Przyszłość produkcji oryginalnych filtrów (OEM) w erze pojazdów elektrycznych

Segmentacja rynku filtrów motoryzacyjnych według typu napędu (spalinowy vs. elektryczny)

Świat filtrów samochodowych dzieli się na pół, ponieważ producenci próbują jednocześnie radzić sobie z tradycyjnymi silnikami benzynowymi i pojazdami elektrycznymi. W 2023 roku firma Market Business Insights doniosła, że około 8 na 10 sprzedawanych na świecie samochodów nadal napędzanych jest silnikami spalinowymi, jednak rynek filtrów specjalnie zaprojektowanych dla pojazdów elektrycznych rośnie szybciej niż jakikolwiek inny segment. Firmy samochodowe muszą stosować zupełnie inne podejścia dla tych dwóch rynków. Samochody z napędem benzynowym wymagają regularnej wymiany oleju, czyszczenia układu paliwowego oraz konserwacji ssania powietrza. Pojazdy elektryczne stawiają natomiast nowe wyzwania, takie jak utrzymywanie czystości powietrza w kabinie przed zanieczyszczeniami drogowymi czy zarządzanie interferencją elektromagnetyczną, która może wpływać na wrażliwe układy elektroniczne w pojeździe.

Spadek zapotrzebowania OEM-ów na tradycyjne filtry powietrza i oleju

Rosnąca popularność pojazdów elektrycznych wydaje się obniżyć popyt na filtry powietrza silnika o około 34 procent i filtry oleju o około 29 procent do końca tej dekady. Producenci samochodów już teraz inaczej patrzą na swoje dotychczasowe linie produkcyjne, a niektóre firmy przeznaczają niemal połowę środków wcześniej wydawanych na badania nad filtrami na rozwój technologii pojazdów elektrycznych. Zmniejszona potrzeba tradycyjnych filtrów silnikowych oznacza, że cały sektor części samochodowych zmienia kierunek w bardzo znaczący sposób. To, co kiedyś było standardowym wyposażeniem każdego samochodu, staje się teraz przestarzałe, gdy branża zmienia bieg w kierunku czystszych rozwiązań transportowych.

Wzrost popytu na rozwiązania zapewniające jakość powietrza w kabinie pojazdów elektrycznych

Cicha natura pojazdów elektrycznych sprawia, że hałas pochodzący z systemów klimatyzacji jest bardziej wyraźny, co doprowadziło do kilku dość ciekawych rozwiązań w technologii filtrów powietrza. Obecnie ludzie znacznie bardziej troszczą się o czyste powietrze wewnątrz swoich samochodów. Zgodnie z najnowszymi badaniami, około trzech czwartych osób kupujących EV-e w 2023 roku uznało jakość powietrza w kabinie za równie ważną jak cenę i osiągi przy podejmowaniu decyzji zakupowej. Producenci premium samochodów elektrycznych szybko to dostrzegają – obecnie niemal 60% modeli wysokiej klasy wyposażonych jest w filtry HEPA oraz liczniki cząstek w czasie rzeczywistym. Takie ulepszone systemy nie tylko lepiej chronią pasażerów, ale również znacząco wpływają na ogólne wrażenia z jazdy. Ciszej działające i bardziej precyzyjne sterowanie klimatem tworzy ten luksusowy odczucie, którego wiele osób szuka w swoim kolejnym pojeździe.

Wpływ architektur wysokonapięciowych w pojazdach elektrycznych (np. systemy 800 V) na potrzeby filtracji

Przejście na systemy 800 V wiąże się z poważnymi wyzwaniami w zakresie zakłóceń elektromagnetycznych. Problem jest tak znaczący, że inżynierowie musieli całkowicie przeanalizować sposób projektowania filtrów chroniących delikatne komponenty elektroniczne. Co czyni sytuację jeszcze trudniejszą? Nowe platformy wymagają filtrów, które zajmują o około 30 procent mniej miejsca w pojeździe, ale nadal muszą odprowadzać około dwie i pół razy więcej ciepła niż starsze systemy 400 V. Dlatego obserwujemy zmianę w kierunku zaawansowanych filtrów łączących ochronę pod względem zgodności elektromagnetycznej z efektywnym zarządzaniem temperaturą. Dla producentów samochodów działających w warunkach ograniczonej przestrzeni montażowej, to podejście wielofunkcyjne pomaga spełnić wysokie wymagania dotyczące wydajności, nie rezygnując przy tym z niezawodności w najnowszych konstrukcjach napędów.

Zaawansowane projektowanie filtrów OEM: miniaturyzacja, integracja i wyzwania związane z gęstością mocy

Postępy technologiczne w produkcji filtrów do zastosowań w pojazdach elektrycznych (EV)

Wiele producentów oryginalnego sprzętu korzysta z membran nanowłóknowych ciętych laserowo oraz technik wytwarzania przyrostowego, aby rozwiązać problemy charakterystyczne dla pojazdów elektrycznych. Obudowy filtrów wytwarzane technologią druku 3D są teraz wyposażone w wbudowane kanały chłodzenia, które lepiej zarządzają ciepłem w systemach baterii. Zamiast polegać na tradycyjnych materiałach celulozowych, firmy przechodzą na wysokoczęstotliwościwe podłoża ceramiczne. Nowe materiały zatrzymują około 40 procent więcej cząstek niż wcześniej i wytrzymują temperatury dochodzące do 150 stopni Celsjusza bez degradacji. Taka wydajność czyni je absolutnie niezbędnymi dla zaawansowanych układów napędowych stosowanych we współczesnych wysokowydajnych samochodach elektrycznych.

Trendy miniaturyzacji i modułowych rozwiązań filtracyjnych dla kompaktowej integracji

W ostatnim czasie doszło do dużych zmian w projektowaniu pojazdów elektrycznych, a zastosowanie kompaktowej architektury zmniejszyło potrzebę miejsca na filtry o około 35% od początku 2021 roku. Producenci samochodów coraz częściej wykorzystują moduły składane, które posiadają standardowe połączenia we wszystkich modelach. Oznacza to, że mogą one zawierać filtry powietrza kabinowego, osłony termiczne oraz te irytujące tłumiki zakłóceń elektromagnetycznych (EMI) w jednej maleńkiej obudowie o objętości zaledwie 200 milimetrów sześciennych. Co to oznacza na linii montażowej? Zespoły montażowe oszczędzają około 18 godzin roboczych na każdy zmontowany samochód. Dodatkowo, te małe obudowy są wyposażone w wbudowane czujniki IoT, które pozwalają technikom na zdalne monitorowanie ich działania. Efekt? Mniej usterek podczas użytkowania i lepsze długoterminowe planowanie konserwacji dla salonów sprzedaży na całym świecie.

Popyt OEM na kompaktowe i zintegrowane rozwiązania filtracyjne w mocyściejszych platformach EV

Producenci samochodów dzisiaj wymagają filtrów powietrza, które potrafią zatrzymać 99,97 procent cząstek o wielkości aż do 0,3 mikrona, zajmując przy tym około połowy miejsca w porównaniu ze starszymi częściami silników spalinowych. Wysokopokładowe pojazdy elektryczne są obecnie standardowo wyposażane w wielostopniowe systemy filtracji. Te zaawansowane układy zwykle obejmują technologię osadzania elektrostatycznego, warstwy węgla aktywnego, a czasem nawet pokrycia przeciwbakteryjne dla dodatkowej ochrony. Gdy każdy gram ma znaczenie, producenci samochodów sięgają po specjalne obudowy wykonane z polimerów wzmocnionych grafenem. Te materiały zachowują wytrzymałość, ale ważą tylko około 1,2 kg na jednostkę, co jest o około 55 procent lżejsze niż tradycyjne komponenty aluminiowe. To całkowicie sensowne, gdy chodzi o ograniczanie niepotrzebnej masy w konstrukcjach pojazdów.

Filtry Zgodności Elektromagnetycznej (EMC): Rosnący Priorytet w Systemach Producentów EV

Zgodność elektromagnetyczna (EMC) w pojazdach elektrycznych: kluczowy czynnik wydajności

Pojazdy elektryczne generują o 30% więcej zakłóceń elektromagnetycznych (EMI) niż pojazdy z silnikami spalinowymi ze względu na wysokie napięcie zasilania i elektronikę mocy. Dlatego filtry EMC są niezbędne do ochrony systemów ADAS, rozrywki pokładowej i układów sterowania. Ponieważ 72% awarii komponentów w pojazdach elektrycznych wiąże się z EMI (MarketsandMarkets 2024), producenci OEM od początku fazy projektowej uwzględniają wymagania EMC.

Integracja filtrów EMC w systemach baterii i napędach

Nowoczesne architektury 800 V wymagają filtrowania wielostopniowego w celu ograniczenia:

• Hałasu o wysokiej częstotliwości z falowników SiC (200 MHz)
• Zakłóceń wspólnego trybu w silnikach trakcyjnych
• Fluktuacji napięcia DC-link przekraczających 50 V/µs

Wiodący producenci integrują filtry EMC bezpośrednio w modułach baterii, co redukuje emisję promieniowaną średnio o 18 dB w porównaniu z zewnętrznymi rozwiązaniami. Taka integracja minimalizuje rezonans kabli i poprawia ogólną niezawodność systemu.

Zgodność z przepisami i standardy dotyczące filtrów EMC w pojazdach EV

Rynki globalne pojazdów elektrycznych przestrzegają ścisłych przepisów EMC:

Zaktualizowane normy ISO 11452-8 teraz wymagają testów w warunkach rzeczywistych drgań dla filtrujących złączek, co ma na celu ograniczenie 12% przypadków uszkodzeń stwierdzonych podczas wycofania pojazdów w 2022 roku.

Czynniki napędzające wzrost rynku filtrów EMC do baterii pojazdów elektrycznych i trendy prognozowane

Oczekuje się, że rynek filtrów EMC dla pojazdów elektrycznych będzie rosnąć w tempie średniorocznym CAGR wynoszącym 29,4% do 2030 roku, co będzie wynikać z:

1. Adopcji architektur 800 V i wyższych w 67% nowych pojazdów elektrycznych do 2027 roku
2. Rozwoju systemów ładowania dwukierunkowego
3. Nowych przepisów FCC ograniczających emisje szerokopasmowe z szybkich ładowarek prądu stałego

Złożoność filtrów wzrosła 3,8-krotnie od 2020 roku, a zintegrowane magnetyki zajmują obecnie 15% powierzchni płytki BMS w wysokoklasowych pojazdach elektrycznych.

Balansowanie wydajności EMC ze względu na koszt i wagę w produkcji seryjnej

Chociaż filtry oparte na grafenie oferują o 40% lepsze tłumienie zakłóceń elektromagnetycznych niż rdzenie ferrytowe, ich cena 74 USD/kW ogranicza zastosowanie w produkcji seryjnej. Zamiast tego producenci OEM stosują projekty hybrydowe obejmujące:

• Obudowy ze wtryskowo formowanych kompozytów metalowych (0,18 USD/cm³)
• Wielowarstwowe kondensatory ceramiczne o ESR 0,5 Ω
• Zautomatyzowane systemy dopasowania impedancji, które skracają czas strojenia o 83%

Rozwiązania te zapewniają zgodność na poziomie 92% z wymaganiami EMC klasy 3, przy jednoczesnym utrzymywaniu masy podsystemu poniżej 4,2 kg w pojazdach EV klas C.

Innowacje materiałowe i funkcje inteligentne w filtrach OEM nowej generacji

Wprowadzanie nowych materiałów w celu poprawy odporności termicznej i elektrycznej

Producenci OEM rozwijają materiały kompozytowe, takie jak polimery wzbogacone grafenem i podłoża pokryte ceramiką, które wykazują o 40% wyższą odporność termiczną niż tradycyjne filtry. Materiały te wytrzymują temperatury powyżej 150°C w pobliżu zestawów baterii i zachowują wytrzymałość dielektryczną powyżej 25 kV/mm — co jest niezbędne do zapobiegania przeskokom iskrowym w systemach 800 V.

Rosnące zapotrzebowanie na połączone filtry z możliwościami monitorowania w czasie rzeczywistym

Inteligentne filtry są obecnie niezbędne do utrzymania dobrego stanu pojazdów elektrycznych. Około dwie trzecie producentów części samochodowych uznało inteligentne filtry z podłączaniem internetowym za główny priorytet w swoich planach rozwojowych na rok 2025. Te filtry są wyposażone w wbudowane czujniki, które monitorują ilość nagromadzonego pyłu, zmiany ciśnienia oraz stopień zużycia filtra, przesyłając te dane bezpośrednio do systemów konserwacji pojazdu. Testy w warunkach rzeczywistych wskazują, że te inteligentne systemy zmniejszają liczbę nieplanowanych napraw o około jedną trzecią. Producenci samochodów zaczynają wprowadzać moduły przygotowane na sieci 5G, które mogą wysyłać dane dotyczące wydajności z powrotem do systemów komputerowych fabryk w mniej niż pół sekundy, co pomaga technikom dokładnie określić, kiedy dane części wymagają konserwacji, zanim wystąpią problemy.

Pokonywanie wyzwań w produkcji filtrów OEM podczas przejścia na pojazdy elektryczne

Wyzwania związane z kosztami, złożonością techniczną i łańcuchem dostaw w produkcji filtrów do pojazdów elektrycznych

Cena zaawansowanych systemów filtracji jest o około 47 procent wyższa w porównaniu do standardowych, według najnowszego raportu Automotive Supply Chain z 2024 roku. W ubiegłym roku niedobory półprzewodników znacząco spowolniły produkcję na całym szczeblu, opóźniając harmonogramy produkcji od ośmiu do dwunastu tygodni. Do tego dochodzą różnorodne problemy geopolityczne utrudniające pozyskiwanie minerałów ziem rzadkich niezbędnych do skutecznych filtrów. Pojawiają się również stale nowe wyzwania techniczne. Inżynierowie mają sporo pracy, starając się projektować komponenty, które będą radzić sobie z systemami 800-woltowymi oraz poziomami interferencji elektromagnetycznej aż trzykrotnie wyższymi niż w tradycyjnych silnikach spalinowych. Aby było jeszcze trudniej, przepisy zmieniają się tak często, że producenci obecnie potrzebują o około 22% więcej różnych konfiguracji filtrów niż jeszcze pięć lat temu.

Zwiększanie skali produkcji w celu spełnienia ewoluujących standardów filtracji specyficznych dla pojazdów elektrycznych

Przemysł motoryzacyjny stoi przed dużym wyzwaniem, ponieważ producenci oryginalnego wyposażenia muszą modernizować około 60 procent obecnych linii produkcyjnych, aby radzić sobie z nowymi projektami filtrów, jednocześnie spełniając rygorystyczne przepisy bezpieczeństwa ASIL-D. Zgodnie z najnowszymi badaniami rynku z sektora Globalnej Produkcji Pojazdów Elektrycznych (Global EV Manufacturing), w ciągu najbliższych kilku lat możemy spodziewać się wzrostu liczby instalacji inteligentnych filtrów na poziomie trzycyfrowym. Dlaczego? Ponieważ organy regulacyjne stale zaostrzają wymagania dotyczące zatrzymywania cząstek stałych w systemach chłodzenia akumulatorów. Niektóre duże podmioty produkcyjne już rozpoczęły wdrażanie modułowych układów montażu, co rzekomo obniża koszty przebudowy o około jedną trzecią. Integrują również sztuczną inteligencję w procesy kontroli jakości, osiągając skuteczność wykrywania wad na poziomie powyżej 99,9 procent. Biorąc pod uwagę, że do połowy dekady na rynku będzie dostępnych około piętnaście różnych platform pojazdów elektrycznych, firmy potrzebują naprawdę elastycznych rozwiązań, które będą działać we wszystkich konfiguracjach napięcia i przy ograniczonej przestrzeni, bez kompromitowania ich wydajności w warunkach rzeczywistego użytkowania.