Будущее производства оригинальных фильтров в эпоху электромобилей

Сегментация рынка автомобильных фильтров по типу силовой установки (ДВС и электромобили)

Мир автомобильных фильтров раскалывается на две части, поскольку производители автомобилей одновременно пытаются справиться как с традиционными бензиновыми двигателями, так и с электромобилями. По данным Market Business Insights, в 2023 году около 8 из 10 автомобилей, продаваемых по всему миру, по-прежнему оснащаются двигателями внутреннего сгорания, однако рынок фильтров, специально разработанных для электромобилей, растёт быстрее, чем любой другой сегмент. Автомобильным компаниям требуются совершенно разные подходы к этим двум рынкам. Автомобили с бензиновыми двигателями нуждаются в регулярной замене масла, очистке топливной системы и обслуживании системы подачи воздуха. Электромобили, с другой стороны, создают новые вызовы, такие как поддержание чистоты воздуха в салоне от дорожных загрязнителей и управление электромагнитными помехами, которые могут влиять на чувствительную электронику внутри транспортного средства.

Снижение потребности OEM-производителей в традиционных воздушных и масляных фильтрах

Рост популярности электромобилей, похоже, приведет к сокращению спроса на воздушные фильтры двигателя примерно на 34 процента и масляные фильтры — на 29 процентов к концу этого десятилетия. Производители автомобилей уже по-другому смотрят на свои старые производственные мощности, и некоторые компании перенаправляют почти половину расходов на исследования в области фильтров на разработку технологий для электромобилей. Снижение потребности в традиционных фильтрах двигателя означает, что вся отрасль автозапчастей кардинально меняет направление. То, что раньше было стандартным оборудованием каждого автомобиля, теперь устаревает по мере того, как индустрия переходит к более экологичным решениям в транспорте.

Рост спроса на решения для обеспечения качества воздуха в салоне электромобилей

Тихая работа электромобилей делает шум систем отопления, вентиляции и кондиционирования более заметным, что привело к появлению довольно интересных разработок в области технологий воздушных фильтров. В последнее время люди также гораздо больше заботятся о чистоте воздуха внутри автомобилей. Согласно недавним опросам, около трех четвертей покупателей электромобилей в 2023 году считали качество воздуха в салоне столь же важным фактором, как цена и производительность при выборе автомобиля. Производители премиальных электромобилей быстро адаптируются: почти 60% моделей высокого класса сегодня оснащаются фильтрами HEPA и датчиками концентрации частиц в режиме реального времени. Повышенные требования к системам фильтрации не только способствуют улучшению здоровья пассажиров, но и значительно влияют на общее восприятие автомобиля. Более тихая и отзывчивая система климат-контроля создаёт премиальное ощущение, к которому стремятся многие водители при выборе следующего автомобиля.

Влияние высоковольтных архитектур электромобилей (например, системы 800 В) на потребности в фильтрации

Переход на 800-вольтовые системы вызывает серьезные трудности в плане электромагнитных помех. Проблема настолько значительна, что инженерам пришлось полностью пересмотреть подход к проектированию фильтров для защиты чувствительных электронных компонентов. Что делает задачу еще сложнее? Новым платформам требуются фильтры, которые занимают примерно на 30 процентов меньше места в автомобиле, но при этом отводят примерно в два с половиной раза больше тепла по сравнению с тем, что требовалось в более ранних 400-вольтовых системах. Именно поэтому наблюдается переход к передовым фильтрам, совмещающим функции обеспечения электромагнитной совместимости и эффективного теплового управления. Для автопроизводителей, работающих в условиях жестких ограничений по размещению компонентов, такой многофункциональный подход помогает соответствовать высоким требованиям к производительности, не жертвуя надежностью в современных конструкциях силовых агрегатов.

Передовая конструкция OEM-фильтров: миниатюризация, интеграция и проблемы плотности мощности

Технологические достижения в производстве фильтров для применения в электромобилях

Многие производители оригинального оборудования переходят на лазерную резку нановолоконных мембран и аддитивные технологии производства, чтобы решить специфические проблемы, связанные с электромобилями. Корпуса фильтров, изготовленные с помощью технологии 3D-печати, теперь оснащены встроенными каналами охлаждения, которые способствуют более эффективному управлению тепловыделением в батарейных системах. Вместо традиционных целлюлозных материалов компании переходят на керамические подложки высокой частоты. Эти новые материалы задерживают примерно на 40 процентов больше частиц, чем раньше, и могут выдерживать температуры до 150 градусов Цельсия без разрушения. Такая производительность делает их абсолютно необходимыми для передовых силовых установок, используемых в современных высокопроизводительных электромобилях.

Тенденции миниатюризации и модульных решений в фильтрации для компактной интеграции

В последнее время мы наблюдаем значительные изменения в конструкции электромобилей: компактная архитектура сократила потребность в пространстве для фильтров примерно на 35% с начала 2021 года. Производители автомобилей стали использовать модульные стекируемые блоки со стандартными соединениями. Это позволяет размещать воздушные салонные фильтры, тепловые экраны и те надоедливые подавители ЭМИ в одном крошечном блоке объемом всего 200 кубических миллиметров. Что это даёт на производственной линии? Бригады сборщиков экономят около 18 человеко-часов на каждый собранный автомобиль. Кроме того, эти маленькие блоки оснащены встроенными IoT-датчиками, позволяющими техникам удалённо отслеживать их работу. Результат — меньше поломок в будущем и более эффективное долгосрочное планирование технического обслуживания для дилерских центров по всему миру.

Спрос OEM на компактные и интегрированные конструкции фильтров для энергоёмких платформ EV

Производители автомобилей сегодня требуют воздушные фильтры, способные улавливать 99,97 процента частиц размером до 0,3 микрон, при этом занимая примерно вдвое меньше места по сравнению с традиционными деталями двигателей внутреннего сгорания. В настоящее время высококлассные электромобили обычно оснащаются многоступенчатыми системами фильтрации. Эти передовые системы, как правило, включают технологию электростатической очистки, слои активированного угля и иногда даже антимикробные покрытия в дополнение к основному функционалу. Когда каждый грамм имеет значение, автопроизводители обращаются к специальным корпусам из полимеров, армированных графеном. Эти материалы сохраняют прочность, но весят всего около 1,2 килограмма на единицу, что примерно на 55 процентов легче, чем обычные алюминиевые компоненты. Это логично, когда речь идет о снижении лишнего веса в конструкции автомобиля.

Фильтры электромагнитной совместимости (EMC): растущий приоритет в системах OEM для электромобилей

Электромагнитная совместимость (EMC) в электрических транспортных средствах: критический фактор производительности

Электрические транспортные средства создают на 30% больше электромагнитных помех (EMI), чем автомобили с ДВС, из-за высоковольтных аккумуляторов и силовой электроники. Это делает фильтры ЭМС необходимыми для защиты систем ADAS, мультимедиа и управления. Поскольку 72% отказов компонентов ЭТС связаны с ЭМП (MarketsandMarkets, 2024), производители оригинального оборудования теперь на ранних этапах проектирования учитывают требования ЭМС.

Интеграция фильтров ЭМС в батарейные системы и силовые агрегаты

Современные архитектуры 800 В требуют многоступенчатой фильтрации для подавления:

• Высокочастотных шумов от инверторов на основе карбида кремния (SiC) (200 МГц)
• Синфазных помех в тяговых электродвигателях
• Колебаний напряжения в цепи постоянного тока свыше 50 В/мкс

Ведущие производители интегрируют фильтры ЭМС непосредственно в модули аккумуляторов, снижая уровень излучаемых помех в среднем на 18 дБ по сравнению с внешними решениями. Такая интеграция минимизирует резонанс в кабелях и повышает общую надёжность системы.

Соответствие нормативным требованиям и стандартам фильтров ЭМС в электромобилях

Глобальные рынки электромобилей придерживаются строгих норм ЭМС:

Обновлённые стандарты ISO 11452-8 теперь требуют испытаний фильтр-разъёмов на вибрацию в реальных условиях, что позволяет устранить 12% случаев отказов, выявленных при отзывах транспортных средств в 2022 году.

Факторы роста и прогнозируемые тенденции рынка фильтров EMC для аккумуляторов электромобилей

Ожидается, что рынок фильтров EMC для электромобилей будет расти со среднегодовым темпом 29,4% до 2030 года за счёт следующих факторов:

1. Использование архитектур с напряжением 800 В и выше в 67% новых электромобилей к 2027 году
2. Расширение систем двунаправленной зарядки
3. Новые правила FCC, ограничивающие широкополосные излучения от устройств быстрой зарядки постоянного тока

С 2020 года сложность фильтров увеличилась в 3,8 раза, а интегрированные магнитные компоненты сейчас занимают 15% площади платы системы управления батареей (BMS) в премиальных электромобилях.

Сбалансированное сочетание характеристик ЭМС, стоимости и массы в массовом производстве

Хотя фильтры на основе графена обеспечивают на 40% лучшее подавление ЭМП по сравнению с ферритовыми сердечниками, их стоимость в 74 доллара за кВт ограничивает применение в массовом производстве. Вместо этого OEM-производители переходят на гибридные конструкции, включающие:

• Корпуса из металлокомпозитов методом инжекционного формования (0,18 долл. США/см³)
• Многослойные керамические конденсаторы с эквивалентным последовательным сопротивлением 0,5 Ом
• Автоматизированные системы согласования импеданса, сокращающие время настройки на 83%

Эти решения обеспечивают соответствие требованиям EMC класса 3 на 92%, при этом масса подсистемы в электромобилях класса C остается ниже 4,2 кг.

Инновации в материалах и интеллектуальные функции в фильтрах OEM следующего поколения

Внедрение новых материалов для повышения тепловой и электрической устойчивости

OEM-производители внедряют композиционные материалы, такие как полимеры с добавлением графена и подложки с керамическим покрытием, которые демонстрируют на 40% более высокую тепловую устойчивость по сравнению с традиционными фильтрами. Эти материалы выдерживают температуры выше 150 °C вблизи блоков аккумуляторов и сохраняют диэлектрическую прочность свыше 25 кВ/мм — что имеет решающее значение для предотвращения пробоя в системах на 800 В.

Растущий спрос на подключаемые фильтры с возможностями мониторинга в реальном времени

Умные фильтры теперь необходимы для поддержания работоспособности электромобилей. Около двух третей производителей автомобильных деталей сделали умные фильтры с подключением к интернету одним из главных направлений разработки до 2025 года. Эти фильтры оснащены встроенными датчиками, которые отслеживают накопление пыли, изменения давления и степень износа фильтра, передавая всю эту информацию напрямую в системы технического обслуживания транспортного средства. Результаты испытаний в реальных условиях показывают, что такие умные системы сокращают количество непредвиденных поломок примерно на треть. Автомобильные компании начинают внедрять модули, готовые к работе с сетями 5G, которые могут отправлять данные о производительности обратно в компьютерные системы завода-изготовителя менее чем за половину секунды, что помогает техникам точно определить, когда деталям требуется внимание, ещё до возникновения проблем.

Преодоление трудностей в производстве фильтров OEM в период перехода на электромобили

Затраты, техническая сложность и проблемы с цепочками поставок при производстве фильтров для электромобилей

Стоимость передовых систем фильтрации примерно на 47 процентов выше по сравнению с обычными, согласно последнему отчету Автомобильной цепочки поставок за 2024 год. В прошлом году нехватка полупроводников серьезно замедлила производственные процессы в целом, отодвинув графики выпуска продукции на срок от восьми до двенадцати недель. Помимо этого, существуют различные геополитические проблемы, из-за которых трудно получить редкоземельные минералы, необходимые для эффективных фильтров. Также продолжают возникать технические трудности. Инженеры сталкиваются со сложными задачами при разработке компонентов, способных работать в системах на 800 вольт и выдерживать уровни электромагнитных помех, которые в три раза превышают показатели традиционных двигателей внутреннего сгорания. И, как будто этого было мало, нормативные требования постоянно меняются, так что сейчас производителям требуется примерно на 22% больше различных конфигураций фильтров, чем пять лет назад.

Масштабирование производства для соответствия изменяющимся стандартам фильтрации, специфичным для электромобилей

Автомобильная промышленность сталкивается с серьезной задачей, поскольку производителям оригинального оборудования необходимо модернизировать около 60 процентов текущих производственных линий для работы с новыми конструкциями фильтров, одновременно соблюдая строгие требования безопасности ASIL-D. Согласно последним рыночным исследованиям из сектора глобального производства электромобилей, в ближайшие несколько лет ожидается рост установок умных фильтров на уровне трёхзначных чисел. Почему? Потому что регуляторы продолжают ужесточать нормы по улавливанию частиц для систем охлаждения аккумуляторов. Некоторые крупные игроки в производстве уже начали внедрять модульные сборочные установки, которые, как сообщается, сокращают расходы на переоснащение примерно на треть. Они также интегрируют искусственный интеллект в процессы контроля качества, достигая уровня выявления дефектов свыше 99,9 процента. И учитывая, что к середине десятилетия на рынке будет представлено около пятнадцати различных платформ электромобилей, компаниям действительно нужны гибкие решения, способные работать с различными требованиями по напряжению и ограниченными пространственными условиями, не жертвуя при этом эффективностью в реальных условиях эксплуатации.