ニュース - 自動車用電気ケーブルの革新: 市場の最新情報は?

自動車産業の急速な進化に伴い、電気ケーブルは現代の自動車にとって重要な部品となっています。自動車用電気ケーブルにおける最新のイノベーションをいくつかご紹介します。

1.EV用高電圧ケーブル

電気自動車用高電圧ケーブルは、電気自動車において高電圧バッテリー、インバーター、エアコンコンプレッサー、三相発電機、電動モーターなどを接続し、電力伝送を実現する重要な部品です。従来の燃料自動車用ケーブルと比較して、電気自動車用高電圧ケーブルには以下の特性と要件があります。

高電圧・高電流：EV用高電圧ケーブルは、最大600VAC/900VDC（乗用車）または1000VAC/1500VDC（商用車）の電圧と、250A～450A、あるいはそれ以上の電流に対応できるように設計されています。これは、従来の燃料車で一般的に使用されている12Vシステムよりもはるかに高い電流です。

導体材質：導体は通常、導電性と耐腐食性を向上させるため、焼鈍軟銅線または錫メッキ銅線で作られています。無酸素銅線（酸素含有量0.001%未満、純度99.99%以上）は、高純度で脆くない特性を持つことから、EV用高電圧ケーブルに広く使用されています。

絶縁体とシース材料：高電圧、大電流の要件を満たすために、高圧ケーブルはシリコンゴム、架橋ポリエチレン、架橋ポリオレフィンなどの肉厚の絶縁材料で絶縁されており、耐熱性と難燃性に優れ、150℃を超える高温に耐えることができます。

シールドと保護: 高電圧ケーブルには、電磁場ノイズと電磁干渉を低減するための電磁シールドが必要です。また、ケーブルの外層にある保護材(断熱チューブやコンパイルチューブなど)とシーリングリングにより、過酷な環境でもケーブルの防水性、防塵性、耐摩耗性が確保されます。

設計と配線：電気自動車用高電圧ケーブルの設計では、配線スペースの制約、安全要件（例：高電圧導体と低電圧導体間の最小間隔100ミリメートル以上）、重量、コストを考慮する必要があります。ケーブルの曲げ半径、固定点までの距離、そして使用環境（例：車内または車外）も、設計と選定に影響を与えます。

規格と仕様：電気自動車用高電圧ケーブルの設計と製造は、QC-T1037「道路車両用高電圧ケーブルに関する自動車業界標準」やTCAS 356-2019「新エネルギー車用高電圧ケーブル」といった一連の業界規格に準拠しています。これらの規格は、ケーブルの電気的性能、機械的性能、環境適応性に関する具体的な要件を定めています。

用途：電気自動車用高電圧ケーブルは、車内接続だけでなく、充電ポートとバッテリー間、バッテリー内部、バッテリーとエンジンやその他のコンポーネント間の接続、さらにはバッテリーエネルギー貯蔵装置などにも使用されます。ケーブルは、高温・低温環境、塩水噴霧、電磁場、油、化学物質などの過酷な条件に耐える必要があります。

電気自動車向け高電圧ケーブルの開発と応用は、持続可能で環境に優しい電気自動車の未来を推進する上で重要な要素の一つです。電気自動車技術の進歩に伴い、高電圧ケーブルの性能と規格は、電力伝送と安全要件の高まりに対応するために最適化され続けています。

2. 軽量アルミケーブル

軽量アルミ自動車ケーブルの採用は、自動車業界、特に新エネルギー自動車業界における重要なトレンドの一つであり、軽量化、エネルギー効率、航続距離の追求が求められています。以下は、軽量アルミ自動車ケーブルの詳細な分析です。

背景と傾向

自動車の軽量化ニーズ：新エネルギー車の急速な発展に伴い、自動車の軽量設計に対する需要はさらに高まっています。自動車の電力伝送の主要部品である電線・ケーブルは、従来、導体として銅を用いて設計されてきましたが、銅芯ケーブルは高価で品質も高く、軽量化が求められます。そのため、軽量で低価格な自動車用アルミ導体電線・ケーブルの開発は、自動車の軽量設計にとって不可欠な選択肢となっています。

アルミケーブルの利点：伝統的な電力業界ではアルミケーブルが長年使用されてきました。アルミケーブルは低コスト、軽量、長寿命であり、特に高圧長距離送電に適しています。中国はアルミ資源が豊富で、材料価格の変動が少なく、コスト管理が容易です。新エネルギー自動車業界では、銅ケーブルの代わりにアルミケーブルを使用することで、軽量化とコスト削減を実現できる理想的なソリューションとなっています。

アルミ線製品の応用事例

バスモデル: バッテリーパックの内部と外部に超音波溶接されたアルミ線、大口径の電源接続線の使用、アルミ線を使用する利点は明らかです。

乗用車：DCバスバーには、量産に成功した50mm²のアルミケーブルを採用しています。超音波溶接により、接合部の電気接触性能が向上し、銅線に比べてワイヤーハーネスの品質が効果的に低減されます。

AC充電ガン：高強度で曲げに強いアルミ合金線を使用し、軽量で、老化試験でも安定した性能を示し、徐々に量産が始まっています。乗用車用DC充電ポート線はアルミ線を採用して放熱性を高め、丸型充電ポート端子に超音波溶接を採用することで、電気接触性能が大幅に向上し、発熱量が減り、耐用年数も向上します。

銅とアルミニウムの性能の違い

抵抗率と導電率: アルミニウムと銅の抵抗率が異なるため、アルミニウム導体の導電率は 62% IACS です。アルミニウム導体の断面積が銅の 1.6 倍の場合、その電気性能は銅と同じになります。

質量比：アルミニウムの比重は2.7kg/m3、銅の比重は8.89kg/m3であるため、両者の質量比は(2.7×160%)/(8.89×1)≈50%となります。これは、同じ電気性能の場合、アルミニウム導体の質量は銅導体のわずか1/2であることを意味します。

市場空間と見通し

年率成長率：市場分析によると、アルミニウム圧延板および押出材の年率成長率は2025年までに約30％となり、自動車軽量化の分野におけるアルミニウムの大きな可能性を示しています。

不確実性分析

コスト要因: アルミケーブルにはコスト面での利点がありますが、自動車業界ではスチールではなくアルミのコストが上昇するというマイナス要因があり、アルミケーブルの普及速度に影響を与える可能性があります。

技術的な課題：自動車におけるアルミケーブルの応用は、接合部の電気接触性能の向上や放熱の最適化など、依然として技術革新によって解決する必要がある技術的な課題に直面しています。

軽量アルミ電線の採用は、自動車業界が省エネ・排出ガス削減、そして航続距離の延長を追求する上で避けられない流れとなっています。技術の継続的な進歩とコストのさらなる最適化により、自動車業界におけるアルミ電線の応用範囲は拡大し、自動車の軽量化、省エネ・排出ガス削減に重要な貢献を果たすでしょう。

3. EMI低減のためのシールドケーブル

自動車における電磁干渉（EMI）は、特に電気自動車やハイブリッド車において、高出力電子機器の集中使用により複雑な問題となっています。EMIの主要な発生源の一つである自動車用ワイヤーハーネスの設計と材料選定は、EMIを最小限に抑える上で非常に重要です。シールドケーブルの使用を通じて自動車のEMIを低減するための重要なポイントを以下に示します。

シールドケーブルの仕組み: シールドケーブルは、導体の周囲に金属編組または金属箔の層を追加することで機能します。このシールドは電磁波を反射および吸収し、EMI を低減します。シールドは接地に接続され、捕捉された電磁エネルギーを接地に導き、他の電子機器への干渉を防止します。

シールドの種類：シールドには、編組金属シールドと箔シールドの2つの主要な種類があります。編組金属シールドは機械的強度と柔軟性に優れ、箔シールドは低周波数領域で優れたシールド性能を発揮します。車載用途では、最適なシールドを実現するために、これら2種類のシールドを組み合わせて使用するのが一般的です。

シールドの接地：シールドケーブルの効果を発揮するには、シールドが適切に接地されている必要があります。シールドが適切に接地されていない場合、アンテナとなり、EMIを増大させる可能性があります。自動車では、良好な接地経路を確保するために、シールドを車両の金属フレームに取り付けるのが一般的です。

シールドケーブルが使用される場所：自動車では、シールドケーブルは主に、EMIの影響を受けやすい、またはEMI発生源となる可能性のある重要な信号線や制御線に使用されます。例えば、エンジン制御ユニット（ECU）、センサー信号、車載ネットワーク（CANバスなど）、エンターテイメントシステムなどの配線では、シールドケーブルが一般的に使用されます。

シールドケーブルと非シールドケーブルの併用：スペースが限られた自動車環境では、高電圧ケーブルと低電圧ケーブルが近接して配置されることがよくあります。EMIを最小限に抑えるため、高電圧ケーブルをシールドケーブルとして設計し、低電圧ケーブルをシールドなしに設計することができます。これにより、高電圧ケーブルのシールドが低電圧ケーブルをEMIから保護します。

ケーブルのレイアウトと設計：シールドケーブルの使用に加えて、適切なケーブルレイアウトも非常に重要です。ケーブルにループが形成されるとEMIが増加するため、ループの形成は避けるべきです。さらに、ケーブルはモーターや電力コンバータなどのEMI発生源から可能な限り離して配置する必要があります。

フィルタの使用: シールドケーブルに加えて、ケーブルの両端に EMI フィルタを追加して、EMI をさらに最小限に抑えることができます。フィルタには、特定の周波数範囲のノイズを除去するコンデンサまたはインダクタが含まれます。

要約すると、シールドケーブルを使用し、適切なケーブルレイアウトとフィルタリング技術を組み合わせることで、自動車内の EMI を大幅に削減でき、電子機器の信頼性とパフォーマンスを向上させることができます。

4. 耐高温ケーブル

耐高温車載用ケーブルは、自動車業界向けに高温環境下でも安定した性能を維持できるよう設計されたケーブルです。エンジンルームなどの高温領域における信頼性と安全性を確保するために、主に複数の特殊材料で作られています。以下に、耐高温車載用ケーブルに使用される一般的な材料をいくつかご紹介します。

TPE材料：熱可塑性エラストマー（熱可塑性エラストマー）には、スチレン、オレフィン、ジエン、塩化ビニル、ポリエステル、エステル、アミド、有機フッ素化合物、シリコーン、ビニルなどが含まれます。現在、SEBS（スチレン-エチレン-ブチレン-スチレンブロック共重合体）ベースのエラストマーが最も広く使用されているTPE材料です。

TPU材料：熱可塑性ポリウレタン（Thermoplastic Polyurethane）、分子構造は、剛性ブロックセグメントと柔軟なチェーンセグメントによってポリエステル型とポリエーテル型に分けられます。TPU材料は、加工工程において射出成形が40％以上、押出成形が35％程度を占め、優れた弾力性と耐摩耗性を備えています。

PVC素材：ポリ塩化ビニル（ポリ塩化ビニル）。異なる量の可塑剤を加えることで柔らかさを調節し、「ガラス転移」温度を下げ、優れた柔軟性と可塑性を備え、加工成形が容易になります。

シリコーン素材：高活性吸着材、非晶質物質、熱硬化性ゴム。シリコーンは優れた耐熱性と耐寒性を備え、-60℃から+180℃以上の幅広い動作温度範囲に対応します。

XLPE架橋ポリエチレン：熱硬化性エラストマーへの化学架橋により絶縁特性が向上し、ケーブルの耐熱範囲が拡大し、性能が向上しました。XLPEケーブルは燃焼すると二酸化炭素と水が発生するため、比較的環境に優しいです。

これらの材料の選択と使用により、耐高温自動車用ケーブルは、エンジンルームや排気システム付近などの高温環境でも長期間安定して動作し、自動車の電気システムの正常な動作を保証します。さらに、耐高温ケーブルは、耐油性、耐水性、耐酸性、耐アルカリ性、腐食性ガス耐性、耐老化性などの利点も備えており、冶金、電力、石油化学、鉄道車両、エネルギー、鉄鋼、電機などの分野に適しています。耐高温ケーブルを選択する際には、実際の使用シナリオ、温度環境、電圧レベルなどの要因に応じて適切なモデルを選択し、高温条件下でケーブルが良好な性能と安全性を備えていることを保証する必要があります。

5. センサー内蔵スマートケーブル

センサーを内蔵したスマートカーケーブルは、現代のスマートカーに不可欠な要素であり、車両の電気・電子アーキテクチャにおいて重要な役割を果たしています。スマートカーケーブルは電力伝送を担うだけでなく、より重要な点として、データと制御信号を伝送し、車内のマイクロコントローラーユニット（MCU）、センサー、アクチュエーター、その他の電子制御ユニット（ECU）を接続して、車両の「ニューラルネットワーク」を形成します。

スマートカーケーブルの機能と重要性

データ伝送：スマートカーケーブルは、センサーからMCUへのデータ伝送、そしてMCUからアクチュエータへのコマンド伝送を担っています。これらのデータには、速度、温度、圧力、位置などが含まれますが、これらに限定されるものではなく、車両の正確な制御を実現するために不可欠です。
電力分配: ケーブルはデータを伝送するだけでなく、車内のさまざまな電子機器に電力を分配して、それらが正常に動作するようにする役割も担っています。
安全性とセキュリティ: ケーブルは、耐火性材料の使用や過電流保護の設定など、安全性を考慮して設計されており、故障が発生した場合に回路を適時に遮断して、潜在的な安全上の危険を回避できます。

設計要件

スマートカーケーブルの設計は、次の要件を満たす必要があります。

信頼性: ケーブルは、高温、低温、振動、湿度など、車内のさまざまな過酷な環境でも確実に動作する必要があります。
耐久性: ケーブルは長期間の使用にも故障なく耐えられるだけの耐久性が必要です。
安全性: ケーブルは、ショートのリスクを軽減するために十分に絶縁され、必要な保護機構を備えている必要があります。
軽量: 車両の軽量化の傾向により、車両全体の重量を減らすために、ケーブルもできるだけ軽くて細くする必要があります。
電磁両立性: ケーブルは信号干渉を低減するために優れたシールド性能を備えている必要があります。

アプリケーションシナリオ

スマートカーケーブルは、自動車のさまざまなシステムで広く使用されています。これには、次のようなものが含まれますが、これらに限定されません。

エンジン制御システム：エンジンECUをセンサーおよびアクチュエータに接続し、エンジンの精密な制御を実現します。
ボディコントロールシステム: ボディコントロールモジュール (BCM) をウィンドウ、ドアロック、照明などのシステムに接続します。
運転支援システム: ADAS (先進運転支援システム) コントローラーをカメラやレーダーなどのセンサーに接続します。
インフォテインメントシステム: マルチメディアセンターをオーディオスピーカー、ナビゲーションシステムなどに接続します。

将来の動向

自動車の電子・電気アーキテクチャが進化するにつれ、スマートカーケーブルも進化します。今後のトレンドとしては、以下のようなものが挙げられます。

集中型アーキテクチャ: 自動車の電子アーキテクチャが分散型から集中型に移行すると、ケーブルの複雑さと長さが減少し、車両の重量が軽減され、情報フローの効率が向上します。
インテリジェントな管理: ケーブルには、内蔵センサーやスマートコネクタなどのよりインテリジェントなコンポーネントが統合され、自己診断やステータスレポートが可能になります。
新しい材料の適用: 重量をさらに軽減し、パフォーマンスを向上させるために、ケーブルを新しい軽量材料で作る場合があります。

スマートカーケーブルは、自動車の電子システムを接続する重要な部品であり、その設計と性能は自動車の安全性と信頼性を確保する上で極めて重要です。技術の進歩と自動車エレクトロニクスの加速に伴い、スマートカーケーブルはより高い性能へのニーズに応えるために進化を続けていきます。

6. 生分解性で環境に優しいケーブル

環境保護と持続可能な開発の追求を背景に、生分解性で環境に優しい自動車用ケーブルは、自動車製造業界で注目を集めています。これらのケーブルは、性能面で自動車業界のニーズを満たすだけでなく、環境保護の面でも大きなメリットを発揮します。

生分解性絶縁ケーブル

生分解性絶縁ケーブルは、生分解性絶縁材料で作られており、一定の環境条件下では微生物の代謝によって徐々に分解され、最終的には二酸化炭素や水などの環境に優しい小分子に変換されます。このプロセスには通常、一定の時間と適切な環境条件が必要です。生分解性ケーブルの使用は、グリーンで持続可能な開発の原則に沿っており、ケーブルの性能を確保しながら環境への影響を最小限に抑え、グリーンケーブル産業の発展を促進します。

汚染のない絶縁ワニスを使用したケーブル

ケーブル用無公害絶縁ワニスは、従来のケーブルに使用されている有害成分を含む絶縁材の代わりに、無害絶縁ワニスを使用しています。この革新的な技術は、環境汚染を軽減するだけでなく、ケーブルの安全性と信頼性を向上させます。

自動車用ケーブルにおけるバイオベース材料

バイオベース材料、特にポリ乳酸（PLA）繊維、複合材、ナイロンは、生分解性、環境に優しい製造・加工、幅広い原料源、低臭性、低揮発性有機化合物（VOC）含有量といった特性から、自動車産業への応用に大きな可能性を秘めています。生産能力の大幅な向上に伴い、天然資源由来のバイオベースポリマーであるPLA（ポリ乳酸）も飛躍的な発展を遂げています。PLAは天然トウモロコシから化学的に合成されます。この材料は廃棄後、微生物によってCO2とH2Oに分解されるため、環境汚染を引き起こすことなく、21世紀の環境に優しく持続可能な新しいエコマテリアルとして認識されています。

自動車用ケーブルにおけるTPU材料の応用

熱可塑性ポリウレタン (TPU) 素材は、優れた性能を備えているだけでなく、生分解性 (3 ～ 5 年) があり、リサイクルも可能です。持続可能で環境に優しい TPU 素材の特性により、自動車用ケーブルに新たな選択肢が生まれ、環境への影響を軽減することができます。

課題と展望

生分解性で環境に優しい自動車用ケーブルは多くの利点を有するものの、その応用にはいくつかの課題と限界があります。例えば、分解の速度と効果は環境条件に左右されるため、適用シナリオを慎重に評価・選定する必要があります。同時に、生分解性絶縁材料の性能と安定性は、信頼性と安全性を確保するために、継続的に改善・試験する必要があります。今後、技術の進歩と環境意識の高まりに伴い、生分解性で環境に優しい自動車用ケーブルは自動車産業においてより大きな役割を果たし、業界全体をより環境に優しく持続可能な方向へと推進していくことが期待されます。