Selección y aplicación de cables de baja tensión en automóviles

Los cables de baja tensión desempeñan un papel vital en el funcionamiento de los circuitos automotrices. Como parte indispensable del circuito, no solo pueden transmitir señales y energía, sino también garantizar la seguridad y la estabilidad del circuito.

La selección de materiales y estructuras de cables adecuados ayuda al funcionamiento normal del sistema eléctrico del automóvil y cumple con los requisitos de conducción. Con el desarrollo de la tecnología automotriz moderna, los cables de baja tensión avanzarán hacia una dirección más avanzada e inteligente.

I. Descripción general y características del cable de baja tensión

1. Descripción general

Los cables de baja tensión para automóviles incluyen baja y alta tensión y son el cuerpo principal de los circuitos integrados. Conectan diferentes componentes electrónicos de los automóviles para lograr la transmisión de energía, lo cual es de gran importancia para el funcionamiento seguro de los automóviles. Los materiales de los cables de baja tensión incluyen alambres de acero revestidos de cobre, alambres de aluminio revestidos de cobre, etc., que son alambres compuestos con una capa de cobre que recubre alambres de acero o alambres de aluminio. Se adopta una tecnología avanzada de soldadura de revestimiento y las señales de alta frecuencia y bajo voltaje viajan a lo largo de la superficie de la capa de cobre. Aumentar el grosor de la capa de cobre puede mejorar la eficiencia de la transmisión de la señal.

1. Características

• Alta resistencia: combina la conductividad del cobre puro y las características de alta resistencia de metales como el acero y el aluminio. La superposición de estos efectos beneficiosos no solo mejora la conductividad y la conductividad térmica, sino que también mejora la resistencia a la corrosión y la resistencia a la oxidación.
• Fuerte resistencia al calor: dado que la temperatura en el compartimiento del motor es muy alta, los cables de bajo voltaje deben tener cierta resistencia al calor para funcionar a altas temperaturas. Además, los arneses del compartimento del motor pueden entrar en contacto con el aceite, por lo que también necesitan cierta resistencia al aceite.
• Buen aislamiento: los arneses de bajo voltaje también tienen ciertas propiedades de aislamiento para evitar fugas de corriente y cortocircuitos. Un aislamiento adecuado también puede aislar otros componentes electrónicos, desempeñando una función de blindaje y protección.
• Bajo costo: el costo del cobre es muy alto, y el uso de alambres de acero revestidos de cobre o alambres de aluminio revestidos de cobre puede reducir adecuadamente la cantidad de cobre utilizado y, por lo tanto, el costo de los cables.

II. Selección de cables de arnés de bajo voltaje en automóviles

1. Selección basada en el entorno de uso: Al seleccionar los tipos de cable de baja tensión, se debe considerar el entorno en el que se encuentra el arnés para garantizar la seguridad y la estabilidad del automóvil. Por ejemplo, la resistencia al calor de los arneses dispuestos en diferentes posiciones del automóvil varía; los arneses dispuestos en la parte inferior del automóvil deben tener en cuenta la frecuencia de vibración durante la conducción, así como el barro, la arena y la suciedad que traen las ruedas de la parte inferior, y deben usarse cables con buena resistencia al desgaste y a la corrosión. Para los arneses dispuestos en áreas con alta humedad, se debe considerar la influencia de la infiltración de líquidos corrosivos y se deben seleccionar materiales con buenas propiedades de aislamiento. Al seleccionar los cables para las áreas de puertas y ventanas, debe tenerse en cuenta si tienen resistencia a la flexión.
2. Selección basada en el color: la selección de los colores de los cables de baja tensión debe cumplir los requisitos de la norma QCT414 de 2016, titulada «Especificación del color y método de preparación del modelo para alambres (cables) de automoción». Como se muestra en la figura 1, normalmente se prefiere un solo color, seguido de dos colores. Para los cables de conexión a tierra de los automóviles, generalmente se eligen cables negros; para los cables negativos de los sensores, los cables negativos de señal, etc., se utilizan cables marrones o cables con el marrón como color principal. Para los cables de alimentación principales, como el cable positivo de la batería y el mazo de cables de alimentación del motor de arranque, se suele seleccionar el rojo. Otros cables de la fuente de alimentación suelen utilizar amarillo, rojo y otros colores. Y los cables del mismo conector deben ser de diferentes colores.
3. Selección del diámetro del cable: se basa en la corriente nominal de los equipos eléctricos automotrices, combinada con los parámetros del cable y las condiciones de temperatura, y al mismo tiempo, la capacidad nominal de transporte de corriente del cable también debe estar dentro de un rango determinado para seleccionar un diámetro de cable adecuado. Mientras tanto, el tiempo de ahumado del cable debe ser consistente con el tiempo de fusión del fusible, y la corriente mínima de ahumado debe alcanzar más del 130% de la capacidad del fusible. Si la capacidad del fusible seleccionado es de 5 A, puede derretirse y la corriente mínima para fumar es de 5 × 135% = 6,75 A. A partir del momento de fumar, si se selecciona un cable con un diámetro de 0,50 mm², el tiempo de inicio del humo supera los 1000 s. A partir del tiempo de transporte de corriente del fusible, el fusible de sobrecarga del 135% puede transportar corriente durante unos 550 a 1000 s y el fusible puede proteger el circuito. Si la corriente mínima de humo no alcanza el 125% de la capacidad del fusible, se debe seleccionar una especificación de cable con un diámetro superior a 0,50 mm².
4. Selección basada en el rango de aplicación: las áreas de sección transversal nominales del cable de bajo voltaje incluyen 0,50 mm², 0,75 mm², 1,00 mm², 1,50 mm², 2,00 mm², 2,50 mm² y 4,00 mm², etc. Los cables con diferentes áreas de sección transversal tienen diferentes valores de corriente de carga y los cables correspondientes deben seleccionarse de acuerdo con las necesidades reales. Para las luces de instrumentos, las luces indicadoras y las luces de las puertas de los automóviles, se deben seleccionar cables con una especificación de 0,50 mm²; para las luces delanteras y traseras, las luces de freno y las luces de matrícula, se requiere una especificación de 0,75 mm²; para los intermitentes y las luces antiniebla, es adecuada una especificación de 1,00 mm²; para los faros y las bocinas, se debe seleccionar una especificación de 1,50 mm²; para los cubos de generadores, y otros cables de alimentación principales, se debe seleccionar una especificación de 2,50 a 4,00 mm². En el caso de los cables que transportan grandes corrientes (como el cable de conexión a tierra de la batería y el cable positivo de la fuente de alimentación), sus diámetros de cable son muy grandes y, por lo general, superan los 12,00 mm², por lo que no es necesario incorporarlos al arnés principal.
5. Selección basada en la temperatura: la selección de cables de baja tensión debe basarse en la temperatura de funcionamiento del automóvil y deben utilizarse cables con distintos grados de resistencia térmica. Como se muestra en la figura 2, los cables con un grado de resistencia térmica de 90 °C se seleccionan generalmente para el habitáculo del automóvil; los cables con un grado de resistencia térmica de 180 °C se seleccionan para el compartimento del motor porque la temperatura del compartimento del motor es muy alta durante el funcionamiento. Además, para los cables que se cruzan entre el compartimento de pasajeros y el compartimento del motor, el grado de resistencia a la temperatura debe cumplir los requisitos de ambas áreas. Por lo general, se utiliza un campo de temperatura para obtener los requisitos de resistencia térmica de esta área y, a continuación, el tipo de cable que se va a seleccionar se determina a partir de los grados de resistencia a la temperatura de los diferentes cables.

III. Rango de aplicación del cable de bajo voltaje en automóviles

1. Aplicación en sistemas de encendido y suministro de energía: en el sistema de encendido de los automóviles, los cables de bajo voltaje deben conectarse a las bobinas de encendido, los interruptores de encendido y las bujías. Su función es transmitir energía a las bujías y encender la mezcla de combustible al generar chispas. En este caso, el cable de bajo voltaje del sistema de encendido debe tener ciertas propiedades de aislamiento cuando se selecciona y se aplica para evitar descargas eléctricas. Al mismo tiempo, también deben tener una buena conductividad para garantizar la energía y la estabilidad de la ignición. Además, los arneses de bajo voltaje también tienen ciertas aplicaciones en el sistema de suministro de energía. Por ejemplo, en el sistema de suministro de energía del vehículo, los cables de bajo voltaje son responsables de transmitir la corriente al sistema de alimentación del vehículo para facilitar el funcionamiento del vehículo. (La instalación de cables de baja tensión en este módulo requiere cierta seguridad y durabilidad para hacer frente a altas corrientes y a un funcionamiento prolongado)
2. Aplicación en sistemas de sensores y control: la conducción inteligente de los automóviles depende del funcionamiento de los sensores y sistemas de control. Los cables de baja tensión se conectan a sensores de velocidad, sensores de temperatura, sensores de presión y otros sensores para transmitir las señales generadas por los sensores a la unidad de control. Esto requiere que un cable de bajo voltaje tenga un rendimiento antiinterferente suficiente y una buena eficiencia de transmisión de señales. En el sistema de seguridad automotriz, los cables de baja tensión conectan la unidad de control del motor, el sistema de frenado y el sistema de asistencia para estacionar. Asegúrese de que se transmitan varias señales a diferentes unidades de control y actuadores, por lo que los cables de bajo voltaje deben garantizar la precisión de la transmisión de la señal y lograr una transmisión de alta velocidad.
3. Aplicación en sistemas de iluminación: el sistema de iluminación de los automóviles generalmente funciona con bajo voltaje, y las lámparas de los automóviles son cargas sensibles al voltaje. Por lo tanto, es necesario verificar la caída de tensión de los cables. Si la caída de tensión supera un rango razonable, se debe aumentar el área de la sección transversal del cable para que la tensión de funcionamiento de la carga cumpla con los requisitos. Si tomamos como ejemplo las lámparas de un automóvil determinado, la tensión de funcionamiento normal de la carga de la lámpara oscila entre 25 y 28. Por lo tanto, se debe seleccionar un cable de baja tensión con un diámetro de cable adecuado, ni demasiado grande ni demasiado pequeño. En general, es más adecuado un cable con un diámetro de 0,50 mm². Si el diámetro del cable es demasiado pequeño, afectará al brillo de la bombilla y, si es demasiado grande, la quemará. Por lo tanto, al seleccionar un cable de bajo voltaje para lámparas, el diámetro del cable debe considerarse exhaustivamente de acuerdo con el circuito y el voltaje de operación.
4. Aplicación en el compartimento del motor y en el maletero: en el compartimento del motor de los automóviles, los arneses de bajo voltaje incluyen las piezas del motor, los dispositivos de encendido, etc., que requieren resistencia al calor, al aceite y al fuego. Se pueden usar alambres de acero revestidos de cobre. Debido a la proximidad al motor, los arneses de bajo voltaje también requieren ciertas propiedades antiinterferentes y antivibraciones. En el maletero, es necesario seleccionar los arneses adecuados para la parte trasera del vehículo y las puertas a fin de garantizar la flexibilidad y el rendimiento antiinterferencias electromagnéticas. Los alambres de aluminio revestidos de cobre son más adecuados. Para lugares como el panel de instrumentos, el panel de control y debajo de la alfombra de la cabina, también se debe usar un cable de bajo voltaje para garantizar cierta resistencia al desgaste y al calor.
5. Aplicación en cables de conexión a tierra: los cables de conexión a tierra desempeñan un papel muy importante en todo el sistema de circuitos automotrices. Deben guiar la corriente al polo negativo de la batería para garantizar el funcionamiento estable del sistema de circuitos. El uso de aluminio revestido de cobre, un nuevo tipo de material de alambre, para conectar a tierra los cables no solo tiene una buena conductividad sino que también puede reducir el uso de materiales y costos de cobre.

IV. Tendencias de desarrollo del cable de baja tensión para automóviles

1. Cumplir con los requisitos de uso más exigentes: con el continuo desarrollo de la tecnología automotriz y la popularización de los vehículos eléctricos e híbridos, los cables de baja tensión también deben optimizarse y mejorarse aún más. Los automóviles de la nueva era necesitan instalar sistemas eléctricos más avanzados para cumplir con los requisitos más exigentes de transmisión de señal y potencia. Los futuros cables de bajo voltaje también deben soportar cargas de corriente más altas y suministrar energía a más equipos eléctricos para que las operaciones de los vehículos sean más seguras, estables y confiables. El aluminio revestido de cobre es un material compuesto de cobre y aluminio, con una capa de cobre que cubre la superficie del aluminio. Este material de alambre no solo tiene las características livianas del aluminio, sino que también tiene una buena conductividad. Sin embargo, dado que los cables de conexión a tierra deben soportar las altas temperaturas de los automóviles y la corrosión de sustancias externas, también se deben realizar trabajos anticorrosivos y reducir las interferencias y la fricción en las piezas de ensamblaje, ya que esto provocará daños en el aislamiento. Para evitar dañar la parte externa del cable de conexión a tierra debido a la fricción y evitar que entre en contacto con partes que vibran, protegiendo así el cable de conexión a tierra. Si no se puede llevar a cabo el diseño de optimización, se deben adoptar operaciones como envolver con cinta adhesiva y añadir fuelles.
2. Evolución hacia los semiconductores: Hoy en día, la tecnología de semiconductores ha avanzado mucho, y los futuros cables de baja tensión para automóviles también integrarán esta tecnología. Los cables que integran elementos semiconductores y chips pueden lograr funciones más diversificadas, como la transmisión de datos, el procesamiento de señales y el diagnóstico automático. No solo puede mejorar la inteligencia de todo el sistema, sino también ahorrar espacio.
3. Avanzando hacia la ligereza: a medida que la industria de la automoción preste cada vez más atención a la eficiencia del combustible y a la protección del medio ambiente, los cables de baja tensión para automóviles también seguirán evolucionando hacia la ligereza. Al utilizar materiales más ligeros y optimizar el diseño estructural, se puede reducir el peso de los cables, lo que reduce el consumo de combustible y las emisiones contaminantes. Por ejemplo, reemplazar los cables de cobre tradicionales por acero revestido de cobre y aluminio revestido de cobre puede hacer que el sistema eléctrico del vehículo sea más liviano y eficiente.
4. Avanzando hacia la inteligencia: en breve, con el continuo desarrollo de la conducción autónoma y la tecnología de Internet, los cables de baja tensión también introducirán la tecnología de transmisión de alta velocidad y la tecnología de integración de sensores para lograr conexiones eléctricas completas y eficientes. Hacer que los dispositivos inteligentes de automoción sean más avanzados y lograr una transmisión de señales a alta velocidad, incluidas las conexiones de radares, pantallas de gran tamaño, antenas, etc., haciendo que los vehículos evolucionen hacia la inteligencia y la creación de redes.

V. Conclusión

En conclusión, si se consideran y seleccionan exhaustivamente los materiales y estructuras de cables de baja tensión adecuados y se aplican de manera razonable, se puede garantizar el funcionamiento estable del sistema automotriz y la seguridad de los ocupantes del vehículo.

Al mismo tiempo, con el desarrollo continuo de esta tecnología, los cables de baja tensión también avanzarán hacia una dirección más avanzada, liviana e inteligente y generarán más beneficios.