرد، ایمنی و تأثیر زیست‌محیطی را پوشش می‌دهند.

۵. کدام منطقه در تحقیق و توسعه مواد کابل فشار قوی پیشرو است؟
چین از نظر حجم و ادغام صنعتی پیشرو است؛ اروپا بر پایداری و بازیافت‌پذیری تمرکز دارد؛ ایالات متحده و ژاپن در زمینه مواد پیشرفته و مناسب برای هوافضا سرآمد هستند.