Az OEM-szűrőgyártás jövője az elektromos járművek korában

Gépjárműipari szűrők piaci szegmentáció meghajtási típus szerint (belső égésű motor vs. elektromos jármű)

Az autóipari szűrők világa kettéhasad, miközben az autógyártók egyszerre próbálják kezelni a hagyományos benzinmotorokat és az elektromos járműveket. A Market Business Insights 2023-ban azt jelentette, hogy a világon eladott autók körülbelül 80%-a továbbra is belső égésű motort használ, ugyanakkor jelenleg az elektromos járművek számára kifejezetten tervezett szűrők piaca növekszik a leggyorsabban minden más szegmennyel összehasonlítva. Az autógyártóknak teljesen eltérő megközelítésekre van szükségük e két piac esetében. A benzinüzemű járművek rendszeres olajcserét, üzemanyag-rendszer tisztítást és levegőbevezető karbantartást igényelnek. Az elektromos járművek viszont új kihívásokat hoznak magukkal, például a vezetőtér levegőjének tisztán tartását az úti szennyeződésekkel szemben, valamint az elektromágneses zavarok kezelését, amelyek hatással lehetnek a jármű belsejében található érzékeny elektronikus alkatrészekre.

Hagyományos motorlevegő- és olajszűrési igények csökkenése az OEM-eknél

Az elektromos járművek növekvő népszerűsége várhatóan a jelenlegi évtized végére körülbelül 34 százalékkal csökkenti a motorlevegő-szűrők iránti keresletet, az olajszűrők esetében pedig kb. 29 százalékos csökkenés várható. Az autógyártók máris új szemszögből vizsgálják régi termelési rendszereiket, egyes vállalatok már közel azon felét is átcsoportosították kutatási kiadásaiknak a szűrőtechnológiából az elektromos járművek fejlesztése felé. A hagyományos motoros szűrők iránti csökkenő igény miatt az egész autóalkatrész-iparág jelentős irányváltáson megy keresztül. Ami korábban minden járműben szabványos felszerelés volt, az elavulttá válik, miközben az iparág tisztább közlekedési megoldások felé fordul.

Az elektromos járművek belsőtéri levegőminőségének javítását szolgáló megoldások iránti kereslet növekedése

Az elektromos járművek csendes működése miatt éppen az HVAC-rendszerek zajai válnak hangsúlyosabbá, ami viszont izgalmas fejlesztéseket eredményezett a légszűrő technológiában. Manapság az emberek sokkal nagyobb figyelmet fordítanak a tisztán tartott belső térre is. Legfrissebb felmérések szerint a 2023-ban EV-t vásárlók körülbelül háromnegyede a kabin levegőminőségét ugyanolyan fontos szempontnak tartja a döntéshozatal során, mint az árat és a teljesítményt. A prémium elektromos autógyártók gyorsan felismerik ezt a trendet: napjainkban a felső kategóriás modellek majdnem 60%-a HEPA-szűrővel és valós idejű részecskeszámlálóval van felszerelve. Ezek a fejlett rendszerek nemcsak az utasok egészségének megóvásában segítenek, hanem jelentősen hozzájárulnak ahhoz is, mennyire minőségi élményt nyújt az autó összességében. A csendesebb és precízebb klímavezérlés hozzájárul ahhoz a prémium érzethez, amelyre sok sofőr vágyik következő járművében.

A magas feszültségű EV-architektúrák (például 800V rendszerek) hatása a szűrési igényekre

A 800V rendszerekre való áttérés komoly kihívásokat hoz magával az elektromágneses zavarok terén. A probléma annyira jelentős, hogy a mérnököknek teljesen újra kellett gondolniuk a finom elektronikus alkatrészek védelmét szolgáló szűrők tervezését. Mi még nehezebbé teszi a dolgot? Ezek az új platformok olyan szűrőket igényelnek, amelyek kb. 30 százalékkal kevesebb helyet foglalnak el a járműben, ugyanakkor durván kétszer és félszer több hőt kell elbírniuk, mint a régebbi 400V rendszerekhez szükségesek voltak. Ezért figyelhető meg a tendencia az olyan fejlett szűrők felé, amelyek kétszeres funkciót látnak el: egyszerre biztosítanak elektromágneses kompatibilitást és hatékony hőkezelést. Az autógyártók számára, akik szigorú helykihasználási korlátozások között dolgoznak, ez a többfunkciós megközelítés segít kielégíteni a magas teljesítményigényeket anélkül, hogy a megbízhatóságból engednének legújabb meghajtórendszer-terveikben.

Fejlett OEM-szűrőtervezés: Miniatürizálás, integráció és teljesítménysűrűségi kihívások

Technológiai fejlődések a szűrőgyártásban elektromos járművek alkalmazásához

Sok gyártó lézeres vágású nanoszálas hártyákat és additív gyártási technikákat alkalmaz az elektromos járművekkel járó specifikus problémák kezelésére. A 3D nyomtatási technológiával készített szűrőházak mostantól beépített hűtőcsatornákkal rendelkeznek, amelyek segítenek jobb hőkezelést biztosítani az akkumulátorrendszerekben. A hagyományos cellulóz alapú anyagok helyett a vállalatok egyre inkább nagyfrekvenciás kerámia alapanyagokra váltanak át. Ezek az új anyagok körülbelül 40 százalékkal több részecskét képesek megkötni, mint korábban, és akár 150 Celsius-fokig is ellenállnak lebomlás nélkül. Ilyen teljesítmény nélkülözhetetlenné teszi őket a modern, magas teljesítményű elektromos autók fejlett meghajtási rendszereiben.

Tendenciák a miniatürizálásban és moduláris szűrőmegoldásokban kompakt integrációhoz

Az elmúlt időszakban jelentős változásokat láttunk az elektromos járművek tervezésében, a kompakt architektúra miatt a szűrőhely igény mintegy 35%-kal csökkent 2021 eleje óta. Az autógyártók egyre okosabbak a moduláris, egymásra rakható egységekkel, amelyek egységes, szabványos csatlakozásokkal rendelkeznek. Ez azt jelenti, hogy a kabin légszűrőket, hőpajzsokat és az idegesítő EMI-zavarvédelmet is sikerül egyetlen, mindössze 200 köbmilliméteres dobozba integrálni. Mit jelent ez a gyártósoron? A szerelőcsapatok járműenként körülbelül 18 emberórát takarítanak meg. Emellett ezek a kisméretű egységek beépített IoT-érzékelőkkel rendelkeznek, amelyek lehetővé teszik a technikusok számára a távoli teljesítménymonitorozást. Az eredmény? Kevesebb meghibásodás az úton, valamint hatékonyabb hosszú távú karbantartási terv a márkakereskedések számára mindenütt.

Gyártói igény kompakt és integrált szűrőtervekre teljesítménydús EV-alapokon

A mai autógyártók olyan légszűrőket követelnek, amelyek képesek a 0,3 mikronos részecskék 99,97 százalékát kifogni, miközben kb. fele akkora helyet foglalnak el, mint a hagyományos belső égésű motoralkatrészek. A mai napig a magasabb felszereltségű elektromos járművek többfokozatú szűrőrendszerekkel vannak felszerelve. Ezek az előrehaladott rendszerek általában elektrosztatikus leválasztási technológiát tartalmaznak, aktívszénnel bevont rétegekkel, és néha még antimikrobiális bevonatokkal is rendelkeznek plusz biztonságként. Amikor minden gramm számít, az autógyártók a grafénnel erősített polimerekből készült speciális házakra támaszkodnak. Ezek az anyagok megőrzik a szilárdságot, de egységük súlya mindössze kb. 1,2 kilogramm, ami körülbelül 55 százalékkal könnyebb, mint a hagyományos alumínium alkatrészeké. Ez logikus lépés, ha a járművek tervezésénél fölösleges fontokat próbálnak megszabadítani.

Elektromágneses kompatibilitás (EMC) szűrők: egyre növekvő prioritás az EV gyártók rendszereiben

Elektromágneses kompatibilitás (EMC) elektromos járművekben: kritikus teljesítménytényező

Az elektromos járművek 30%-kal több elektromágneses zavart (EMI) generálnak, mint a belső égésű motoros járművek, köszönhetően a magas feszültségű akkumulátoroknak és az erőelektronikának. Ezért az EMC-szűrők elengedhetetlenek az ADAS, infotainment és vezérlőrendszerek védelmében. A piaci adatok szerint az EV-összetevők hibáinak 72%-a EMI-hez kapcsolódik (MarketsandMarkets, 2024), így a gyártók mára már tervezési fázis korai szakaszában figyelembe veszik az EMC-követelményeket.

EMC-szűrők integrálása az akkumulátorrendszerekbe és meghajtási rendszerekbe

A modern 800V architektúrák többszintű szűrést igényelnek a következők kezelésére:

• Magas frekvenciájú zaj SiC inverterektől (200 MHz)
• Közös módusú interferencia a hajtómotorokban
• DC-kapcsoló feszültségingadozások, amelyek meghaladják az 50 V/µs-ot

A vezető gyártók az EMC-szűrőket közvetlenül az akkumulátormodulokba építik, ami átlagosan 18 dB-es csökkentést eredményez a kisugárzott zavarokban külső megoldásokhoz képest. Ez az integráció minimalizálja a kábelrezonanciát, és javítja az egész rendszer megbízhatóságát.

EMC-szűrők szabályozási előírásai és szabványai elektromos járművekben

A globális elektromos járműpiacok szigorú EMC-szabályozásokhoz tartanak magukat:

A frissített ISO 11452-8 szabványok most már valós körülmények közötti rezgésvizsgálatot írnak elő a szűrőcsatlakozókhoz, figyelembe véve a 2022-es jármű-visszahívások során azonosított 12%-os hibaaránymértéket.

Az elektromos járművek EMC-akkus szűrőpiacának növekedését befolyásoló tényezők és előrejelzési tendenciák

Az elektromos járművek EMC-szűrőpiaca 2030-ig várhatóan 29,4% éves bonyolult növekedési ütemet (CAGR) fog elérni, amit a következő tényezők hajtanak:

1. A 800 V feletti architektúrák alkalmazása az új elektromos járművek 67%-ában 2027-re
2. A kétirányú töltési rendszerek bővítése
3. Az FCC új szabályai, amelyek korlátozzák a DC-gyorstöltők szélessávú kibocsátását

A szűrők bonyolultsága 2020 óta 3,8-szeresére nőtt, az integrált mágneses elemek jelenleg a prémium elektromos járművek BMS alaplapjának 15%-át foglalják el.

EMC-teljesítmény, költség és súly optimalizálása a tömeggyártásban

Miközben a grafénalapú szűrők 40%-kal jobb EMI-eltávolítást nyújtanak, mint a ferritmagok, 74 USD/kW-os költségük korlátozza azok tömeggyártásban való alkalmazását. Ennek helyett a gyártók hibrid terveket vezetnek be, amelyek a következőket tartalmazzák:

• Fröccsöntött fémkompozit házak (0,18 USD/cm³)
• Többrétegű kerámia-kondenzátorok 0,5 Ω-os ESR-rel
• Automatizált impedanciahangoló rendszerek, amelyek 83%-kal csökkentik a hangolási időt

Ezek a megoldások 92%-os megfelelést érnek el a 3. osztályú EMC-követelményekkel, miközben a részegységek tömege C-szegmensű EV járművekben 4,2 kg alatt marad.

Anyaginnováció és intelligens funkciók a következő generációs OEM-szűrőkben

Új anyagok alkalmazása a hő- és villamos stabilitás javítása érdekében

A gyártók olyan kompozitanyagokat dolgoznak ki, mint például grafénnel megerősített polimerek és kerámia bevonatú hordozók, amelyek 40%-kal magasabb hőállóságot mutatnak, mint a hagyományos szűrők. Ezek az anyagok ellenállnak a 150 °C feletti hőmérsékleteknek a telepcsomagok közelében, és dielektromos szilárdságuk meghaladja a 25 kV/mm-t – ami elengedhetetlen az ívképződés megelőzéséhez 800 V-os rendszerekben.

Növekvő kereslet az összekapcsolt szűrők iránt, amelyek valós idejű figyelési lehetőséggel rendelkeznek

Az okos szűrők elengedhetetlenek az elektromos járművek hosszú távú egészséges működéséhez. A gépjárműalkatrész-gyártók körülbelül kétharmada az okos, internetkapcsolattal ellátott szűrőket tette a 2025-ig tervezett fejlesztések elsődleges céljává. Ezek a szűrők beépített érzékelőkkel rendelkeznek, amelyek figyelik a porfelhalmozódást, a nyomásváltozásokat és a szűrő elhasználtságának mértékét, majd ezt az információt közvetlenül továbbítják a jármű karbantartó rendszerébe. A gyakorlatban végzett tesztek azt mutatják, hogy ezek az okos rendszerek körülbelül egyharmaddal csökkentik a váratlan javítások számát. Az autógyártók elkezdték beépíteni azokat a 5G-hálózatra kész modulokat, amelyek fél másodpercnél rövidebb idő alatt képesek teljesítményadatokat küldeni a gyári számítógépes rendszerekhez, így a technikusok pontosan tudják, mikor kell karbantartani az alkatrészeket, mielőtt probléma lépne fel.

Akadályok leküzdése az OEM-szűrők gyártásában az átállás során elektromos meghajtásra

Költség, technikai bonyolultság és ellátási lánc nehézségek az EV-szűrők gyártása során

A fejlett szűrőrendszerek ára körülbelül 47 százalékkal magasabb a hagyományosakénál az 2024-es Legújabb Gépjárműipari Beszerzési Lánc Jelentés szerint. Tavaly a félvezetőhiány komolyan lelassította a termelést minden területen, és 8–12 héttel eltolódott a gyártási ütemterv. Emellett számos geopolitikai probléma nehezíti a hatékony szűrőkben használt ritkaföldfémek beszerzését. Folyamatosan merülnek fel technikai kihívások is. A mérnököknek megvan a dolguk, hogy olyan alkatrészeket tervezzene, amelyek képesek 800 voltos rendszereket kezelni, valamint elektromágneses zavarokat, amelyek ténylegesen háromszorosát teszik ki a hagyományos belső égésű motorokban tapasztalt szintnek. És mindez még nem minden: a szabályozások állandó változása miatt a gyártóknak ma már mintegy 22 százalékkal több különböző szűrőkonfigurációra van szükségük, mint csupán öt évvel ezelőtt.

A gyártás méretezése az EV-specifikus szűrési szabványok fejlődésének kielégítése érdekében

Az autóipar jelentős kihívással néz szembe, mivel a gyártóknak kb. az aktuális termelővonalak 60 százalékát fel kell frissíteniük az új szűrőtervezések kezelése érdekében, miközben betartják a szigorú ASIL-D biztonsági előírásokat. A Global EV Manufacturing ágazat legfrissebb piackutatása szerint a következő néhány évben kb. háromszámjegyű növekedés várható az intelligens szűrők telepítéseinek számában. Miért? Mert a szabályozók folyamatosan szigorítják a részecskeszűrési előírásokat az akkumulátor-hűtőrendszerek esetében. A gyártás nagy szereplői közül néhányan már elkezdték bevezetni a moduláris szerelési rendszereket, amelyekről azt jelentik, hogy körülbelül harmadával csökkentik az átállítási költségeket. Emellett mesterséges intelligenciát is integrálnak a minőségellenőrzésbe, így a hibafelderítési arányuk meghaladja a 99, valahány százalékot. Tekintettel pedig arra, hogy a középtizedre kb. tizenöt különböző elektromos járműplatform-tervezés lesz jelen a piacon, a vállalatoknak olyan rugalmas megoldásokra van szükségük, amelyek különböző feszültségigények és szűk helyigény mellett is hatékonyan működnek anélkül, hogy csökkenne a teljesítményük a valós körülmények között.