뉴스 - 자동차 전기 케이블의 혁신: 시장의 새로운 소식은 무엇인가?

자동차 산업이 급속도로 발전함에 따라 전기 케이블은 현대 자동차의 핵심 부품이 되었습니다. 자동차 전기 케이블 분야의 최신 혁신 기술은 다음과 같습니다.

1. EV용 고전압 케이블

전기차용 고전압 케이블은 전기차에서 고전압 배터리, 인버터, 에어컨 컴프레서, 3상 발전기, 전기 모터를 연결하여 전기 에너지를 전달하는 핵심 부품입니다. 기존 연료 차량에 사용되는 케이블과 비교하여 전기차용 고전압 케이블은 다음과 같은 특성과 요구 사항을 갖습니다.

고전압 및 고전류: EV 고전압 케이블은 최대 600VAC/900VDC(승용차) 또는 1000VAC/1500VDC(상용차)의 전압과 250A에서 450A 이상의 전류를 처리하도록 설계되었습니다. 이는 기존 연료 차량에 일반적으로 사용되는 12V 시스템보다 훨씬 높습니다.

도체 재질: 도체는 일반적으로 전도성과 내식성을 향상시키기 위해 열처리된 연동선 또는 주석 도금된 구리선으로 제작됩니다. 무산소 구리선(산소 함량 0.001% 미만, 순도 99.99% 이상)은 고순도 및 비취성 특성으로 인해 EV 고전압 케이블에 널리 사용됩니다.

절연 및 피복재료: 고전압, 고전류의 요구사항을 충족하기 위해 고전압 케이블은 실리콘 고무, 가교 폴리에틸렌 또는 가교 폴리올레핀과 같이 내열성과 난연 효과가 우수하고 150℃ 이상의 고온을 견딜 수 있는 두꺼운 벽 두께의 절연재료로 절연됩니다.

차폐 및 보호: 고전압 케이블은 전자기장 노이즈와 전자기 간섭을 줄이기 위해 전자기 차폐가 필요하며, 케이블 외층의 보호재(단열 튜브, 컴파일 튜브 등)와 밀봉 링은 케이블이 혹독한 환경에서도 방수, 방진, 내마모성을 갖도록 보장합니다.

설계 및 배선: 전기차용 고전압 케이블 설계는 배선 공간 제약, 안전 요건(예: 고전압 및 저전압 도체 간 최소 100mm 이상 간격), 무게 및 비용을 고려해야 합니다. 케이블의 굽힘 반경, 고정 지점까지의 거리, 그리고 사용 환경(예: 차량 내부 또는 외부) 또한 케이블 설계 및 선정에 영향을 미칩니다.

표준 및 사양: 전기 자동차용 고전압 케이블의 설계 및 제조는 QC-T1037 자동차 산업 표준(도로 차량용 고전압 케이블) 및 TCAS 356-2019 신에너지 자동차용 고전압 케이블과 같은 일련의 산업 표준을 따릅니다. 이러한 표준은 케이블의 전기적 성능, 기계적 성능 및 환경 적응성에 대한 구체적인 요건을 제시합니다.

용도: 전기차용 고전압 케이블은 차량 내부 연결뿐 아니라 충전 포트와 배터리, 배터리 내부, 배터리와 엔진 및 기타 부품, 배터리 에너지 저장 장치 등 다양한 분야에 사용됩니다. 케이블은 고온 및 저온 환경, 염분 분무, 전자기장, 오일 및 화학 물질과 같은 혹독한 환경을 견뎌낼 수 있어야 합니다.

전기차용 고전압 케이블의 개발 및 적용은 지속 가능하고 기후 친화적인 전기 자동차의 미래를 촉진하는 핵심 요소 중 하나입니다. 전기차 기술이 지속적으로 발전함에 따라, 고전압 케이블의 성능과 표준은 증가하는 송전 및 안전 요건을 충족하도록 지속적으로 최적화되고 있습니다.

2. 경량 알루미늄 케이블

경량 알루미늄 자동차 케이블의 채택은 자동차 산업, 특히 신에너지 자동차 산업에서 경량화, 에너지 효율, 그리고 주행거리를 추구하는 중요한 트렌드 중 하나입니다. 다음은 경량 알루미늄 자동차 케이블에 대한 자세한 분석입니다.

배경 및 추세

자동차 경량화 수요: 신에너지 자동차의 급속한 발전으로 자동차 경량화 설계에 대한 수요가 더욱 증가하고 있습니다. 자동차 동력 전달의 주요 구성 요소인 전선과 케이블은 전통적으로 구리를 도체로 사용하여 설계되어 왔지만, 구리 심선 케이블은 가격이 비싸고 품질이 좋지 않습니다. 따라서 가볍고 저렴한 자동차용 알루미늄 도선 및 케이블 개발은 자동차 경량화 설계에 필수적인 선택이 되었습니다.

알루미늄 케이블의 장점: 기존 전력 산업은 알루미늄 케이블을 오랫동안 사용해 왔습니다. 알루미늄 케이블은 저렴하고 가벼우며 수명이 길어 특히 고전압 장거리 송전에 적합합니다. 중국은 알루미늄 자원이 풍부하고, 원자재 가격 변동이 심하지 않으며, 비용 안정성이 높고 관리가 용이합니다. 신에너지 자동차 산업에서 구리 케이블 대신 알루미늄 케이블을 사용하는 것은 무게와 비용을 줄이는 이상적인 솔루션입니다.

알루미늄 와이어 제품 적용 사례

버스 모델: 배터리 팩 내부 및 외부 초음파 용접 알루미늄 와이어, 대구경 전원 연결 와이어 사용, 알루미늄 와이어를 사용하는 장점은 분명합니다.

승용차: DC 버스바는 50mm² 알루미늄 케이블을 채택하여 양산에 성공했습니다. 초음파 용접을 사용하면 접합부의 전기적 접촉 성능이 효과적으로 향상되고, 구리선에 비해 배선 하네스의 품질이 크게 떨어집니다.

AC 충전 건: 고강도 굽힘 방지 알루미늄 합금 와이어를 사용하여 무게가 가볍고 노화 테스트에서 성능이 안정적이며 점차 대량 생산에 들어갔습니다. 승용차용 DC 충전 포트 와이어는 알루미늄 와이어를 사용하여 방열성을 개선하고 원형 충전 포트 단자에 초음파 용접을 사용하여 전기 접촉 성능을 크게 향상시키고 발열량을 줄이며 사용 수명을 향상시킵니다.

구리와 알루미늄의 성능 차이

저항률과 전도도: 알루미늄과 구리의 저항률이 다르기 때문에 알루미늄 도체의 전도도는 62% IACS입니다. 알루미늄 도체의 단면적이 구리의 1.6배이면 전기적 성능은 구리와 동일합니다.

질량비: 알루미늄의 비중은 2.7kg/m³이고, 구리의 비중은 8.89kg/m³이므로, 두 재료의 질량비는 (2.7×160%)/(8.89×1)≈50%입니다. 이는 동일한 전기적 성능에서 알루미늄 도체의 질량은 구리 도체의 1/2에 불과함을 의미합니다.

시장 공간 및 전망

연간 성장률: 시장 분석에 따르면 알루미늄 압연판 및 압출재의 연간 성장률은 2025년까지 약 30%가 될 것으로 예상되며, 이는 자동차 경량화 분야에서 알루미늄이 엄청난 잠재력을 가지고 있음을 보여줍니다.

불확실성 분석

비용 요소: 알루미늄 케이블은 비용상 이점이 있지만 자동차 산업에서 강철 대신 알루미늄의 비용이 상승하는 부정적인 요소가 있어 알루미늄 케이블의 대중화 속도에 영향을 미칠 수 있습니다.

기술적 과제: 자동차에 알루미늄 케이블을 적용하는 데에는 여전히 접합부의 전기적 접촉 성능 향상, 방열 최적화 등의 기술적 과제가 있으며, 이는 기술 혁신을 통해 해결해야 합니다.

경량 알루미늄 자동차 케이블의 채택은 자동차 산업이 에너지 절약, 배기가스 저감, 그리고 주행 거리 향상을 추구하는 데 있어 필수적인 추세입니다. 기술의 지속적인 발전과 비용 최적화를 통해 자동차 산업에서 알루미늄 케이블의 적용 범위가 더욱 확대될 것이며, 이는 자동차 경량화, 에너지 절약 및 배기가스 저감에 크게 기여할 것입니다.

3. EMI 감소를 위한 차폐 케이블

자동차의 전자파 간섭(EMI)은 복잡한 문제이며, 특히 고전력 전자 장치의 집중적인 사용으로 인해 전기 자동차와 하이브리드 자동차에서 더욱 심각합니다. EMI의 주요 원인 중 하나인 자동차 배선 하네스의 설계 및 소재 선택은 EMI를 최소화하는 데 매우 중요합니다. 차폐 케이블을 사용하여 자동차의 EMI를 줄이는 방법에 대한 몇 가지 핵심 사항은 다음과 같습니다.

차폐 케이블의 작동 원리: 차폐 케이블은 도체 주위에 금속 브레이드 또는 호일 층을 추가하여 작동합니다. 이 차폐는 전자기파를 반사하고 흡수하여 EMI를 줄입니다. 차폐는 접지에 연결되어 포착된 전자기 에너지를 접지로 전달하여 다른 전자 장치를 방해하지 않도록 합니다.

차폐 유형: 차폐에는 편조 금속 차폐와 포일 차폐의 두 가지 주요 유형이 있습니다. 편조 금속 차폐는 더 나은 기계적 강도와 유연성을 제공하는 반면, 포일 차폐는 저주파에서 더 나은 차폐 성능을 제공합니다. 자동차 분야에서는 최적의 차폐를 위해 이 두 가지 차폐 유형을 조합하여 사용하는 것이 일반적입니다.

차폐 접지: 차폐 케이블이 효과적이려면 차폐가 제대로 접지되어야 합니다. 차폐가 제대로 접지되지 않으면 안테나 역할을 하여 EMI가 증가할 수 있습니다. 자동차에서는 접지 경로를 확보하기 위해 차량의 금속 프레임에 차폐를 부착하는 것이 일반적입니다.

차폐 케이블 사용 사례: 자동차에서 차폐 케이블은 주로 EMI에 취약하거나 그 자체가 EMI 발생원이 될 수 있는 주요 신호 및 제어 회선에 사용됩니다. 예를 들어, 엔진 제어 장치(ECU), 센서 신호, 차량 내 네트워크(예: CAN 버스), 엔터테인먼트 시스템에 사용되는 회선은 일반적으로 차폐 케이블을 사용합니다.

차폐 케이블과 비차폐 케이블의 결합 사용: 공간이 제한된 자동차 환경에서는 고전압 케이블과 저전압 케이블이 서로 가까이 배치되는 경우가 많습니다. EMI를 최소화하기 위해 고전압 케이블은 차폐 케이블로 설계하고, 저전압 케이블은 비차폐 케이블로 설계할 수 있습니다. 이렇게 하면 고전압 케이블의 차폐가 저전압 케이블을 EMI로부터 보호합니다.

케이블 레이아웃 및 설계: 차폐 케이블을 사용하는 것 외에도 적절한 케이블 레이아웃 또한 매우 중요합니다. 케이블 루프는 EMI를 증가시키므로 루프 형성을 피해야 합니다. 또한, 케이블은 모터나 전력 변환기와 같은 EMI 발생원으로부터 최대한 멀리 떨어져 있어야 합니다.

필터 사용: 차폐 케이블 외에도 케이블 양쪽 끝에 EMI 필터를 추가하여 EMI를 더욱 최소화할 수 있습니다. 필터는 커패시터나 인덕터일 수 있으며, 특정 주파수 범위의 노이즈를 걸러냅니다.

요약하자면, 차폐 케이블을 사용하고 이를 올바른 케이블 레이아웃과 필터링 기술과 결합하면 자동차의 EMI를 크게 줄일 수 있고, 이를 통해 전자 장비의 신뢰성과 성능을 향상시킬 수 있습니다.

4. 고온 내성 케이블

고온 내성 자동차 케이블은 자동차 산업에서 고온 환경에서 안정적인 성능을 유지하도록 설계된 케이블입니다. 엔진룸과 같은 고온 환경에서 신뢰성과 안전성을 보장하기 위해 주로 여러 특수 소재로 제작됩니다. 고온 내성 자동차 케이블에 사용되는 몇 가지 일반적인 소재는 다음과 같습니다.

TPE 소재: 스티렌, 올레핀, 디엔, 염화비닐, 폴리에스터, 에스터, 아미드, 유기불소, 실리콘, 비닐 등을 포함한 열가소성 엘라스토머(열가소성 엘라스토머). 현재 SEBS(스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 블록 공중합체) 기반 엘라스토머가 가장 널리 사용되는 TPE 소재입니다.

TPU 소재: 열가소성 폴리우레탄(Thermoplastic Polyurethane)은 분자 구조가 강성 블록과 유연한 사슬 부분으로 폴리에스터형과 폴리에테르형으로 나뉜다. TPU 소재는 사출성형 가공 과정에서 40% 이상, 압출성형에서 약 35% 정도를 차지하며, 탄성과 내마모성이 좋다.

PVC 소재: 폴리염화비닐(Polyvinyl Chloride)은 다양한 양의 가소제를 첨가하여 부드러움을 조절하고, "유리 전이" 온도를 낮추어 유연성과 가소성이 뛰어나고 성형 가공이 용이합니다.

실리콘 소재: 활성도가 높은 흡착 소재로, 비정질 물질이며 열경화성 고무입니다. 실리콘은 내열성과 내한성이 우수하며 -60°C에서 +180°C 이상의 넓은 작동 온도 범위를 가지고 있습니다.

XLPE 가교 폴리에틸렌: 열경화성 엘라스토머로의 화학적 가교를 통해 절연 특성이 향상되고, 케이블 내열 온도 범위가 확장되어 성능이 향상됩니다. XLPE 케이블은 연소 시 이산화탄소와 물이 생성되지 않아 비교적 친환경적입니다.

이러한 소재의 선택과 사용은 고온 내성 자동차 케이블을 엔진룸이나 배기 시스템 근처와 같은 고온 환경에서 장기간 안정적으로 작동시켜 자동차 전기 시스템의 정상적인 작동을 보장합니다. 또한, 고온 내성 케이블은 내유성, 내수성, 내산성 및 내알칼리성, 내식성, 내노화성 등의 장점을 가지고 있습니다. 야금, 전력, 석유화학, 철도 차량, 에너지, 철강, 전기 기기 등 다양한 분야에 적합합니다. 고온 내성 케이블을 선택할 때는 실제 적용 환경, 온도 환경, 전압 레벨 등 다양한 요인에 따라 적합한 모델을 선택해야 고온 환경에서도 케이블의 성능과 안전성을 보장할 수 있습니다.

5. 센서가 통합된 스마트 케이블

센서가 내장된 스마트카 케이블은 최신 스마트카의 필수 요소이며, 차량의 전기 및 전자 아키텍처에서 핵심적인 역할을 합니다. 스마트카 케이블은 전력 전송뿐만 아니라, 더 중요한 것은 데이터와 제어 신호를 전달하여 차량 내 마이크로컨트롤러 유닛(MCU), 센서, 액추에이터 및 기타 전자 제어 유닛(ECU)을 연결하고 차량의 "신경망"을 형성한다는 것입니다.

스마트카 케이블의 기능과 중요성

데이터 전송: 스마트카 케이블은 센서에서 MCU로 데이터를 전송하고 MCU에서 액추에이터로 명령을 전송하는 역할을 합니다. 이 데이터에는 속도, 온도, 압력, 위치 등이 포함되지만 이에 국한되지는 않으며, 차량의 정밀한 제어에 필수적입니다.
전력 분배: 케이블은 데이터를 전송할 뿐만 아니라, 자동차의 다양한 전자 장치에 전력을 분배하여 제대로 작동하도록 보장하는 역할도 합니다.
안전 및 보안: 케이블은 내화성 재료 사용 및 과전류 보호 설정 등 안전을 염두에 두고 설계되었으며, 오작동 발생 시 회로를 적절한 시기에 차단하여 잠재적인 안전 위험을 방지합니다.

설계 요구 사항

스마트카 케이블의 설계는 다음 요구 사항을 충족해야 합니다.

신뢰성: 케이블은 고온, 저온, 진동, 습도 등 자동차의 다양한 열악한 환경에서도 안정적으로 작동할 수 있어야 합니다.
내구성: 케이블은 고장 없이 장기간 사용할 수 있을 만큼 내구성이 있어야 합니다.
안전: 케이블은 단락 위험을 줄이기 위해 잘 절연되어야 하며 필요한 보호 메커니즘을 갖춰야 합니다.
경량성: 차량의 경량화가 추세에 따라, 차량의 전체 무게를 줄이기 위해 케이블도 최대한 가볍고 얇아야 합니다.
전자파 적합성: 케이블은 신호 간섭을 줄이기 위해 우수한 차폐 성능을 가져야 합니다.

응용 프로그램 시나리오

스마트카 케이블은 다음을 포함하되 이에 국한되지 않는 다양한 자동차 시스템에 널리 사용됩니다.

엔진 제어 시스템: 엔진 ECU와 센서 및 액추에이터를 연결하여 엔진을 정밀하게 제어합니다.
차체 제어 시스템: 차체 제어 모듈(BCM)을 창문, 도어 잠금 장치, 조명 및 기타 시스템에 연결합니다.
운전자 보조 시스템: ADAS(고급 운전자 보조 시스템) 컨트롤러를 카메라, 레이더 등의 센서와 연결합니다.
인포테인먼트 시스템: 멀티미디어 센터를 오디오 스피커, 내비게이션 시스템 등과 연결합니다.

미래 트렌드

자동차 전자 및 전기 아키텍처가 발전함에 따라 스마트카 케이블도 발전하고 있습니다. 향후 트렌드는 다음과 같습니다.

중앙 집중형 아키텍처: 자동차 전자 아키텍처가 분산형에서 중앙 집중형으로 전환됨에 따라 케이블의 복잡성과 길이가 줄어들어 차량 무게를 줄이고 정보 흐름의 효율성을 개선하는 데 도움이 될 가능성이 높습니다.
지능형 관리: 케이블에는 내장 센서, 스마트 커넥터 등 보다 지능적인 구성 요소가 통합되어 자체 진단 및 상태 보고가 가능해집니다.
새로운 소재의 적용: 무게를 더욱 줄이고 성능을 향상시키기 위해 케이블은 새로운 경량 소재로 만들어질 수 있습니다.

스마트카 케이블은 자동차 전자 시스템을 연결하는 핵심 부품이며, 그 설계와 성능은 자동차의 안전과 신뢰성을 보장하는 데 매우 중요합니다. 기술이 발전하고 자동차 전자 기술이 발전함에 따라, 스마트카 케이블은 더 높은 성능에 대한 요구를 충족하기 위해 계속해서 발전할 것입니다.

6. 생분해성 및 친환경 케이블

환경 보호와 지속 가능한 개발을 추구하는 상황에서, 생분해성 친환경 자동차 케이블이 자동차 제조 업계의 주요 화두로 떠오르고 있습니다. 이러한 케이블은 성능 측면에서 자동차 산업의 요구를 충족할 뿐만 아니라 환경 보호 측면에서도 상당한 이점을 제공합니다.

생분해성 절연 케이블

생분해성 절연 케이블은 생분해성 절연 재료로 제작되며, 특정 환경 조건 하에서 미생물의 대사 작용을 통해 점진적으로 분해되어 궁극적으로 이산화탄소와 물과 같은 친환경적인 저분자로 전환됩니다. 이 과정에는 일반적으로 일정 시간과 적절한 환경 조건이 필요합니다. 생분해성 케이블 사용은 친환경적이고 지속 가능한 개발 원칙에 부합합니다. 환경에 미치는 영향을 최소화하면서 케이블의 성능을 보장하고 친환경 케이블 산업의 발전을 촉진합니다.

무공해 절연 바니시를 사용한 케이블

무공해 케이블용 절연 바니시는 유해 성분이 함유된 기존 케이블의 절연 재료를 무해한 절연 바니시로 대체합니다. 이 혁신적인 기술은 환경 오염을 줄일 뿐만 아니라 케이블의 안전성과 신뢰성을 향상시킵니다.

자동차 케이블의 생물 기반 소재

바이오 기반 소재, 특히 폴리락틱산(PLA) 섬유, 복합소재, 나일론은 생분해성, 친환경적인 생산 및 가공, 다양한 원료 공급원, 낮은 악취 및 휘발성 유기 화합물(VOC) 함량 등의 특징으로 자동차 산업에 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 생산량이 크게 증가함에 따라 천연 자원에서 유래한 바이오 기반 폴리머인 폴리락틱산(PLA) 또한 눈부신 발전을 이루었습니다. PLA는 천연 옥수수에서 화학적으로 합성됩니다. PLA는 폐기 후 미생물에 의해 이산화탄소와 물로 분해될 수 있으며, 환경 오염을 유발하지 않아 21세기 친환경적이고 지속 가능한 신소재로 인정받고 있습니다.

자동차 케이블에 TPU 소재 적용

열가소성 폴리우레탄(TPU) 소재는 성능이 뛰어날 뿐만 아니라 생분해성(3~5년)과 재활용성이 뛰어납니다. TPU 소재의 지속 가능하고 환경 친화적인 특성은 자동차 케이블에 대한 새로운 옵션을 제공하여 환경에 미치는 영향을 줄이는 데 도움이 됩니다.

과제와 전망

생분해성 및 친환경 자동차 케이블은 많은 장점을 가지고 있지만, 그 적용에는 몇 가지 어려움과 한계가 있습니다. 예를 들어, 분해 속도와 효율은 환경 조건에 따라 영향을 받기 때문에 적용 시나리오를 신중하게 평가하고 선택해야 합니다. 동시에, 분해성 절연 재료의 성능과 안정성은 신뢰성과 안전성을 보장하기 위해 지속적으로 개선되고 테스트되어야 합니다. 앞으로 기술이 발전하고 환경에 대한 인식이 높아짐에 따라, 생분해성 및 친환경 자동차 케이블은 자동차 산업에서 더 큰 역할을 수행하여 전체 산업을 더욱 친환경적이고 지속 가능한 방향으로 이끌 것으로 예상됩니다.