Prihodnost proizvodnje originalnih filtrov v dobi električnih vozil

Segmentacija trga avtomobilskih filtrov glede na vrsto pogona (notranjega izgorevanja vs. EV)

Svet avtomobilskih filtrov se razcepi, saj proizvajalci avtomobilov hkrati upravljajo z običajnimi bencinskimi motorji in električnimi vozili. Market Business Insights je leta 2023 poročal, da je okoli 8 od 10 vozil, prodanih po svetu, še vedno opremljenih z notranjimi izgorevalnimi motorji, vendar trg za filtre, posebej zasnovane za električna vozila, raste hitreje kot kateri koli drug segment. Avtomobilske družbe potrebujejo popolnoma različne pristope za ta dva trga. Bencinska vozila potrebujejo redno menjavo olja, čiščenje gorivnega sistema in vzdrževanje dovoda zraka. Električna vozila pa prinašajo nove izzive, kot so ohranjanje čistega zraka v kabini pred onesnaževali z cest in upravljanje elektromagnetnih motenj, ki lahko vplivajo na občutljivo elektroniko znotraj vozila.

Zmanjšanje potreb tradicionalnih filtracij zraka in olja za motorje OEM

Naraščajoča priljubljenost električnih vozil naj bi do konca tega desetletja zmanjšala povpraševanje po zračnih filterih za motorje za približno 34 odstotkov in po oljnih filterih za okoli 29 odstotkov. Proizvajalci avtomobilov že sedaj drugače gledajo na svoje stare proizvodne nastavitve, pri čemer nekatera podjetja preusmerjajo skoraj polovico sredstev, ki jih porabijo za raziskave filtrov, v razvoj tehnologije za električna vozila. Zmanjšana potreba po tradicionalnih motorjih pomeni, da se celotna industrija avto del dramaticno obrača v novo smer. Tisto, kar je bilo nekoč standardna oprema v vsakem avtomobilu, postaja zastarelo, saj industrija menjava prestavo proti čistejšim rešitvam za prevoz.

Naraščanje povpraševanja po rešitvah za kakovost zraka v kabini električnih vozil

Tiho naravo električnih vozil dejansko poudari šum sistemov za ogrevanje, prezračevanje in klimatizacijo, kar je privedlo do nekaterih zanimivih razvojev na področju tehnologije zračnih filtrov. Danes ljudem veliko bolj zadeva čistota zraka v notranjosti avtomobilov. Glede na nedavne ankete je okoli treh četrtin kupcev električnih vozil leta 2023 uvrstilo kakovost zraka v kabini med najpomembnejše dejavnike pri odločanju, skupaj s ceno in zmogljivostmi. Proizvajalci premijskih električnih avtomobilov to hitro prepoznajo, saj jih danes skoraj 60 % visokorazrednih modelov opremljenih s filtri HEPA in merilniki delcev v realnem času. Ti izboljšani sistemi poleg tega, da ohranjajo zdravje potnikov, bistveno prispevajo k splošnemu občutku kakovosti vozila. Tišji in bolj odzivni sistemi za nadzor podnebja ustvarjajo premijsko izkušnjo, ki si jo mnogi vozniki želijo pri naslednjem vozilu.

Vpliv visokonapetostnih EV arhitektur (npr. sistemi 800 V) na potrebe po filtriranju

Prehod na sisteme 800 V prinaša zelo resne izzive, kadar gre za elektromagnetne motnje. Težava je tako izrazita, da so inženirji morali popolnoma prenoviti način oblikovanja filtrov za zaščito občutljivih elektronskih komponent. Kaj še dodatno otežuje stvari? Ti novi platformi potrebujejo filtre, ki zasedejo približno 30 odstotkov manj prostora v vozilu, hkrati pa lahko obravnavajo približno dvakrat večjo količino toplote kot starejši sistemi 400 V. Zato opažamo premik proti naprednejšim filterjem, ki opravljajo dvojno funkcijo, saj združujejo zaščito za elektromagnetno združljivost z učinkovitim upravljanjem temperature. Za proizvajalce avtomobilov, ki delujejo znotraj tesnih omejitev pri razporedu komponent, ta večfunkcijski pristop pomaga izpolniti zahtevne zmogljivosti, ne da bi pri tem žrtvovali zanesljivost v najnovejših konstrukcijah pogonskih sistemov.

Napredno oblikovanje originalnih filterjev: miniaturizacija, integracija in izzivi gostote moči

Tehnološki napredek v proizvodnji filtrov za uporabo v vozilih EV

Številni proizvajalci originalne opreme uporabljajo lasersko rezane nanovlaknene membrane skupaj s tehnikami dodajalnega izdelovanja, da bi rešili določene težave, povezane z električnimi vozili. Ohišja filtrov, izdelana s tehnologijo 3D tiskanja, zdaj vključujejo vgrajene hlodilne kanale, ki pomagajo bolje upravljati toploto v baterijskih sistemih. Namesto uporabe tradicionalnih celuloznih materialov podjetja prehajajo na keramične nosilce visoke frekvence. Ti novi materiali zadržijo približno 40 odstotkov več delcev kot prej in lahko zdržijo temperature do 150 stopinj Celzija, ne da bi se razgradili. Takšna zmogljivost jih naredi povsem nujne za napredne pogonske sisteme, ki se nahajajo v sodobnih visoko zmogljivih električnih avtomobilih.

Trendi miniaturizacije in modularnih rešitev filtrov za kompaktno integracijo

V zadnjem času smo priča veliki spremembi v načrtovanju električnih vozil, pri čemer kompaktna arhitektura zmanjšuje potrebo po prostoru za filtre približno za 35 % od začetka leta 2021. Proizvajalci avtomobilov postajajo pametnejši z modularnimi rešitvami, ki imajo standardne priključke po vseh modelih. To pomeni, da lahko v eno samo majhno škatlo s prostornino le 200 kubičnih milimetrov zložijo filtre za zrak v kabini, toplotne pregrade in tiste zoprne EMI dušilnike. Kaj to pomeni na proizvodnem traku? Ekipam za sestavo usneta približno 18 človeških ur na izdelano vozilo. Poleg tega so ti majhni moduli opremljeni z vgrajenimi IoT senzorji, ki tehnikom omogočajo oddaljeni nadzor učinkovitosti. Rezultat? Manj napak v naslednjih letih in boljše dolgoročno načrtovanje vzdrževanja za vse avtoservise.

Zahteva OEM-ov po kompaktnih in integriranih konstrukcijah filtrov za močno nasičene EV platforme

Proizvajalci avtomobilov danes zahtevajo zračne filtre, ki lahko ujamejo 99,97 odstotka delcev velikosti do 0,3 mikrona, pri čemer zavzamejo približno polovico prostora v primerjavi s tradicionalnimi deli notranjega zgorevanja. Danes visoko razviti električni vozila običajno prihajajo opremljena z večstopenjskimi filtracijskimi sistemi. Ti napredni sistemi običajno vključujejo tehnologijo elektrostatičnega ločevanja, plast aktivnega oglja in včasih celo antimikrobne prevleke kot dodatno zaščito. Ko vsak gram šteje, se proizvajalci avtomobilov obrnejo na posebne ohišja iz grafitom ojačanih polimerov. Ti materiali ohranjajo trdnost, vendar tehtajo le okoli 1,2 kilograma na enoto, kar je približno 55 odstotkov lažje v primerjavi s standardnimi aluminijastimi komponentami. To je smiselno, ko skušete odstraniti nepotrebne kilograme iz konstrukcije vozila.

Filtri elektromagnetne združljivosti (EMC): Naraščajoča prednostna naloga v sistemih proizvajalcev električnih vozil

Elektromagnetna združljivost (EMC) v električnih vozilih: kritičen dejavnik zmogljivosti

Električna vozila ustvarjajo za 30 % več elektromagnetnih motenj (EMI) kot vozila z notranjim zgorevanjem zaradi visokonapetostnih baterij in močnostne elektronike. Zato so filtri EMC nujni za zaščito sistemov ADAS, informacijsko-razvedrilnih sistemov in nadzornih sistemov. Ker je 72 % okvar komponent EV povezanih z EMI (MarketsandMarkets 2024), proizvajalci OEM sedaj vključujejo vidike EMC že v zgodnji fazi načrtovanja.

Vgradnja filtrov EMC v baterijske sisteme in pogonske sisteme

Sodobne arhitekture 800 V zahtevajo večstopenjsko filtracijo za upravljanje:

• Visokofrekvenčnega hrupa iz silicijevih invertorjev (200 MHz)
• Motenj skupnega načina v vučnih motorjih
• Nihanj napetosti v DC-povezavi, ki presegajo 50 V/µs

Vodilni proizvajalci vgrajujejo filtre EMC neposredno v baterijske module, s čimer zmanjšajo sevalne emisije v povprečju za 18 dB v primerjavi s priključenimi rešitvami. Ta integracija zmanjša rezonanco kabla in izboljša splošno zanesljivost sistema.

Uredbeni skladnostni standardi za EMC filtre v vozilih EV

Globalni trgi EV sledijo strokim EMC predpisom:

Posodobljeni standardi ISO 11452-8 sedaj zahtevajo preizkušanje filtrov za priključke v realnih pogojih vibracij, kar naslavlja 12 % napak v terenu, ugotovljenih pri povratih vozil leta 2022.

Dejavniki rasti trga baterijskih filtrov za EMC v električnih vozilih in napovedni trendi

Pričakuje se, da se bo trg filtrov za EMC v električnih vozilih do leta 2030 povečal s stopnjo CAGR 29,4 %, kar je posledica:

1. Uveljavitev arhitektur 800 V in več v 67 % novih električnih vozilih do leta 2027
2. Razširjanje dvosmernih sistemov polnjenja
3. Nova pravila FCC, ki omejujejo širokopasovne emisije iz hitrih enosmernih polnilnikov

Stopnja zapletenosti filtrov se je od leta 2020 povečala za 3,8-krat, integrirane magnetne komponente pa sedaj zasedejo 15 % površine tiskanega vezja BMS v premijskih električnih vozilih.

Usklajevanje zmogljivosti EMC z stroški in težo pri masovni proizvodnji

Čeprav ponujajo filtri na osnovi grafena za 40 % boljšo potiskanje elektromagnetnih motenj (EMI) kot feritna jedra, njihova cena 74 $/kW omejuje uporabo pri serijski proizvodnji. Namesto tega proizvajalci vgrajujejo hibridne konstrukcije, ki vključujejo:

• Litje kovinskih kompozitnih ohišij (0,18 $/cm³)
• Večplastne keramične kondenzatorje z ESR 0,5 Ω
• Samodejne sisteme prilagajanja impedanc, ki zmanjšajo čas nastavljanja za 83 %

Te rešitve dosegajo 92 % skladnosti z zahtevami EMC razreda 3 in hkrati ohranjajo težo podsklopa pod 4,2 kg v vozilih EV razreda C.

Inovacije materialov in pametne funkcije v naslednji generaciji OEM filtrov

Uporaba novih materialov za izboljšano toplotno in električno obstojnost

Proizvajalci so pionirji kompozitnih materialov, kot so polimeri z dodanim grafenom in podlage s keramičnim prevlekom, ki kažejo 40 % višjo toplotno obstojnost v primerjavi s konvencionalnimi filtri. Ti materiali zdržijo temperature nad 150 °C v bližini baterijskih paketov in ohranjajo dielektrično trdnost nad 25 kV/mm – kar je nujno za preprečevanje iskrenja v sistemih 800 V.

Naraščajoča povpraševanje po povezanih filterih z možnostmi spremljanja v realnem času

Pametni filtri so sedaj nujni za ohranjanje dobrega stanja električnih vozil. Približno dve tretjini proizvajalcev avtomobilskih delov ima pametne filtre s povezavo na internet na vrhu svojih razvojnih načrtov do leta 2025. Ti filtri imajo vgrajene senzorje, ki spremljajo nabiranje prahu, spremembe tlaka in stopnjo obrabe filtra ter vse te podatke neposredno pošiljajo v servisne sisteme vozila. Rezultati preizkušanj v praksi kažejo, da ti pametni sistemi zmanjšajo nepričakovane popravke za približno tretjino. Avtomobilska podjetja postopoma vnašajo module, pripravljene za 5G omrežja, ki lahko pošiljajo podatke o zmogljivosti nazaj v tovarniške računalniške sisteme v manj kot pol sekunde, kar tehnikom omogoča, da točno vedo, kdaj je potrebno poskrbeti za dele, še preden pride do težav.

Premagovanje izzivov pri proizvodnji filtrov OEM med prehodom na EV

Stroški, tehnična zapletenost in izzivi v dobavnem verigah pri proizvodnji filtrov za EV

Cena naprednih filtracijskih sistemov je približno 47 odstotkov višja v primerjavi s standardnimi, kar kaže najnovejše poročilo o avtomobilski dobavni verigi iz leta 2024. Lani so pomanjkanja polprevodnikov resno upočasnila proizvodnjo po vseh sektorjih in zamaknila urnike proizvodnje za med osem do dvanajst tednov. Poleg tega obstajajo različni geopolitični problemi, ki otežujejo pridobivanje redkih zemeljskih mineralov, potrebnih za učinkovite filtre. Tudi tehnične težave se pojavljajo vedno znova. Inženirji imajo veliko dela pri načrtovanju delov, ki morajo prenesti sisteme z napetostjo 800 voltov in ravni elektromagnetnih motenj, ki so dejansko trikrat višje kot pri tradicionalnih motorjih z notranjim zgorevanjem. In če to še ni dovolj, se predpisi stalno spreminjajo, zaradi česar proizvajalci danes potrebujejo približno 22 % več različnih nastavitev filtrov kot še pred petimi leti.

Povečevanje proizvodnje za izpolnjevanje evoluirajočih standardov za filtracijo, specifičnih za EV

Avtomobilska industrija se sooča z velikim izzivom, saj morajo proizvajalci originalne opreme nadgraditi okoli 60 odstotkov trenutnih proizvodnih linij, da bodo lahko upravljali s temi novimi konstrukcijami filtrov, hkrati pa morajo izpolnjevati stroge varnostne predpise ASIL-D. Glede na najnovejše tržne raziskave iz sektorja Global EV Manufacturing pričakujemo rast namestitve pametnih filtrov v naslednjih letih v večkratniku. Zakaj? Ker regulatorji nenehno zaostrujejo specifikacije za lovljenje delcev v sistemih hlajenja baterij. Nekateri večji igralci v proizvodnji so že začeli uveljavljati modularne sestavne postopke, ki naj bi stroške prenastavitve zmanjšali za približno tretjino. V svoje kontrole kakovosti vključujejo tudi umetno inteligenco, kar omogoča ujemanje napak več kot 99,9-odstotno natančnost. Ob upoštevanju, da bo do sredine desetletja na voljo približno petnajst različnih konstrukcij platform električnih vozil, podjetja resnično potrebujejo fleksibilne rešitve, ki bodo delovale pri različnih zahtevah glede napetosti in omejenih prostorskih razmerah, ne da bi pri tem kompromitirala zmogljivost v resničnih pogojih.