Майбутнє виробництва оригінальних фільтрів у епоху електромобілів

Сегментація ринку автомобільних фільтрів за типом приводу (ДВЗ проти EV)

Світ автомобільних фільтрів розділяється навпіл, оскільки виробники автомобілів одночасно намагаються врахувати як традиційні бензинові двигуни, так і електромобілі. Ще у 2023 році Market Business Insights повідомив, що приблизно 8 із кожних 10 автомобілів, проданих у світі, все ще працюють на двигунах внутрішнього згоряння, проте ринок фільтрів, спеціально розроблених для електромобілів, зараз зростає швидше, ніж будь-який інший сегмент. Автомобільні компанії потребують абсолютно різних підходів для цих двох ринків. Автомобілі з бензиновими двигунами потребують регулярної заміни масла, очищення паливної системи та обслуговування системи подачі повітря. Електромобілі, з іншого боку, ставлять нові завдання, такі як підтримання чистоти повітря в салоні від забруднювачів дороги та управління електромагнітними перешкодами, які можуть впливати на чутливу електроніку всередині автомобіля.

Зниження потреб у традиційних фільтрах повітря та масла для OEM

Зростання популярності електромобілів, схоже, призведе до зниження попиту на повітряні фільтри двигунів приблизно на 34 відсотки та на масляні фільтри — на близько 29 відсотків до кінця цього десятиліття. Виробники автомобілів уже по-іншому дивляться на свої старі виробничі потужності, і деякі компанії перенаправляють майже половину коштів, що витрачаються на дослідження фільтрів, на розробку технологій для електромобілів. Зменшення потреби в традиційних фільтрах двигунів означає, що галузь автомобільних запчастин кардинально змінює свій напрямок. Те, що колись було стандартним обладнанням кожного автомобіля, тепер стає застарілим на тлі переходу галузі до чистіших транспортних рішень.

Зростання попиту на рішення для забезпечення якості повітря в салоні електромобілів

Тиха робота електромобілів насправді робить шум від систем опалення, вентиляції та кондиціонування більш помітним, що призвело до цікавих інновацій у технології повітряних фільтрів. Сьогодні багато людей дуже турбуються про якість повітря всередині автомобіля. Згідно з останніми дослідженнями, близько трьох чвертей покупців електромобілів у 2023 році вважали якість повітря в салоні таким самим важливим критерієм, як ціна та продуктивність під час вибору автомобіля. Виробники преміальних електрокарів швидко реагують: майже 60% моделей преміум-класу тепер оснащуються фільтрами HEPA та лічильниками частинок у реальному часі. Ці покращені системи не лише допомагають пасажирам залишатися здоровими, а й значно впливають на загальне враження від автомобіля. Тихіша та чутливіша система клімат-контролю створює преміальний досвід, який багато водіїв шукають у своєму наступному авто.

Вплив високовольтних архітектур електромобілів (наприклад, систем 800 В) на потреби у фільтрації

Перехід на системи 800 В супроводжується серйозними викликами щодо електромагнітних перешкод. Проблема настільки значна, що інженерам довелося повністю переглянути підхід до проектування фільтрів для захисту чутливих електронних компонентів. Що ускладнює ситуацію ще більше? Цим новим платформам потрібні фільтри, які займають приблизно на 30 відсотків менше місця у транспортному засобі, але при цьому витримують приблизно вдвічі з половиною більше тепла, ніж це було необхідно для старих систем 400 В. Саме тому ми спостерігаємо перехід до таких передових фільтрів, які виконують подвійну функцію, поєднуючи екранування електромагнітної сумісності з ефективним тепловим управлінням. Для виробників автомобілів, які працюють у жорстких обмеженнях щодо розмірів, такий багатофункціональний підхід допомагає виконувати вимогливі вимоги до продуктивності, не жертвуючи надійністю у своїх останніх конструкціях силових агрегатів.

Передовий дизайн OEM-фільтрів: мініатюризація, інтеграція та виклики щодо потужності

Технологічні досягнення у виробництві фільтрів для застосування у електромобілях

Багато виробників оригінального обладнання переходять на нановолоконні мембрани з лазерним вирізанням та методи додавального виробництва, щоб вирішити ті специфічні проблеми, які виникають у електромобілів. Корпуси фільтрів, виготовлені за допомогою технології 3D-друку, тепер мають вбудовані каналів охолодження, що допомагає краще регулювати температуру в акумуляторних системах. Замість традиційних целюлозних матеріалів компанії переходять на керамічні підкладки з високою частотою. Ці нові матеріали затримують приблизно на 40 відсотків більше частинок, ніж раніше, і можуть витримувати температури до 150 градусів Цельсія без руйнування. Така продуктивність робить їх абсолютно необхідними для сучасних силових установок у сучасних високопродуктивних електромобілях.

Тенденції мініатюризації та модульних рішень у фільтрах для компактної інтеграції

Останнім часом ми спостерігаємо значну зміну у конструкції електромобілів: компактна архітектура зменшила потребу у місці для фільтрів приблизно на 35% з початку 2021 року. Виробники автомобілів впроваджують інтелектуальні стекові модулі зі стандартними з'єднаннями. Це дозволяє розмістити повітряні салонні фільтри, теплові екрани та ті непрості елементи подавлення ЕМІ всередині одного невеликого блоку об'ємом лише 200 кубічних міліметрів. Що це означає на виробничій ділянці? Команди збірників економлять приблизно 18 людино-годин на кожен зібраний автомобіль. Крім того, ці маленькі блоки оснащені вбудованими IoT-датчиками, що дозволяють технікам віддалено контролювати їхню продуктивність. Результат — менше поломок під час експлуатації та покращене довгострокове планування обслуговування для дилерських центрів усюди.

Попит OEM на компактні та інтегровані конструкції фільтрів у потужних платформах EV

Сьогодні автовиробники вимагають повітряні фільтри, здатні затримувати 99,97 відсотка частинок розміром до 0,3 мікрона, при цьому займаючи приблизно половину об'єму порівняно з традиційними деталями двигунів внутрішнього згоряння. У сучасних електромобілях преміум-класу зазвичай встановлюються багатоступеневі системи фільтрації. Ці передові системи, як правило, включають технологію електростатичної осадки, шари активованого вугілля, а іноді навіть антибактеріальні покриття для додаткової ефективності. Коли важить кожен грам, автовиробники звертаються до спеціальних корпусів із полімерів, посилених графеном. Такі матеріали зберігають міцність, але важать лише близько 1,2 кг на одиницю, що приблизно на 55 відсотків менше, ніж звичайні алюмінієві компоненти. Це цілком логічно, коли йдеться про зменшення зайвої ваги у конструкції автомобіля.

Фільтри електромагнітної сумісності (EMC): зростаючий пріоритет у системах OEM для електромобілів

Електромагнітна сумісність (EMC) у електричних транспортних засобах: критичний фактор продуктивності

Електричні транспортні засоби створюють на 30% більше електромагнітних перешкод (EMI), ніж ТЗ із ДВЗ, через високовольтні акумулятори та силову електроніку. Через це фільтри ЕМС є необхідними для захисту систем ADAS, мультимедійних та керуючих систем. Оскільки 72% відмов компонентів ЕТЗ пов’язані з ЕМП (MarketsandMarkets 2024), виробники тепер закладають аспекти ЕМС на ранніх етапах проектування.

Інтеграція фільтрів ЕМС у системи акумуляторів та силові агрегати

Сучасні архітектури 800 В вимагають багаторівневого фільтрування для управління:

• Високочастотними перешкодами від інверторів на основі карбіду кремнію (SiC) (200 МГц)
• Перешкодами типу «загальний режим» у тягових двигунах
• Коливаннями напруги у ланці постійного струму, що перевищують 50 В/мкс

Такі провідні виробники, як вбудовують фільтри ЕМС безпосередньо в модулі акумуляторів, зменшуючи рівень випромінюваних перешкод у середньому на 18 дБ порівняно з зовнішніми рішеннями. Така інтеграція мінімізує резонанс у кабелях і підвищує загальну надійність системи.

Вимоги щодо відповідності нормативним стандартам та фільтрами ЕМС для електромобілів

Глобальні ринки електромобілів дотримуються суворих вимог щодо електромагнітної сумісності:

Оновлені стандарти ISO 11452-8 тепер передбачають випробування фільтрів із'єднувачів на вібрації в реальних умовах експлуатації, що стосується 12% випадків відмов, зафіксованих під час відкликання транспортних засобів у 2022 році.

Чинники зростання ринку фільтрів для системи ЕМС електромобілів та прогнозовані тенденції

Очікується, що ринок фільтрів ЕМС для електромобілів зростатиме зі складною середньорічною темпом зростання (CAGR) 29,4% до 2030 року завдяки таким чинникам:

1. Впровадження архітектур 800 В і вище в 67% нових електромобілів до 2027 року
2. Розширення систем двонаправленого заряджання
3. Нові правила FCC щодо обмеження широкосмугових випромінювань від пристроїв швидкого постійного струму

Складність фільтрів зросла в 3,8 раза з 2020 року, а інтегровані магнітні компоненти тепер займають 15% площі плати BMS у преміальних електромобілях.

Поєднання ефективності роботи системи ЕМС з вартістю та вагою у масовому виробництві

Хоча фільтри на основі графену забезпечують на 40% краще пригнічення ЕМІ, ніж феритові сердечники, їхня вартість у $74/кВт обмежує використання у масовому виробництві. Натомість автовиробники переходять на гібридні конструкції, які включають:

• Корпуси з металевого композиту, виготовлені методом ін'єкційного формування ($0,18/см³)
• Багатошарові керамічні конденсатори з ESR 0,5 Ом
• Автоматизовані системи узгодження імпедансу, які скорочують час налаштування на 83%

Ці рішення забезпечують відповідність вимогам EMC класу 3 на рівні 92%, одночасно зберігаючи вагу підсистеми менше 4,2 кг у EV-автомобілях класу C.

Інновації в матеріалах та інтелектуальні можливості у фільтрах OEM нового покоління

Впровадження нових матеріалів для підвищення термічної та електричної стійкості

Виробники OEM розробляють композитні матеріали, такі як полімери з додаванням графену та субстрати з керамічним покриттям, які демонструють на 40% вищу термічну стійкість порівняно з традиційними фільтрами. Ці матеріали витримують температури понад 150°C поблизу блоків акумуляторів і зберігають діелектричну міцність понад 25 кВ/мм — що є критично важливим для запобігання пробоям у системах 800 В.

Зростаючий попит на підключені фільтри з можливостями моніторингу в реальному часі

Розумні фільтри тепер є необхідними для підтримання електромобілів у робочому стані. Близько двох третин виробників автозапчастин зробили розумні фільтри з інтернет-підключенням пріоритетом у своїх планах розробки до 2025 року. Ці фільтри оснащені вбудованими датчиками, які контролюють накопичення пилу, зміни тиску та ступінь зносу фільтра, передаючи цю інформацію безпосередньо в системи технічного обслуговування автомобіля. Результати практичних випробувань показують, що такі розумні системи скорочують кількість несподіваних ремонтів приблизно на третину. Автовиробники починають встановлювати модулі, готові до мереж 5G, які можуть надсилати дані про продуктивність назад у заводські комп'ютерні системи менш ніж за пів секунди, що допомагає технікам точно знати, коли потрібно замінити деталі ще до виникнення проблем.

Подолання викликів у виробництві фільтрів OEM під час переходу на електромобілі

Витрати, технічна складність та виклики ланцюга поставок у виробництві фільтрів для електромобілів

Ціна на передові системи фільтрації приблизно на 47 відсотків вища порівняно зі звичайними, згідно з останнім Звітом автотранспортного ланцюга постачання за 2024 рік. Минулого року дефіцит напівпровідників серйозно уповільнив усе взагалі, затримавши графіки виробництва на вісім до дванадцяти тижнів. Крім того, існують різноманітні геополітичні проблеми, які ускладнюють отримання рідкоземельних мінералів, необхідних для ефективних фільтрів. Також постійно виникають технічні труднощі. Інженери мають чимало роботи, намагаючись розробити компоненти, здатні працювати в системах на 800 вольт і витримувати рівні електромагнітних перешкод, які насправді втричі перевищують ті, що спостерігаються в традиційних двигунах внутрішнього згоряння. І, якщо цього було недостатньо, норми постійно змінюються, через що виробникам тепер потрібно приблизно на 22% більше різних конфігурацій фільтрів, ніж було п’ять років тому.

Масштабування виробництва для відповідності еволюційним стандартам фільтрації, специфічним для EV

Автомобільна галузь стикається з великим викликом, оскільки виробникам оригінального обладнання потрібно модернізувати близько 60 відсотків існуючих виробничих ліній для роботи з цими новими конструкціями фільтрів, водночас дотримуючись суворих вимог безпеки ASIL-D. Згідно з останніми дослідженнями ринку сектору глобального виробництва електромобілів, у найближчі кілька років очікується зростання встановлення «розумних» фільтрів на рівні трьох цифр. Чому? Тому що регулятори постійно посилюють вимоги до затримання частинок у системах охолодження акумуляторів. Деякі великі гравці у виробництві вже почали впроваджувати модульні збірні установки, які, за повідомленнями, скорочують витрати на переобладнання приблизно на третину. Вони також інтегрують штучний інтелект у свої перевірки якості, досягаючи рівня виявлення дефектів понад 99,9 відсотка. І враховуючи те, що до середини десятиліття на ринку буде існувати близько п’ятнадцяти різних платформ електромобілів, компаніям справді потрібні гнучкі рішення, які зможуть працювати з різними вимогами щодо напруги та обмеженими просторовими умовами, не жертвуючи при цьому ефективністю в реальних умовах експлуатації.