Tương Lai Của Sản Xuất Bộ Lọc OEM Trong Thời Đại Xe Điện

Phân khúc thị trường bộ lọc ô tô theo loại động cơ (ICE so với EV)

Thế giới các bộ lọc ô tô đang chia tách rõ rệt khi các nhà sản xuất xe phải đồng thời xử lý cả động cơ xăng truyền thống lẫn xe điện. Theo báo cáo của Market Business Insights năm 2023, khoảng 8 trong số 10 chiếc xe được bán ra trên toàn thế giới vẫn sử dụng động cơ đốt trong, tuy nhiên thị trường các bộ lọc được thiết kế riêng cho xe điện hiện đang tăng trưởng nhanh hơn bất kỳ phân khúc nào khác. Các hãng xe cần những phương pháp hoàn toàn khác biệt cho hai thị trường này. Xe chạy bằng xăng cần thay dầu định kỳ, làm sạch hệ thống nhiên liệu và bảo dưỡng đường dẫn khí nạp. Trong khi đó, xe điện lại đặt ra những thách thức mới như giữ không khí trong khoang xe sạch khỏi các chất ô nhiễm từ đường xá và quản lý nhiễu điện từ có thể ảnh hưởng đến các linh kiện điện tử nhạy cảm bên trong xe.

Suy giảm nhu cầu về lọc không khí và lọc dầu động cơ truyền thống đối với các nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM)

Sự gia tăng về mức độ phổ biến của xe điện dự kiến sẽ làm giảm nhu cầu đối với bộ lọc khí động cơ khoảng 34 phần trăm và bộ lọc dầu khoảng 29 phần trăm vào cuối thập kỷ này. Các nhà sản xuất ô tô đã bắt đầu xem xét lại các dây chuyền sản xuất cũ theo một cách khác, với một số công ty chuyển gần một nửa khoản chi phí dành cho nghiên cứu bộ lọc sang phát triển công nghệ xe điện. Việc nhu cầu giảm đối với các bộ lọc động cơ truyền thống đồng nghĩa với việc toàn bộ ngành phụ tùng ô tô đang thay đổi định hướng khá mạnh mẽ. Những gì từng là thiết bị tiêu chuẩn trên mọi chiếc xe giờ đây đang trở nên lỗi thời khi ngành công nghiệp chuyển mình sang các giải pháp giao thông sạch hơn.

Sự gia tăng nhu cầu đối với các giải pháp chất lượng không khí trong khoang xe điện

Đặc tính yên tĩnh của xe điện thực tế làm cho tiếng ồn từ hệ thống điều hòa không khí trở nên nổi bật hơn, điều này đã dẫn đến một số phát triển khá thú vị trong công nghệ lọc không khí. Người dùng ngày nay cũng quan tâm nhiều hơn đến chất lượng không khí bên trong xe. Theo các khảo sát gần đây, khoảng ba phần tư người mua xe điện vào năm 2023 coi chất lượng không khí trong khoang lái là yếu tố quan trọng ngang với giá cả và hiệu suất khi ra quyết định mua xe. Các hãng sản xuất xe điện cao cấp đang nhanh chóng bắt kịp xu hướng này, với gần 60% các mẫu xe cao cấp hiện nay được trang bị bộ lọc HEPA cùng cảm biến đo hạt bụi theo thời gian thực. Ngoài việc giúp hành khách khỏe mạnh hơn, các hệ thống nâng cấp này còn tạo ra sự khác biệt lớn về trải nghiệm tổng thể của chiếc xe. Hệ thống điều hòa yên tĩnh hơn, phản hồi nhanh hơn góp phần tạo nên cảm giác cao cấp mà nhiều tài xế tìm kiếm ở chiếc xe tiếp theo của họ.

Tác động của Kiến trúc Xe Điện Điện Áp Cao (ví dụ: Hệ thống 800V) đối với Nhu cầu Lọc

Việc chuyển sang hệ thống 800V kéo theo những thách thức nghiêm trọng liên quan đến nhiễu điện từ. Vấn đề trở nên rõ rệt đến mức các kỹ sư buộc phải suy nghĩ lại hoàn toàn cách thiết kế bộ lọc nhằm bảo vệ các linh kiện điện tử nhạy cảm. Điều gì khiến tình hình trở nên phức tạp hơn? Những nền tảng mới này cần các bộ lọc chiếm ít không gian hơn khoảng 30 phần trăm trên xe nhưng vẫn phải xử lý lượng nhiệt cao hơn gấp khoảng hai rưỡi lần so với yêu cầu của các hệ thống 400V cũ. Đó là lý do vì sao chúng ta đang chứng kiến sự chuyển dịch sang các bộ lọc tiên tiến, có khả năng thực hiện kép nhiệm vụ: vừa cung cấp lớp chắn tương thích điện từ vừa quản lý nhiệt hiệu quả. Đối với các nhà sản xuất ô tô hoạt động trong giới hạn đóng gói không gian chật hẹp, giải pháp đa chức năng này giúp đáp ứng các yêu cầu hiệu suất khắt khe mà không làm giảm độ tin cậy trong các thiết kế động cơ mới nhất của họ.

Thiết kế Bộ lọc OEM Tiên tiến: Thách thức về Thu nhỏ Kích thước, Tích hợp và Mật độ Công suất

Tiến Bộ Công Nghệ trong Sản Xuất Bộ Lọc cho Ứng Dụng Xe Điện

Nhiều nhà sản xuất thiết bị gốc đang chuyển sang sử dụng màng nanofiber cắt bằng laser cùng với các kỹ thuật sản xuất cộng thêm để giải quyết những vấn đề đặc thù phát sinh từ xe điện. Vỏ lọc được chế tạo bằng công nghệ in 3D hiện nay được tích hợp kênh làm mát giúp quản lý nhiệt độ tốt hơn trong các hệ thống pin. Thay vì dựa vào vật liệu cellulose truyền thống, các công ty đang chuyển sang dùng nền gốm tần số cao. Những vật liệu mới này có khả năng giữ lại nhiều hơn khoảng 40 phần trăm số hạt so với trước đây và có thể chịu được nhiệt độ lên tới 150 độ C mà không bị phân hủy. Hiệu suất như vậy khiến chúng trở nên hoàn toàn thiết yếu đối với các hệ thống truyền động tiên tiến trong ô tô điện hiệu suất cao hiện đại.

Xu Hướng Thu Nhỏ Kích Thước và Giải Pháp Lọc Mô-đun nhằm Tích Hợp Gọn Nhẹ

Chúng tôi đã chứng kiến sự thay đổi lớn trong thiết kế xe điện gần đây, với kiến trúc nhỏ gọn làm giảm nhu cầu không gian bộ lọc khoảng 35% kể từ đầu năm 2021. Các nhà sản xuất ô tô đang trở nên thông minh hơn khi sử dụng các mô-đun xếp chồng có kết nối tiêu chuẩn trên toàn hệ thống. Điều này có nghĩa là họ có thể tích hợp bộ lọc không khí cabin, tấm chắn nhiệt và các bộ triệt nhiễu EMI khó chịu vào cùng một hộp nhỏ chỉ có kích thước 200 milimét khối. Điều này ảnh hưởng thế nào đến dây chuyền sản xuất? Nhóm lắp ráp tiết kiệm được khoảng 18 giờ công lao động cho mỗi chiếc xe được sản xuất. Hơn nữa, những chiếc hộp nhỏ này đi kèm cảm biến IoT tích hợp, cho phép kỹ thuật viên giám sát hiệu suất từ xa. Kết quả là? Ít sự cố hơn trong quá trình sử dụng và việc lập kế hoạch bảo trì dài hạn tốt hơn cho các đại lý trên khắp mọi nơi.

Nhu cầu của OEM đối với Thiết kế Bộ lọc Nhỏ gọn và Tích hợp trên Nền tảng EV Mật độ Công suất Cao

Các nhà sản xuất ô tô ngày nay yêu cầu bộ lọc không khí có thể bắt giữ 99,97 phần trăm các hạt nhỏ tới 0,3 micron, trong khi chỉ chiếm khoảng một nửa diện tích so với các bộ phận động cơ đốt trong truyền thống. Các xe điện cao cấp hiện nay thường được trang bị hệ thống lọc nhiều tầng. Những hệ thống tiên tiến này thường bao gồm công nghệ kết tủa tĩnh điện cùng với các lớp than hoạt tính và đôi khi còn có cả lớp phủ kháng khuẩn để tăng hiệu quả. Khi mỗi gam đều quan trọng, các nhà sản xuất ô tô chuyển sang sử dụng vỏ bọc đặc biệt làm từ polymer gia cố graphene. Những vật liệu này duy trì độ bền nhưng chỉ nặng khoảng 1,2 kilogram mỗi đơn vị, nhẹ hơn khoảng 55 phần trăm so với các bộ phận nhôm thông thường. Điều này hoàn toàn hợp lý khi đang cố gắng giảm thiểu trọng lượng không cần thiết trong thiết kế xe.

Bộ lọc Tương thích Điện từ (EMC): Một ưu tiên ngày càng tăng trong các hệ thống OEM xe điện

Tương thích điện từ (EMC) trong xe điện: yếu tố hiệu suất then chốt

Xe điện tạo ra lượng nhiễu điện từ (EMI) nhiều hơn 30% so với xe động cơ đốt trong do sử dụng pin điện áp cao và các linh kiện điện tử công suất. Điều này làm cho bộ lọc EMC trở nên thiết yếu để bảo vệ các hệ thống ADAS, giải trí và điều khiển. Với 72% sự cố linh kiện xe điện liên quan đến EMI (MarketsandMarkets 2024), các nhà sản xuất OEM hiện nay tích hợp các yêu cầu EMC ngay từ giai đoạn thiết kế ban đầu.

Tích hợp bộ lọc EMC trong hệ thống pin và truyền động

Các kiến trúc 800V hiện đại đòi hỏi bộ lọc nhiều cấp để quản lý:

• Nhiễu tần số cao từ bộ nghịch lưu SiC (200 MHz)
• Nhiễu chế độ chung trong động cơ kéo
• Biến động điện áp DC-link vượt quá 50V/µs

Các nhà sản xuất hàng đầu tích hợp trực tiếp bộ lọc EMC vào bên trong các module pin, giảm trung bình 18dB phát xạ bức xạ so với các giải pháp bên ngoài. Việc tích hợp này giúp giảm cộng hưởng cáp và cải thiện độ tin cậy tổng thể của hệ thống.

Tuân thủ quy định và tiêu chuẩn cho bộ lọc EMC trong xe EV

Các thị trường xe EV toàn cầu tuân thủ nghiêm ngặt các quy định EMC:

Các tiêu chuẩn ISO 11452-8 được cập nhật hiện nay yêu cầu kiểm tra độ rung trong điều kiện thực tế đối với các bộ lọc kết nối, nhằm giải quyết 12% tỷ lệ lỗi phát sinh được ghi nhận trong các đợt thu hồi xe năm 2022.

Các yếu tố thúc đẩy tăng trưởng và xu hướng dự báo thị trường bộ lọc pin EMC cho xe điện

Thị trường bộ lọc EMC cho xe điện dự kiến sẽ tăng trưởng với tốc độ CAGR 29,4% đến năm 2030, được thúc đẩy bởi:

1. Việc áp dụng kiến trúc 800V+ trong 67% xe điện mới vào năm 2027
2. Sự mở rộng của các hệ thống sạc hai chiều
3. Các quy định mới của FCC hạn chế phát xạ băng thông rộng từ các bộ sạc nhanh một chiều

Độ phức tạp của bộ lọc đã tăng 3,8 lần kể từ năm 2020, với các thành phần từ tính tích hợp hiện chiếm 15% diện tích bảng mạch BMS trong các mẫu xe điện cao cấp.

Cân bằng hiệu suất EMC với chi phí và trọng lượng trong sản xuất hàng loạt

Mặc dù các bộ lọc dựa trên graphene mang lại khả năng triệt tiêu EMI tốt hơn 40% so với lõi ferit, nhưng chi phí 74 USD/kW khiến chúng bị hạn chế trong sản xuất hàng loạt. Thay vào đó, các nhà sản xuất OEM đang áp dụng các thiết kế lai kết hợp các yếu tố sau:

• Vỏ bọc hợp kim kim loại đúc phun (0,18 USD/cm³)
• Tụ gốm nhiều lớp có ESR 0,5Ω
• Các hệ thống phối hợp trở kháng tự động giúp giảm thời gian hiệu chỉnh tới 83%

Các giải pháp này đạt được mức tuân thủ 92% đối với yêu cầu EMC Class 3 đồng thời giữ trọng lượng cụm phụ tùng dưới 4,2kg trong các xe EV phân khúc C.

Đổi mới vật liệu và khả năng thông minh trong các bộ lọc OEM thế hệ tiếp theo

Áp dụng các vật liệu mới để tăng cường độ bền nhiệt và điện

Các nhà sản xuất OEM đang đi đầu trong việc sử dụng các vật liệu composite như polymer được tăng cường graphene và các nền tảng phủ gốm, những vật liệu này thể hiện độ bền nhiệt cao hơn 40% so với các bộ lọc thông thường. Những vật liệu này chịu được nhiệt độ trên 150°C gần cụm pin và duy trì độ bền điện môi trên 25 kV/mm—yếu tố thiết yếu để ngăn ngừa phóng điện hồ quang trong các hệ thống 800V.

Nhu cầu ngày càng tăng đối với các bộ lọc kết nối có khả năng giám sát theo thời gian thực

Các bộ lọc thông minh hiện nay rất cần thiết để duy trì tình trạng tốt cho xe điện. Khoảng hai phần ba các nhà sản xuất phụ tùng ô tô đã coi việc phát triển các bộ lọc thông minh có kết nối internet là ưu tiên hàng đầu trong kế hoạch đến năm 2025. Những bộ lọc này được tích hợp cảm biến theo dõi lượng bụi tích tụ, sự thay đổi áp suất và mức độ mài mòn của bộ lọc, đồng thời gửi dữ liệu này trực tiếp đến hệ thống bảo trì xe. Các bài kiểm tra thực tế cho thấy các hệ thống thông minh này giúp giảm khoảng một phần ba số lần sửa chữa bất ngờ. Các hãng xe đang bắt đầu triển khai các mô-đun hỗ trợ mạng 5G, có thể gửi thông tin hiệu suất về các hệ thống máy tính tại nhà máy trong vòng chưa đầy nửa giây, giúp kỹ thuật viên biết chính xác khi nào các bộ phận cần được chăm sóc trước khi sự cố xảy ra.

Vượt qua Thử thách trong Sản xuất Bộ lọc OEM trong Thời kỳ Chuyển đổi sang Xe Điện

Thử thách về Chi phí, Độ phức tạp Kỹ thuật và Chuỗi Cung ứng trong Sản xuất Bộ lọc Xe Điện

Giá của các hệ thống lọc tiên tiến cao hơn khoảng 47 phần trăm so với các hệ thống thông thường, theo Báo cáo Chuỗi Cung ứng Ô tô mới nhất từ năm 2024. Năm ngoái, tình trạng thiếu hụt chất bán dẫn đã làm chậm đáng kể mọi hoạt động trên diện rộng, khiến lịch sản xuất bị trì hoãn từ tám đến mười hai tuần. Thêm vào đó, có rất nhiều vấn đề địa chính trị làm cho việc tiếp cận các khoáng sản đất hiếm cần thiết cho các bộ lọc hiệu quả trở nên khó khăn. Những thách thức kỹ thuật cũng liên tục phát sinh. Các kỹ sư đang phải đối mặt với khối lượng công việc lớn khi cố gắng thiết kế các bộ phận có thể vận hành ở hệ thống 800 volt và chịu được mức độ nhiễu điện từ cao gấp ba lần so với động cơ đốt trong truyền thống. Và nếu chưa đủ phức tạp, các quy định liên tục thay đổi đến mức các nhà sản xuất hiện nay cần khoảng 22% số lượng cấu hình bộ lọc khác nhau nhiều hơn so với năm năm trước.

Mở rộng sản xuất để đáp ứng các tiêu chuẩn lọc riêng cho xe EV đang thay đổi

Ngành công nghiệp ô tô đang đối mặt với thách thức lớn khi các nhà sản xuất thiết bị gốc cần nâng cấp khoảng 60 phần trăm dây chuyền sản xuất hiện tại để xử lý các thiết kế bộ lọc mới này, đồng thời phải tuân thủ các quy định an toàn nghiêm ngặt ASIL-D. Theo nghiên cứu thị trường gần đây từ lĩnh vực Sản xuất Xe điện Toàn cầu, chúng ta đang chứng kiến mức tăng trưởng ba chữ số về việc lắp đặt bộ lọc thông minh trong vài năm tới. Tại sao vậy? Bởi vì các cơ quan quản lý liên tục siết chặt các tiêu chuẩn bắt giữ hạt bụi mịn đối với hệ thống làm mát pin. Một số hãng sản xuất lớn đã bắt đầu triển khai các thiết lập lắp ráp mô-đun, được cho là giảm chi phí trang bị lại khoảng một phần ba. Họ cũng đang tích hợp trí tuệ nhân tạo vào kiểm tra chất lượng, giúp tỷ lệ phát hiện lỗi đạt trên 99 phẩy mấy phần trăm. Và xét rằng sẽ có khoảng mười lăm nền tảng xe điện khác nhau trên thị trường vào giữa thập kỷ này, các công ty thực sự cần những giải pháp linh hoạt có thể hoạt động trên các yêu cầu điện áp khác nhau và không gian hạn chế mà không làm giảm hiệu suất trong điều kiện sử dụng thực tế.