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          傳統零部件廠商如何分食新能源汽車巨大蛋糕

          電氣化是汽車工業未來發展的必然趨勢。以新能源汽車為載體的電氣化汽車驅動系統有新的電池儲能系統和電機驅動系統,同時有超過330V 電壓和超過200A 電流輸出,所以對驅動電路循環中的電氣部件提出新的要求,逐步形成并帶來了與傳統汽車動力和電氣系統完全不同的產業化機會。伴隨汽車電氣化的推進和新能源汽車的推廣和普及,具有核心技術的汽車電氣零配件生產商將是這場高壁壘電氣化市場的盛宴受益者。

            

          漸行漸近的汽車電氣化

          科技的進步,推動了汽車電氣化的發展。電氣化的汽車產品,具有更高的能源利用效率,從而降低了能源的使用成本,并順應了日益被關注的環保趨勢,有更少的二氧化碳和其他污染性氣體排放量。與此同時,電氣化的汽車,可在保證原有使用功能的基礎上,使汽車有更強的安全性,并賦予汽車更多的便捷化和智能化功能,改善消費者的使用體驗,大幅提升了汽車在日常生活中的應用價值。

          在傳統內燃機汽車(ICE)領域,汽車電氣化更多的是體現在汽車電子的發展和繁榮上。電機動作代替了原有的機械動作,同時汽車電子在內燃機控制、汽車安全性、車身應用、車載應用等方面應用日益廣泛,是現代汽車產業發展重要的推動力。在全球汽車市場中,汽車電子產品的成本已超過整車成本的25%,2010 年,全球汽車電子市場的市值為1,145 億美元,預計2013 年的市值將高達1,750 億美元。

          而在下一階段的電氣化進程中,汽車的內燃機驅動系統將逐漸被電機驅動系統所替代。驅動系統是汽車最為核心的部件,由于汽車電機具有高達95%的能效轉換率,同時電力能源相較石油能源更加豐富,并在使用過程中無污染物排放,所以,作為驅動系統電氣化的新能源汽車在全球得到了廣泛的關注和重視,也被認為代表著汽車未來發展的趨勢。我們預計,就我國而言,每100萬輛新能源汽車的銷售,將為汽車電氣化系統帶來700~1,000億人民幣的市場容量。

            

          汽車電氣化的產業機會剖析

          早期的汽車電氣系統非常簡單,主要由汽油機的點火系統、起動系統和燈光信號系統構成。由于汽車用電量較小,汽車電氣系統主要是電壓為6V 的電路系統。伴隨著半導體器件的問世,電子技術在汽車領域中得到了廣泛的應用,如電子控制燃油噴射、防抱死制動系統、主動懸架、電動助力轉向、空調系統等等。為了滿足日益增長的汽車用電功率需求,從上世紀五十年代開始,汽車電氣系統的電壓逐漸由原來的6V上升至12V。

            

          據統計,自 1990 年開始,汽車的用電量每年以5%~8%的比例增加,在傳統內燃機汽車領域,隨著汽車電子占比的增加,大幅增加了汽車線束中電流量。整車生產商為了降低電流傳輸過程中能源的消耗和電器部件的成本,提出42V化技術路線,也就是將傳統汽車中電氣系統電壓由12V 提升至42V。該變化將會涉及到傳統汽車中配電系統、零部件、蓄電池、電容器、起動、發電機以及電力電子部件的改變。

          新能源汽車,特別是較高程度的混合動力汽車和純電動汽車中,由于電動機直接參與到汽車的驅動系統,所以對汽車的整體構造帶來了巨大的變化。在目前主要的新能源汽車電氣系統中,分為12V 電壓電路和高電壓電路(在不同的車型中,此部分的電路電壓在200V、300V 甚至是500V 以上)兩個系統。12V電壓電路用于沿襲傳統內燃機汽車中的底盤、車身、車載電氣系統,主要考慮因素為降低開發成本,該電路系統中的輸電功率一般小于10kw。高電壓電路系統主要布局與汽車的驅動系統,主要負載包括驅動電機,電路功率可高達70~100kw。由于高電壓電路系統的加入,新能源汽車電氣結構與傳統內燃機汽車有著明顯的不同。特別是高電壓回路中增加了大量的大功率電氣元器件和單元,例如大功率二極管、高電壓繼電器、DC/DC 單元、整流單元等。同時對弱電控制模塊,如電池管理系統、電機控制系統等,也在大功率高電壓方面提出了更高的要求。

            

          汽車電氣化是強化電機在汽車驅動系統重要性的過程

          從世界三次工業革命的角度觀察,第一次工業革命是以蒸汽機的出現為代表,第二次工業革命是以內燃機的出現為代表,而第三次工業革命則是電機為代表的電氣化革命。而汽車工業的發展也基本上在沿襲著這樣的發展趨勢。1769年世界上第一輛具有實用價值的汽車就是以蒸汽機作為驅動力,經歷了一個多世紀的發展,1885 年,德國人卡爾? 奔馳和戴姆勒分別制造了世界上第一輛內燃機三輪汽車和內燃機四輪汽車,開啟了內燃機汽車時代?,F代汽車中,內燃機消耗了整車超過60%的能量,但能效轉化率只有25%~40%,而電機具有高達95%以上的能效轉化率,所以從汽車產業的發展趨勢來看,如同第三次工業革命的出現與發展,終將走入電氣化時代。值得強調的是,在汽車怠速期間,驅動電機可以在增加汽車能效利用率的同時停止工作,從而大幅度減少能源的浪費。

            

          傳統內燃機汽車驅動系統中的電機主要以內燃機起動電機和發電機的形式存在。在內燃機的帶動下,電機將機械能轉化為電能并儲存在以鉛酸電池為主的蓄電池中,同時驅動汽車中的其他電氣設備。小型汽車的發電機的功率從20 年前的500w 發展到現代汽車中的1kW~2kW,每輛傳統內燃機汽車的發電機價格為400 元左右。而起動電機主要負責啟動內燃機曲軸的旋轉。一般情況下,整車生產商、零配件生產商和主要的電氣設備生產商都具備汽車發電機生產能力,例如沃爾沃、法雷奧、通用電氣等,國內的代表生產商有東風汽車、雙宇集團等。

          電機作為輔助驅動動力參與到汽車驅動系統最常見的是在弱混技術(Star-Stop)的混合動力汽車中(BSG 或ISG 電機),電機功率一般為2kW~3kW。由于弱混系統較全混系統和純電動系統的成本更低,同時可實現節油5%~10%,所以國外許多著名的汽車公司和配件生產商,如Ford 、Valeo 、Honda、Bosch、Siemens 、Fiat、 Delphi 等都競相研制或采用ISG 技術。而國內汽車生產商奇瑞、長安等,也都有意將弱混技術作為汽車的標配技術。目前,博世生產的BSG 電機價格為3,000~4,000 元/臺,而國內如大洋電機等生產商的BSG 電機為1,000 元左右/臺。

          而在新能源汽車領域,電機將深度直接參與到汽車的驅動過程,需要扮演主要驅動機和發電機的角色。例如,在豐田混合動力汽車Prius 第三代產品中,除了內燃機以外還有兩個電機,輸出功率分別為10kW 和50kW。其中,10kW電機承擔驅動和發電的作用,50kW 電機主要承擔驅動功率的輸出。起動階段電機承擔40%的汽車驅動力輸出,在高速行駛階段電機也承擔25%左右的驅動力輸出。

            

          從技術發展趨勢來看,目前汽車高效電機以永磁同步電機和三相異步電機兩種為主。其中,永磁同步電機由于單位體積輸出功率密度高,主要用于對空間要求比較高的小型汽車,而三相異步電機常見于大型客車中。

            

          汽車高效電機行業的核心競爭在于電機物理結構的設計和加工,以及控制系統的設計和實現。相比于傳統內燃機汽車中的電機,新能源汽車對電機有著更加嚴苛的要求。汽車運行中惡劣的環境和高頻度的顛簸要求電機具備良好的環境適應性和抗振性,而且在實際運行中,電動汽車電機單位質量功率輸出高達1.5kw/kg,所以對電機的加工要求非常高。因此,就要求企業采用強制水冷結構、高電磁負荷、高性能磁鋼、高轉速和超短端部長度等技術,減少線圈不必要的熱釋放,并使電機小型輕量化。而在控制方面,由于起步、高速行駛、爬坡等行駛狀態以及路況差異,對電機的扭矩、轉速等要求有非常大的跨度。同時為了保證汽車的安全性靈活性,需要電機控制具備快速的相應能力和穩定持久的處理能力。

          在市場容量方面,傳統燃油汽車中的電機主要應用于內燃機的啟動、自動升降車窗、雨刷等方面,以直流有刷電機為主,每輛車的電機成本一般只有幾百元到上千元。而在新能源汽車領域,電機的成本有了大幅度的增加。以高效電機采購成本600~1,000 元/kW 為基礎進行測算,每一輛新能源汽車中的電機新增成本高達1 萬~3 萬。那么每100 萬輛新能源轎車的銷售將為汽車高效電機帶來100~300 億的市場容量。

          目前國內臥龍電氣、大洋電機、南車時代等專業的汽車電機生產商已深度參與到了我國新能源汽車電氣系統產業的探索中,為國內多家新能源汽車生產商提供驅動電機產品,并與部分整車廠建立技術合作關系。在電機控制方面,南車時代和比亞迪已具備了電機控制系統關鍵零部件IGBT 的設計和生產技術,特別是比亞迪在多款新能源汽車中已經開始使用自己生產的IGBT 產品;臥龍電氣與國內領先的新能源汽車驅動系統集成商上海大郡進行戰略合作,并為青年汽車提供電控總成;寧波韻升在具備永磁電機關鍵稀土資源的同時投資國內領先的新能源汽車驅動系統集成商上海電驅動;大洋電機和匯川技術等也具備一定的汽車電控技術和總成的能力。

            

          由于新能源汽車目前在國內的普及率相較于傳統內燃機汽車微不足道,所以國內的汽車電機及配套系統生產商還沒有經過大規模運行的考驗。依照汽車產業過去的發展歷史來看,成本控制力差、技術研發能力弱的企業最終將會出局,而精密電機制造、精益生產管理的企業將脫穎而出。

          熱敏電阻 PTC 受益于鋰離子電池應用的推廣和普及

          電池用PTC

          電池系統在汽車電氣化的進程中,從汽車電子的蓄能系統逐漸走向了驅動系統的動力能源系統,在汽車成本中的比重也越來越重要。在傳統內燃機汽車中,基本上絕大多數的蓄電池是鉛酸電池,電池容量大部分分布在0.5kWh ~1kWh,價格在300元~500元之間。隨著汽車電氣化程度的加深,對電池的容量和功率有了新的要求,1997 年豐田推出的普銳斯第一代產品中,汽車核心儲能電池已成為鎳氫電池,而在近幾年發展迅速的PHEV 和純電動汽車中,核心動力電池已變成了鋰離子電池。

            

          在新能源汽車中,電池組容量與其在整車成本中的占比呈正相關。例如,日產Leaf 中的電池容量為24kwh,電池成本占整車總成本為30%左右。而Tesla 的Model S汽車,由于電池容量高達85kwh,電池成本在整車成本中占比高達55%。目前,鉛酸電池還是汽車電池中最主要的電池類型,新能源汽車的推廣和發展將大幅度提振汽車動力電池的需求,特別是未來將拉動鋰離子電池的需求。

            

          另一方面,鋰離子電池使用量的增加,又拉動了PTC 材料在整車中的使用量。通常意義上的PTC 是指一種以鈦酸鋇為主要成分的高技術半導體功能陶瓷材料,具有電阻值隨著溫度變化而變化的特性,特別是在居里溫度點附近電阻值躍升有3~7 個數量級。此種PTC 利用其最基本的電阻溫度特性及電壓-電流特性與電流-時間特性,已廣泛應用于工業電子設備、汽車及家用電器等產品中,以達到自動消磁、過熱過流保護、馬達啟動、恒溫加熱、溫度補償、延時等作用。

          電池內的 PTC 與上述PTC 并不相同,通常被稱之為“自恢復保險絲”,其含義為高分子聚合物開關,它是近幾年出現的新型正溫度系數過流過溫保護元件,它的特點是當溫度達到某定值時,其電阻值會顯著增加,呈高阻狀態,相當于斷開回路,而當溫度降低后,它便自動復位導通,恢復至低阻狀態,并且這種斷開-自動恢復過程可重復數千次。

          汽車電氣化進程中,電池的安全性已引起了汽車產業的高度重視,在純電動汽車中,電池的安全性已成為決定產品能否普及的三大核心因素之一。在電池系統發生事故時,常常遇見異常電池瞬間大量放出熱能,導致周圍的電池環境溫度瞬間變高,從而發生連鎖式的電池燃燒和爆炸。而PTC 是一種熱敏電阻,在電芯的結構中常常設置在正負極的連接處。在正常情況下,其阻值很小,損耗也很小,不影響電路正常工作;但若有過流(如短路)發生,其溫度升高,它的阻值隨之急劇升高,達到限制電流,阻斷電池正負極的,從而能夠一定程度上緩解和阻止后續的連鎖式燃燒和爆炸等危險情況。

          新能源汽車未來采用的電池PTC 將數十倍于智能終端電池PTC 市場,且產品技術含量和市場定位高端(智能手機大部分屬于低端市場),為PTC 市場打開一片廣闊的天空。特斯拉最新的一輛新能源中采用PTC 約8,000 多片,按照每片0.4 元測算,一臺車需要采用PTC 約3,000 元左右,而一臺Iphone5 手機采用的PTC 價值僅0.6 元;按照到2020 年全球新能源車銷量1,000 萬輛,按照一臺新能源車采用PTC 約1,500 元測算,年全球新能源汽車用電池PTC 市場空間約在150 億元,我們預計這個市場只能被極其少數兩到三家企業,如美國瑞侃、長園集團等分享。

            

          電氣系統用PTC

          車電氣系統中使用的PTC 主要是在過壓或過流的情況下,起到保護電路板、執行器等的功能。相對于熔斷絲而言,PTC 阻斷相應時間更快,響應時間是熔斷絲的1/5~1/10,且具有可恢復性,可反復多次使用,從而為客戶免去了更換熔斷絲的麻煩。

            

          目前在國內上百家生產PTC 電阻的廠家中,90%以上只能生產工藝簡單的作為加熱功能的PTC 產品。而在PTC 熱敏電阻領域,很多廠家由于原材料的選擇和過程工藝控制不夠,常常在經受耐流沖擊實驗中,PTC 片出現開裂現象,同時機械強度明顯下降,通過顯微鏡觀察發現片內存在異常晶粒的成長。

          瑞侃(美國泰科的子公司)是全球聚合物PTC 自復式元件最大的供應商,已開發出若干專門用于保護電池應用的材料平臺。每種材料平臺都可提供不同的性能特征,可使工程師得到更大的設計靈活性。該公司PTC 年銷售額約2 億美元,產品毛利率高達50%。排名第二的供應商為臺灣上市公司聚鼎科技(國內的工廠是昆山聚達),該公司2012 年全球市場占有率為12%,營業額為14億新臺幣(約5 千萬美元),毛利率為45.6%。

          在國內,如長園維安、沃爾核材、上??铺?、武進威瑞,已具備此類PTC 產品的技術和生產能力。特別是長園維安,在2007 年100%控股固派電子后,成為國內最大的PTC 電路保護元件的生產企業。該公司PTC 產品性能與瑞侃相當,但是成本只有瑞侃的50%左右。

          在 PTC 熱敏電阻行業中,關鍵原材料質量的選擇、過程生產工藝的優化和檢測手段的健全,是保證產品質量的前提。同時,具有自動化生產設備的廠商可保證產品的合格率達到80%,而國內部分廠商的手動生產線合格率只有40%~50%。同等重要的是,豐富的產品種類和規格,系列化的產品體系,快速的新品研發能力,才能滿足客戶在不同場合下的需求。

          據臺灣聚鼎科技公司公布的數據,2012 年PTC 在電池領域的市場容量為4.05億美元,貼片式PTC 產品(SMD,主要集成于電子電路板中)的市場容量大約為1 億美元,全球PTC 市場容量合計大約為6 億美元。PTC 在傳統18,650 電池中每片成本大約為0.5 元。再加上PTC 在汽車電子產品中的應用,以此測算,每100 萬輛新能源汽車的銷售將為PTC 帶來5~10 億人民幣的市場容量。受益于智能手機、筆記本電腦等電子消費品對電池需求的拉動,以及汽車電氣化對電池需求量的提升,預計PTC 市場將保持10~20%的增長率。

          汽車電氣化是薄膜電容器逐漸替代鋁電解電容的過程

          當前,陶瓷電容和鋁電解電容是市場上最為常見的電容類電子元器件,廣泛的應用于各類電子產品中,主要在電路系統中的起濾波、調頻、隔直流及時間控制等作用。

            

          隨著汽車電氣化的加劇,汽車電路系統的電壓和輸出功率有了大幅度的提升,關鍵部件對電子元器件的耐壓耐沖擊能力要求更為嚴格。工作條件的變化對電子系統中的電容元器件的性能提出新的要求,從而拉動了汽車產業對薄膜電容器的需求。例如,豐田普銳斯第二代產品就將原有的鋁電解電容器替換成為薄膜電容器。一方面是因為薄膜電容的耐壓耐沖擊特性使它非常適合在新能源汽車的電氣環境下使用。另一方面,在過去多年的發展中,薄膜電容器的體系和重量減少了3~4 倍,同時改進了金屬化的分割技術,從而極大的幫助了薄膜電容的發展。目前,薄膜電容能夠比電解電容更加經濟性的覆蓋600VDC~1,200VDC 之間的電壓范圍。

          一般來說,薄膜電容器是以金屬箔當電極,將其和不同塑料薄膜從兩端重疊后,卷繞成圓筒狀的構造之電容器。由于薄膜材料的差異,使薄膜電容器體現出不同的性能。其中,使用聚丙烯制備的薄膜電容器具有良好的耐壓耐沖擊能力,而且自愈性能強,特別適合應用于高頻、高壓、高穩定、高脈沖以及交流場合。在新能源汽車中,薄膜電容器常見于電機驅動電路、DC/DC 轉換電路、DC/AC 轉換電路、電池管理系統等。例如,電機驅動電路中,由于IGBT關閉時的反向脈沖電壓,一般會并聯三只800VDC 的薄膜電容器作為直流濾波電容。在電池管理系統的電源濾波電路中,一般會有兩個用于高頻濾波的薄膜電容,等等。

          薄膜電容中所使用的薄膜,對產品的性能有直接的影響。國內做聚丙烯薄膜最好的廠家和國外的高品質聚丙烯薄膜(如德國的施泰納、創斯普、法國的波洛萊和日本的東麗等)差距還是非常大的,特別是影響電容壽命、耐壓和高溫特性的PP 薄膜結晶度,國內廠家只能做到60%~65%,而國外的能夠達到75%~80%,并逐步在提高。這樣的話,如果用相同厚度的薄膜,相同的技術工藝做的產品,國外的高品質薄膜會比國內最好的膜做的產品壽命長50%,耐壓高30%以上。除了需要提供優質的產品以外,對客戶需求快速的相應能力,和良好的成本控制能力,是薄膜電容行業重要的競爭壁壘。

            

          在全球范圍里,日本的Nichicon、德國的Wima、意大利的ICEL、美國的CDE等,是頂級的薄膜電容器生產商,其中,WIMA 的產品主要用于高品質的音響,Nichion 主要用于電子產品,而CDE 是專業的變頻器薄膜電容生產商。其他,如日本的NISSI、荷蘭的飛利浦,以及臺灣的凱勵、昱電、華容等,也都是世界知名的薄膜電容器生產商。在產量方面,日本的松下電工和德國的EPCOS、美國的Kemet 是全球最主要的薄膜電容生產商。

          在國內,廈門法拉電子是最大的薄膜電容器生產商,為了保持行業領先優勢,該公司投資1.1 億擴建新能源用薄膜電容器,投產后將形成3 億uF/年的生產能力。江海股份是國內鋁電解電容的龍頭企業,該公司預計將投入2 億元布局新能源用薄膜電容項目,實現年產100 萬只高壓電容薄膜電容器。

          市場容量方面,2011 年鋁電解電容器全球的市場規模為35.21 億美元,以5%應用于汽車領域測算,汽車中的鋁電解電容器的市場規模為11 億人民幣,此部分市場中,未來將部分被薄膜電容所取代。同時,在DC/DC、電機控制系統、電池管理系統等高壓電氣單元中,薄膜電容的使用量也會隨著新能源汽車的推廣和普及而上升。據調查,新能源汽車中的薄膜電容售價最高可達1,000 元/只,以每輛汽車薄膜電容價值為2,000 元估算,每100 萬輛新能源汽車將會為薄膜電容帶來20 億人民幣的市場空間。

          汽車傳統繼電器價值增長,高壓繼電器市場空間巨大

          汽車繼電器是指專門應用于汽車電器控制的繼電器,它是隨著汽車電子、電器產品發展起來的。汽車業是繼通信業以后的繼電器第二大應用領域市場,汽車繼電器的銷售額約占繼電器總銷售額的18.4%。在傳統內燃機汽車中,汽車繼電器廣泛用于控制汽車啟動、預熱、空調、燈光、雨刮、電噴、油泵、防盜、音響、導航、電動風扇、冷卻風扇、電動門窗、安全氣囊、ABS、懸架控制以及汽車電子儀表和故障診斷等系統中,它是僅次于傳感器在汽車上應用最多的汽車電子元器件之一。據統計,汽車檔次的不同,繼電器在汽車中的使用量從20 只至70 只不等。每只汽車繼電器的成本為4~5 元,那么在傳統汽車中繼電器的產品價值為每輛100~300 元,在高端汽車中,由于繼電器控制的電路功率、功能復雜程度增加等,汽車繼電器的產品價值高達1,500 元。

            

          在汽車電氣系統中,當繼電器接通負載時,將產生5~10 倍于額定電流的浪涌電流,瞬間數倍的功率輸出很容易使繼電器觸點發生熔焊。而且由于其較大的電感、燃弧時間長、電弧熄滅困難、電侵蝕現象非常嚴重,特別是在高電壓下,電弧能量大大提高,觸點的侵蝕和材料轉移情況將更加嚴重。那么新能源汽車的輸電電路中,需要完全不同于傳統內燃機汽車電氣系統中的繼電器,才能滿足大功率電路開關的要求。

            

          新能源汽車中央配電模塊中采用了高壓繼電器。首先,在中央配電模塊中的核心開關單元是通過4~6 個高壓繼電器通過串聯或者并聯來實現,這增加了配電系統開關單元的復雜程度。同時,對各個高壓繼電器之間的響應時間、通斷時間等一致性提出了工藝性要求。

          同時,由于電動汽車中繼電器苛刻的工作環境,高壓繼電器通斷電結構設計、元配件選擇、成品密封方式等與普通繼電器有顯著的差異,制備工藝和技術要求也有更高的門檻。雖然非密封式繼電器結構簡單、工作狀態直觀便于失效分析,且成本具有競爭力,但是電動汽車中繼電器由于工作溫度波動大,汽車運行中顛簸劇烈,且各種雜質容易對線圈、觸電等帶來污染和損傷,所以高壓繼電器都會經過密封處理。

          在高壓繼電器密封性加工過程中,密閉的滅弧室會進行真空介質處理或高壓介質處理。真空介質的特點是介電強度高,可達到每0.1 毫米10,000V,而且真空環境下繼電器觸點不會氧化。所以真空型繼電器的接觸電阻小而且比較穩定,適合射頻等高頻場合。而高壓氣體介質的特點是能使繼電器保持良好的耐壓并保護觸點不被氧化,在繼電器進行熱開關時可以避免觸點高溫燒損。在對電流波動敏感的應用中,充氣繼電器具有低而且穩定的泄漏電流,特別是在斷開觸點間,可以長時間保持很低的泄漏電流。而且,為了防止繼電器觸點在瞬間大電流下熔融粘連,高壓繼電器觸點材料常選用銅材質或鉬+鎢材質。

          在純電動汽車中央配電盒中,一般情況下需要使用4 只較大尺寸的和2 只較小尺寸的高壓繼電器串并聯來控制從動力電池到驅動電機的電路系統。這樣一套高壓繼電器的價格進口產品為5,000 元,而國產價格為2,000~3,000 元??傊?,高壓繼電器的應用使繼電器元器件在汽車中的使用成本增加了20 倍左右,大大提升了汽車繼電器產業的市場價值。

            

          2012 年全球汽車銷量大約為6,000 萬輛,以每輛汽車繼電器價值為30~40 元美元測算,全球汽車繼電器市場容量大約為20~25 億美元。與此同時,由于高壓繼電器的應用,預計未來每銷售100 萬輛新能源汽車,將新增4~5 億美元的汽車繼電器市場容量。

          全球范圍內汽車繼電器市場主要由歐姆龍、泰科、松下、海拉等產業跨國公司占領。由于這些公司品牌影響力大、經驗成熟、自動化程度高,質量穩定、同時有相當的生產規模,雖然價格較貴,也依然被納入到大型汽車生產商的主要供應鏈范疇。

            

          被國內各家汽車生產商廣泛信賴的國產繼電器品牌包括廈門宏發、上海松川、上海滬工、貴州天義等,陜西群力在軍品領域有廣泛的認可度。廈門宏發是國內規模最大的繼電器生產商,2012 年繼電器年產值達30 億人民幣。特別在大功率繼電器領域,宏發具有顯著的技術領先優勢,其產品已進入江淮新能源汽車供應鏈體系,替代了松下的高壓產品,并逐漸在開發Tesla、大眾等世界性汽車生產商。

          汽車電氣化擴大高壓線束應用,電氣安全性凸顯熱縮材料價值

          汽車中的線束是電氣系統的重要部件,主要是在汽車電氣系統中扮演能量輸送和信號傳遞的作用。傳統內燃機汽車中的線束電線常用規格有標稱截面積0.5、0.75、1.0、1.5、2.0、2.5、4.0、6.0 等平方毫米的電線,它們各自都有允許負載電流值,配用于不同功率用電設備的導線。例如,0.5mm2 規格線適用于儀表燈、指示燈、門燈、頂燈等;0.75mm2 規格線適用于牌照燈,前后小燈、制動燈等;1.0mm2 規格線適用于轉向燈、霧燈等;1.5mm2 規格線適用于前大燈、喇叭等;主電源線例如發電機電樞線、搭鐵線等要求2.5 至4mm2 的電線。

          傳統內燃機汽車中有長達2km 的導線,2,000 多個線頭,一些高端車型的導線長達4km,觸點超過4,000 個。如前文所提到的,在新能源汽車特別是純電動汽車中,除了12V 電路系統以外,還有一個電壓超過300V 主要用于動力驅動系統的電路系統,該系統中需要采用高壓線束來連接各個電路中的單元。高壓線束是新能源汽車高壓電氣系統關鍵的組成部分,它是新能源汽車安全可靠運行的重要保證。

          由于高壓線束中需要具備非常高的功率輸送能力,所以其需要具備優異的載流性能,同時能夠在較大的溫度范圍條件下穩定工作。同時,根據歐洲的安全法律規定,人體的安全電壓在50V 以內,任何超過60V 電壓的系統,在導線和連接處都需要有特殊的絕緣措施,并且在顛簸的汽車運行環境下具備良好的機械強度,防止高壓漏電。據2012 年比亞迪E6 被撞著火事后調查報告,專家組認為事故的原因是因為E6 被撞后動力電池組和高壓配電單元受到嚴重擠壓并破損,導致高壓線路與車體之間形成短路,產生電弧,并引燃內飾材料及部分動力電池等可燃物質。由此可見,新能源汽車中的高壓線束較傳統汽車中的12V 電路中的線束,有更為突出顯著的安全隱患,所以需要在線束的設計方面更多的考慮安全性因素。

          熱縮材料是汽車線束中重要的絕緣材料,一般由聚乙烯和聚氯乙烯制成,主要特性是加熱收縮包覆在物體外表面,能夠起到絕緣、防潮、密封、保護和接續等作用。據深圳前瞻咨詢的報告,國內的熱縮材料用于汽車制造的市場占比還非常低,只有20%左右,全球80%的市場占比被美國瑞侃與日本住友占據。目前國內生產的汽車用雙壁熱縮套管的價格只有美國瑞侃、日本住友的20%-50%。以此為基礎計算,如果采用國內廠家產品的話,每輛汽車線束中熱縮材料的價值為100~200 元,而使用國外的熱縮套管的價格為200-500 元,國內生產商在產品價格方面具有非常顯著的競爭力。所以,國內生產商每提升全球熱縮材料5%的市場占有率,將新增20 億美元的市場價值。

          我國上市的企業中,長園集團、沃爾核材和中科英華都具備熱縮材料的生產能力,其中長園集團為國內熱縮材料第一品牌。與此同時,長園集團在過去三年加大了熱縮材料的研發和產能提升方面的投入力度,其中東莞基地建設將顯著提升公司在熱縮材料領域的產品競爭力。

          需要強調的是,不同于傳統汽車12V 線束,高壓線束還需要考慮與整車電氣系統的磁兼容性。在實際使用中,電動汽車受到的電磁干擾是傳統內燃機汽車的近百倍,據重慶長安汽車工程研究院的文章,電動汽車的高壓線束是高效的電磁干擾發射天線和接收天線,是導致電動汽車出現電磁兼容故障及輻射干擾超過法規要求的最重要原因。高壓線束生產的磁干擾會影響到汽車信號線路中數據傳輸的完整性和準確性,嚴重時會影響到整車的操控和安全性。所以,在高壓線束外邊常常采用注膠、包裹屏蔽線等方式來減少對整車的磁干擾。

          據中國電子元件行業協會的估計,傳統汽車中平均需要65 套線束,總價值在4800~5500 元左右。以此為基礎,全球2012 年銷售汽車超過6,000 萬輛,那么汽車線束的市場容量約為480 億美元。在新能源汽車中,由于高壓線束在載通能力、機械強度、絕緣保護和電磁兼容性等方面進行了特殊的處理,其成本較普通汽車線束成本提高了30~50%,那么新能源汽車中的線束成本比傳統汽車將提高25%~40%。我國每銷售100 萬輛新能源汽車,將新增20 億人民幣高壓線束的市場容量。

          在零配件中,汽車線束負責將汽車中的各個電氣部件連接起來,所以在產品性能上,關注的重點是線束的電壓降和電磁兼容性。需要強調的是,歐盟還對汽車線束中含有的鉛、汞、鎘等6 中物質的含量進行了規定,要求必須通過RoHS 認證。

          由于汽車線束是影響整車電氣性能的關鍵性零配件,所以世界上各大生產商與專業的線束生產商通常保持了長久而密切的穩定合作關系。全球汽車線束廠家高度壟斷,主要的四家生產商占有了超過75%的市場。其中大多數日本的汽車線纜生產商原本從事于電線線纜的生產,有很好的產品技術傳承,同時,像住友等公司還掌握上游的礦業資源,成本控制力比較好。

            

          在高壓線束方面,上世紀80 年代,日本的矢崎和住友便開始為日本汽車企業開發專用的高壓線束,到了20 世紀90 年代,美國的德爾福開始為通用開發高壓線束產品。從技術方面,日本和美國的高壓線束已形成了體系,并在實際使用中得到驗證和持續的改善。

          在國內,得潤電子是連接器的龍頭企業,原本主生產家電類產品的連接器。該公司通過與德國Kromberg & Schubert Group 合資設立廣東科世得潤汽車部件有限公司,進入高端汽車線束市場,為奧迪A3提供汽車連接器零配件。Kromberg& Schubert Group 是德國最大的汽車線束生產商之一,是大眾、寶馬等德國整車廠的供應商。與此同時,得潤電子在合肥投資1.5 億新建汽車連接器項目,積極布局國內汽車連接器市場,2012 年一度有望控股天海電器,天海電器是國內最大的汽車線束和連接器生產商,為一汽大眾、上汽通用以及眾多國內整車廠的線束供應商。

          汽車電氣零配件市場是高壁壘市場

          擁有核心技術的專業生產商才能抓住產業發展機會

          在傳統內燃機汽車中,汽車電子主要包含動力控制系統、底盤控制與安全系統、車身電子和車載電子四大類。其中,新能源汽車由于驅動系統的電氣化程度要更深入,所以動力控制系統(包含電池及管理系統、電機及控制系統等)在汽車電子中的比例將超過50%。

          現代汽車產業經過上百年的發展,經歷了整車廠縱向一體化到橫向分工發展模式的演變后,當前的汽配件生產商與整車廠形成了一套成熟的供應鏈關系。對于汽車整車廠,他們將汽車零配件分為核心部件、特性部件、和標準部件三大類。一般情況下,整車廠會控制四大工藝(沖壓工藝、焊接工藝、噴涂工藝和總裝工藝)之外,生產汽車大約20%~30%的零部件,其余的部分將由周邊的各類零部件廠商負責生產。

            

          以美國、日本和德國為代表的國外領先的整車生產商與零配件生產商,他們經過多年的發展和總結,在汽車工業領域形成了嚴格的標準和認證體系。所以對于國內汽車零配件生產商如果能夠成為他們的三級或二級供應商,甚至是一級供應商,是對國內企業的產品品質、研發能力和過程管理能力非常大的肯定。但是,國外一流的電氣零配件生產商與整車廠有長時間形成的難以突破的合作關系,甚至部分零配件生產商承擔著整車廠的研發任務。同時這些廠商產品規模龐大、生產經驗豐富,所以自身的產品質量水平很高,并且自身與上游供應商形成了穩定的供應鏈關系,在核心部件和主要的特性部件領域構建起非常高的進入門檻。

          由于汽車電氣化系統成本在整車成本中占比越來越重,為了降低整車成本,國外一流的整車生產商開始逐漸將電氣系統中部分標準型配件的訂單向國內生產商轉移。所以,國內具有核心技術的專業零配件生產商有望通過這次機會進入跨國汽車生產商的供應鏈體系,分享到全球的零配件市場,從而快速成長為行業的龍頭企業。

          例如,宏發股份是國內規模最大且具備全產業的專業繼電器生產商,其汽車繼電器產品已批量供貨于通用汽車、馬自達、寶馬等,并有望進入大眾汽車、法國雷諾等的供應鏈體系,預計未來每年的汽車繼電器銷量將由目前的3,000萬上升至近2 億。在新能源汽車方面,宏發股份已替代日本松下,成為江淮汽車高壓繼電器的供應商,并正在與Tesla、大眾等公司就高壓繼電器產品的開展洽談。深圳航盛電子是國內唯一一家進入世界十大汽車電子生產商名單的企業,該公司定位為汽車音響等車載信息娛樂系統,憑借先進的生產設備和源于中國航空工業的領先技術,通過了奔馳、日產、三菱、大眾、通用、沃爾沃等國際車廠的認證,成為國內最大的汽車音響生產商。

          嚴苛的評價和認證構建了汽車電氣零配件產業的競爭壁壘

          進入汽車供應鏈體系,特別是外資汽車供應鏈系統,是一個非常復雜且嚴格的過程。下游客戶為了保證的單體產品的性能、批次產品的質量和按期交貨數量,對上游供應商設定了系統性的認證體系。平均來看,一個認證周期大約為2~3 年。

            

          一般而言,汽車電氣化系統中的元器件和電子產品需要經歷以下的認證過程:

          第一步、通過國際性的質量認證體系

          如果電氣元件直接供給整車廠,需要通過ISO/TS 16949 的認證。該認證的全稱為“技術規范ISO/TS16949 品質管理系統—汽車行業生產件及相關服務件的組織實施ISO9001:2000 的特殊要求”,是所有進入汽車產業的零部件都必須要通過的質量認證體系,由國際汽車工作組(IAFT)頒發。ISO/TS 16949 認證體系2002 由IATF 和日本汽車制造商協會(JAMA)在ISO/TC176 品質管理和質量保證標準化技術委員會的支持下共同制定,于 2004 年在全球推廣,被國內外主流的整車生產商和零配件生產商所認可。

          如果電氣元件供給整車廠的一級或二級供應商,需要通過ISO 9001 的認證。以上認證體系重點關注在缺陷產品的防范,減少在汽車零部件供應鏈中容易產生的質量波動和浪費。

          第二步、采購商的認證程序

          不同于電氣元器件在其他領域中的使用環境,汽車中的電氣元器件需要面臨的工作環境更加惡劣,同時功能失效可能會帶來汽車事故能非常嚴重的后果,所以汽車電氣元器件對于穩定性和安全性有非常高的要求,各個整車廠或電氣零部件采購商會結合產品的需要而開展認定工作。

            

          特別是需要說明的是,相對于國內整車廠,歐洲、日本和美國的整車生產商對于電氣元氣的電磁兼容性的要求要高很多。新能源汽車中由于應用了高壓大功率變換裝置和驅動電機,會產生嚴重的電子干擾噪聲。同時在汽車狹小的環境中增加了更多的高壓和低壓控制線束,干擾會通過線間耦合或輻射對低壓控制系統造成影響。因此,電動汽車的電磁兼容性問題比傳統燃油汽車更加復雜和嚴重,分析電動汽車的電磁環境和電磁兼容性也就成為評價電動汽車設計的重要方面。

          一般情況,新能源汽車很難一次性通過汽車EMC 認證,需要多次的對汽車電氣系統進行電磁兼容性改進。而汽車是一個體系性的工程,很難通過調整其中一兩個電氣部件就能有顯著的改觀,所以整車生產商在電氣元器件的選用時,就非常關注元器件的電磁特性,或者對它們進行特殊的電磁吸收或屏蔽處理,這個過程需要電氣元器件生產商與整車生產商密切的合作。對于汽車電氣零配件生產商,整車EMC 認證過程則是考驗其產品售后服務和持續改進的能力,這也是整車生產商對其重點考察和認證的部分。

            

          第三步、區域性的獨立性認定體系

          在中國、歐洲、美國、日本等主要的汽車市場,也分別有一些區域性的電子產品認證標準,而只有通過這些認證,汽車電氣化產品才能在這些區域中銷售。

            

          汽車的認證體系是個非常復雜的系統,需要消耗大量的時間,并投入高額的認證費用。所以整車生產商為了縮短產品認證周期,常常會選擇那些已經獲取了行業知名認證體系認證的產品。例如,比亞迪生產的E6純電動汽車為了進入國際汽車市場,就會優先選擇已通過ISO/TS 16949,擁有CE或UL認證過的電氣零配件,而被國外汽車生產商認證過程的電氣零配件,也往往更容易進入其他主流整車企業的供應鏈體系。因此,汽車產業中對零部件生產商嚴苛的評價標準和認證體系,構建了非常高的產業進入壁壘。而在產品認證的過程中,零配件生產商往往在強化技術優勢的同時,會更加優化生產管理能力,提升生產設備的先進程度。這也為他們進入新客戶的供應鏈體系,占據并保持行業的領先地位,提供了有力的保障。原文出自:中銀國際證券《汽車電氣化專題一汽車電氣化引領汽車零部件變革》

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