Duże kable, duże problemy (Cz.1)

Wprowadzenie

Pojazdy elektryczne wprowadzą kolejną falę innowacji na rynku motoryzacyjnym. Na podstawie prognoz Morgan Stanley jeszcze z 2017 roku, wraz z dojrzewaniem technologii, rynek pojazdów elektrycznych gwałtownie wzrośnie, osiągając punkt przełamania około roku 2035. Do 2050 r. 4 z 5 samochodów sprzedawanych na świecie będą pojazdami o napędzie bateryjnym (battery energy vehicles) a łączno ilość BEV może zrównać się z ilością pojazdów napędzanych silnikami spalinowymi (internal conmbustion engine, ICE) po raz pierwszy tuż przed 2050 r. Aby wzrost ten stał się rzeczywistością, producenci wiązek muszą położyć większy nacisk na zagniatanie przewodów o dużych przekrojach.

W artykule przeanalizowane zostaną wyzwania związane z przygotowaniem i zaciskaniem miedzianych i aluminiowych kabli wysokiego napięcia, w szczególności dla rynku pojazdów elektrycznych (EV).

© TE Connectivity

Czym jest ‘duży kabel’?

Kable można ogólnie podzielić na trzy rozmiary: mały przewód o przekroju mniejszym lub równym 1 mm2 (18 AWG), przewód średni (od 1 mm2 do 10 mm2, tj. 18 AWG-7 AWG) i duży przewód, tj. większy niż 10 mm2 (6 AWG).

Kable o dużej średnicy są szeroko stosowane w przemyśle motoryzacyjnym, lotnictwie, lekkich i ciężkich kolejach, magazynowaniu energii, systemach akumulatorowych i innych aplikacjach.

© TE Connectivity

Obecny krajobraz rynku BEV

Rynek kabli o dużym przekroju stale ewoluuje. Weźmy rynek pojazdów elektrycznych jako dobry przykład zmieniającego się krajobrazu: w porównaniu z pojazdami typu ICE, pojazdy elektryczne nie są jeszcze rozpowszechnione, lecz ich oferta szybko rośnie. W 2019 roku zostało wprowadzonych na rynek 50 nowych pojazdów typu BEV. Zamiast przeróbek istniejących modeli, coraz większa część tych pojazdów została od podstaw zaprojektowana z myślą o elektrycznym układzie napędowym. Modele pochodzą od ponad 35 marek, nie tylko tych dobrze rozpoznawalnych, ale także zupełnie nowych graczy na rynku.

Szeroki rynek pojazdów EV tworzy równie szeroką ofertę okuć i terminali. Ponieważ tworzy się tak wiele dostępnych rodzajów połączeń kabli o większych rozmiarach, różniących się znacznie w zależności od funkcjonalności i rynku, dla producentów wiązek pojawiają się zupełnie nowe wyzwania, związane z wyborem odpowiednich narzędzi.  © TE Connectivity

Pomimo iż pojazdy elektryczne stanowią obecnie mniej niż 3% światowej sprzedaży, eksperci branżowi przewidują, że ich sprzedaż szybko wzrośnie, dzięki ciągłemu postępowi technologicznemu, który zmniejsza lukę w cenie i funkcjonalności pojazdów elektrycznych w porównaniu z tradycyjnymi silnikami ICE. Przykładowo, na jednym ładowaniu pojazdy elektryczne przystosowane mogą teraz podróżować od 128 km (80 mil) do ponad 482 km (300 mil).

Jednak dziś konsumentów powstrzymują wysokie koszty początkowe, obawa o zasięg, bezpieczeństwo baterii, długi czas ładowania i dostępność stacji ładowania. Aby uzyskać szeroką akceptację, wszystkie te mankamenty muszą zostać dopracowane. 

Przygotowanie kabla ekranowanego wysokiego napięcia

Oprócz pojazdów typu BEV na rynku pojawiają się hybrydowe pojazdy elektryczne (HEV) i hybrydowe pojazdy elektryczne typu plug-in (PHEV). Chociaż nie są one całkowicie elektryczne, oprócz konwencjonalnego silnika ICE, posiadają wysoce zelektryfikowany układ napędowy. Pojazdy PHEV na ogół mogą jeździć wyłącznie na zasilaniu bateryjnym przez około 40 mil, zanim będą musiały przełączyć się na napęd spalinowy lub naładować. Według prognoz branżowych 50% nowych samochodów sprzedawanych do 2030 roku będzie miało zelektryfikowane układy napędowe.

Poniżej przedstawiono zestawienie przedstawiające zastosowanie dużych kabli w układach napędowych pojazdów elektrycznych.

© TE Connectivity

Technologie HEV/PHEV oraz BEV przenikają się wzajemnie, ale całkowicie elektryczne układy napędowe stawiają najwyższe wymagania prądowe i wymagają stosowania kabli o dużych przekrojach. Natomiast wraz ze wzrostem rozmiarów kabli rosną wyzwania związane z ich przygotowaniem do zaciskania. Kable HEM są specjalnie zaprojektowane do ekranowania elektroniki, anten i czujników znajdujących się w pojeździe przed zakłóceniami wysokiego napięcia, wytwarzanymi w zelektryfikowanym układzie napędowym. Pięciowarstwowe kable stosowane w samochodach osobowych, ciężarowych i autobusach mają wyjątkowe wymagania ze względu na wewnętrzną strukturę kabla (Rysunek poniżej).

TE Connectivity