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传统零部件如何分食新能源汽车巨大蛋糕

发布时间:2018-02-09 来源:未知 作者:admin 浏览次数:



电气化是汽车工业未来发展的必然趋势。新能源汽车核心零部件的垄断,提升我国自主品牌汽车竞争力。以新能源汽车为载体的电气化汽车驱动系统有新的电池储能系统和电机驱动系统,同时有超过330V 电压和超过200A 电流输出,所以对驱动电路循环中的电气部件提出新的要求,逐步形成并带来了与传统汽车动力和电气系统完全不同的产业化机会。伴随汽车电气化的推进和新能源汽车的推广和普及,具有核心技术的汽车电气零配件生产商将是这场高壁垒电气化市场的盛宴受益者。
渐行渐近的汽车电气化
进步,推动了汽车电气化的发展。电气化的汽车产品,具有更高的能源利用效率,从而降低了能源的使用成本,并顺应了日益被关注的环境保护趋势,有更少的二氧化碳和其他污染性气体排放量。与此同时,电气化的汽车,可在保证原有使用功能的基础上,使汽车有更强的安全性(security),并赋予汽车更多的便捷化和智能化功能,改善消费者的使用体验,大幅提升了汽车在日常生活中的应用价值。
在传统内燃机汽车(ICE)领域,汽车电气化更多的是体现在汽车电子的发展和繁荣上。电机动作代替了原有的机械动作,同时汽车电子在内燃机控制、汽车安全性、车身应用、车载应用等方面应用日益广泛,是汽车产业发展重要的推动力。在全球汽车市场中,汽车电子产品的成本已超过整车成本的25%,2010 年,全球汽车电子市场的市值为1,145 亿美元,预计2013 年的市值将高达1,750 亿美元。
而在下一阶段的电气化进程中,汽车的内燃机驱动系统将逐渐被电机驱动系统所替代。驱动系统是汽车最为核心的部件,由于汽车电机具有高达95%的能效转换率,同时电力能源相较石油能源更加丰富,并在使用(use)过程中无污染物排放,所以,作为驱动系统电气化的新能源汽车在全球得到了广泛的关注和重视,也被认为代表着汽车未来发展的趋势。我们预计,就我国而言,每100万辆新能源汽车的销售,将为汽车电气化系统带来700~1,000亿人民币的市场容量。
汽车电气化的产业机会剖析
早期的汽车电气系统非常简单,主要由汽油机的点火系统、起动系统和灯光信号系统构成。由于汽车用电量较小,汽车电气系统主要是电压为6V 的电路系统。伴随着半导体(semiconductor)器件的问世,电子技术在汽车领域中得到了广泛的应用,如电子控制燃油喷射、防抱死制动系统、主动悬架、电动助力转向、空调系统等等。为了满足日益增长的汽车用电功率需求,从上世纪五十年代开始,汽车电气系统的电压逐渐由原来的6V上升至12V。
据统计,自 1990 年开始,汽车的用电量每年以5%~8%的比例增加,在传统内燃机汽车领域,随着汽车电子占比的增加,大幅增加了汽车线束中电流量。整车生产商为了降低(reduce)电流传输过程中能源的消耗和电器部件的成本,提出42V化技术路线,也就是将传统汽车中电气系统电压由12V 提升至42V。该变化将会涉及到传统汽车中配电系统、零部件、蓄电池、电容器、起动、发电机以及电力电子部件的改变。
新能源汽车,特别是较高程度的混合动力汽车和纯电动汽车中,由于电动机直接参与到汽车的驱动系统,所以对汽车的整体构造带来了巨大的变化。在目前主要的新能源汽车电气系统中,分为12V 电压电路和高电压电路(在不同的中,此部分的电路电压在200
  V、300V 甚至是500V 以上)两个系统。12V电压电路用于沿袭传统内燃机汽车中的底盘(chassis)、车身、车载电气系统,主要考虑因素为降低开发成本,该电路系统中的输电功率一般小于10kw。高电压电路系统主要布局与汽车的驱动系统,主要负载包括驱动电机,电路功率可高达70~100kw。由于高电压电路系统的加入,新能源汽车电气结构与传统内燃机汽车有着明显的不同。特别是高电压回路中增加了大量的大功率电气元器件和单元,例如大功率二极管、高电压继电器、DC/DC 单元、整流单元等。同时对弱电控制模块,如电池管理系统、电机控制系统等,也在大功率高电压方面提出了更高的要求。
汽车电气化是强化电机在汽车驱动系统重要性的过程
从世界三次工业革命的角度观察,第一次工业革命是以蒸汽机的出现为代表,第二次工业革命是以内燃机的出现为代表,而第三次工业革命则是电机为代表的电气化革命。而汽车工业的发展也基本上在沿袭着这样的发展趋势。1769年世界上第一辆具有实用价值的汽车就是以蒸汽机作为驱动力,经历了一个多世纪的发展,1885 年,德国人卡尔 和分别制造了世界上第一辆内燃机三轮汽车和内燃机四轮汽车,开启了内燃机汽车时代。汽车中,内燃机消耗了整车超过60%的能量,但能效转化率只有25%~40%,而电机具有高达95%以上的能效转化率,所以从汽车产业的发展趋势来看,如同第三次工业革命的出现与发展,终将走入电气化时代。值得强调的是,在汽车怠速期间,驱动电机可以在增加汽车能效利用率的同时停止工作,从而大幅度减少能源的浪费。
传统内燃机汽车驱动系统中的电机主要以内燃机起动电机和发电机的形式存在。在内燃机的带动下,电机将机械能转化为电能并储存在以铅酸电池为主的蓄电池中,同时驱动汽车中的其他电气设备。小型汽车的发电机的功率从20 年前的500w 发展到汽车中的1kW~2kW,每辆传统内燃机汽车的发电机价格为400 元左右。而起动电机主要负责启动内燃机曲轴的旋转。一般情况下,整车生产商、零配件生产商和主要的电气设备生产商都具备汽车发电机生产能力,例如、法雷奥、电气等,国内的代表生产商有东风汽车、双宇等。
电机作为辅助驱动动力参与到汽车驱动系统最常见的是在弱混技术(Star-Stop)的混合动力汽车中(BSG 或ISG 电机),电机功率一般为2kW~3kW。由于弱混系统较全混系统和纯电动系统的成本更低,同时可实现节油5%~10%,所以国外许多著名的汽车和配件生产商,如Ford 、Valeo 、Hod
  A、Bosc
  H、Siemes 、Fia
  T、 Delphi 等都竞相研制或采用ISG 技术。新能源公交客车作为我国新能源汽车推广应用的排头兵和“先锋队”,加之其担负大众出行的社会属性,近年来,一直成为业内外关注的焦点。 而国内汽车生产商、等,也都有意将弱混技术作为汽车的标配技术。目前,博世生产的BSG 电机价格为3,000~4,000 元/台,而国内如等生产商的BSG 电机为1,000 元左右/台。
而在新能源汽车领域,电机将深度直接参与到汽车的驱动过程,需要扮演主要驱动机和发电机的角色。例如,在混合动力汽车Prius 第三代产品中,除了内燃机以外还有两个电机,输出功率分别为10kW 和50kW。其中,10kW电机承担驱动和发电的作用,50kW 电机主要承担驱动功率的输出。起动阶段电机承担40%的汽车驱动力输出,在高速行驶阶段电机也承担25%左右的驱动力输出。
从技术发展趋势来看,目前汽车高效电机以永磁同步电机和三相异步电机两种为主。其中,永磁同步电机由于单位体积输出功率密度高,主要用于对空间要求比较高的小型汽车,而三相异步电机常见于大型客车中。
汽车高效电机行业的核心竞争在于电机物理结构的设计和加工,以及控制系统的设计和实现。相比于传统内燃机汽车中的电机,新能源汽车对电机有着更加严苛的要求。汽车运行中恶劣的环境和高频度的颠簸要求电机具备良好的环境适应性和抗振性,而且在实际运行中,电动汽车电机单位质量功率输出高达1.5kw/kg,所以对电机的加工要求非常高。因此,就要求企业采用强制水冷结构、高电磁负荷、高性能磁钢、高转速和超短端部长度等技术,减少线圈不必要的热释放,并使电机小型轻量化。而在控制方面,由于起步、高速行驶、爬坡等行驶状态以及路况差异,对电机的扭矩、转速等要求有非常大的跨度。同时为了保证汽车的安全性灵活性,需要电机控制具备快速的相应能力和稳定持久的处理能力。
在市场容量方面,传统燃油汽车中的电机主要应用于内燃机的启动、自动升降车窗、雨刷等方面,以直流有刷电机为主,每辆车的电机成本一般只有几百元到上千元。而在新能源汽车领域,电机的成本有了大幅度的增加。以高效电机采购成本600~1,000 元/kW 为基础进行测算,每一辆新能源汽车中的电机新增成本高达1 万~3 万。那么每100 万辆新能源轿车的销售将为汽车高效电机带来100~300 亿的市场容量。
目前国内、、等专业的汽车电机生产商已深度参与到了我国新能源汽车电气系统产业的探索中,为国内多家新能源汽车生产商提供驱动电机产品,并与部分整车厂建立技术合作关系。在电机控制方面,和已具备了电机控制系统关键零部件IGBT 的设计和生产技术,特别是在多款新能源汽车中已经开始使用自己生产的IGBT 产品;与国内领先的新能源汽车驱动系统集成(jí chéng)商上海大郡进行战略合作,并为提供电控总成;在具备永磁电机关键稀土资源的同时投资国内领先的新能源汽车驱动系统集成商上海电驱动;也具备一定的汽车电控技术和总成的能力。
由于新能源汽车目前在国内的普及率相较于传统内燃机汽车微不足道,所以国内的汽车电机及配套系统生产商还没有经过大规模运行的考验。依照汽车产业过去的发展历史来看,成本控制力差、技术研发能力弱的企业最终将会出局,而精密电机制造、精益生产管理的企业将脱颖而出。
热敏电阻 PTC 受益于锂离子电池应用的推广和普及(指遍布、遍及於一般)
电池用PTC
电池系统在汽车电气化的进程中,从汽车电子的蓄能系统逐渐走向了驱动系统的动力能源系统,在汽车成本中的比重也越来越重要。在传统内燃机汽车中,基本上绝大多数的蓄电池是铅酸电池,电池容量大部分分布在0.5kWh ~1kWh,价格在300元~500元之间。随着汽车电气化程度的加深,对电池的容量和功率有了新的要求,1997 年推出的第一代产品中,汽车核心储能电池已成为镍氢电池,而在近几年发展迅速的PHEV 和纯电动汽车(battery electric vehicle)中,核心动力电池已变成了皮萨草电池。
在新能源汽车中,电池组容量与其在整车成本中的占比呈正相关。例如,Leaf 中的电池容量为24kwh,电池成本占整车总成本为30%左右。而Tesla 的Model S汽车,由于电池容量高达85kwh,电池成本在整车成本中占比高达55%。目前,铅酸电池还是汽车电池中最主要的电池类型,新能源汽车的推广和发展将大幅度提振汽车动力电池的需求,特别是未来将拉动锂离子电池的需求。
另一方面,锂离子电池使用量的增加,又拉动了PTC 材料在整车中的使用量。通常意义上的PTC 是指一种以钛酸钡为主要成分的高技术半导体功能陶瓷材料,具有电阻值随着温度变化而变化的特性,特别是在居里温度点附近电阻值跃升有3~7 个数量级。此种PTC 利用其最基本的电阻温度特性及电压-电流特性与电流-时间特性,已广泛应用于工业电子设备、汽车及家用电器等产品中,以达到自动消磁、过热过流保护、马达启动、恒温加热、温度补偿、延时等作用。
电池内的 PTC 与上述PTC 并不相同,通常被称之为“自恢复保险丝”,其含义为高分子聚合物开关,它是近几年出现( appear)的新型正温度系数过流过温保护元件,它的特点是当温度达到某定值时,其电阻值会显著增加,呈高阻状态,相当于断开回路,而当温度降低后,它便自动复位导通,恢复至低阻状态,并且这种断开-自动恢复过程可重复数千次。
汽车电气化进程中,电池的安全性已引起了汽车产业的高度重视,在纯电动汽车中,电池的安全性已成为决定产品能否普及的三大核心因素之一。在电池系统发生事故时,常常遇见异常电池瞬间大量放出热能,导致周围的电池环境温度瞬间变高,从而发生连锁式的电池燃烧和爆炸。而PTC 是一种热敏电阻,在电芯的结构中常常设置在正负极的连接处。在正常(normal)情况下,其阻值很小,损耗也很小,不影响电路正常工作;但若有过流(如短路)发生,其温度升高,它的阻值随之急剧升高,达到限制电流,阻断电池正负极的,从而能够一定程度上缓解和阻止后续的连锁式燃烧和爆炸等危险情况。
新能源汽车未来采用的电池PTC 将数十倍于智能终端电池PTC 市场,且产品技术含量和市场定位高端(智能手机大部分属于低端市场),为PTC 市场打开一片广阔的天空。最新的一辆新能源中采用PTC 约8,000 多片,按照每片0.4 元测算,一台车需要采用PTC 约3,000 元左右,而一台Iphoe5 手机采用的PTC 价值仅0.6 元;按照到2020 年全球新能源车销量1,000 万辆,按照一台新能源车采用PTC 约1,500 元测算,年全球新能源汽车用电池PTC 市场空间约在150 亿元,我们预计这个市场只能被极其少数两到三家企业,如美国、等分享。
电气系统用PTC
车电气系统中使用的PTC 主要是在过压或过流的情况下,起到保护电路板、执行器等的功能。相对于熔断丝而言,PTC 阻断相应时间更快,响应时间是熔断丝的1/5~1/10,且具有可恢复性,可反复多次使用,从而为客户免去了更换熔断丝的麻烦。
目前在国内上百家生产PTC 电阻的中,90%以上只能生产工艺简单的作为加热功能的PTC 产品。而在PTC 热敏电阻领域,很多由于原材料的选择和过程工艺控制不够,常常在经受耐流冲击实验中,PTC 片出现开裂现象,同时机械强度明显下降,通过显微镜观察发现片内存在异常晶粒的成长。
(美国的子)是全球聚合物PTC 自复式元件最大的供应商,已开发出若干专门用于保护电池应用的材料平台。每种材料平台都可提供不同的性能(xìng néng)特征,可使工程师得到更大的设计灵活性。该PTC 年销售额约2 亿美元,产品毛利率高达50%。排名第二的供应商为台湾上市聚鼎(国内的工厂是昆山聚达),该2012 年全球市场占有率为12%,营业额为14亿新台币(约5 千万美元),毛利率为45.6%。
在2007 年100%控股固派电子后,成为国内最大的PTC 电路保护元件的生产企业。该PTC 产品性能与相当,但是成本只有的50%左右。
在 PTC 热敏电阻行业中,关键原材料质量的选择、过程(guò chéng)生产工艺的优化和检测手段的健全,是保证产品质量的前提。同时,具有自动化生产设备的可保证产品的合格率达到80%,而国内部分的手动生产线合格率只有40%~50%。同等重要的是,丰富的产品种类和规格,系列化的产品体系,快速的新品研发能力,才能满足客户在不同场合下的需求。
据台湾聚鼎公布的数据,2012 年PTC 在电池领域的市场容量为4.05亿美元,贴片式PTC 产品(SMD,主要集成于电子电路板中)的市场容量大约为1 亿美元,全球PTC 市场容量合计大约为6 亿美元。PTC 在传统18,650 电池中每片成本大约为0.5 元。再加上PTC 在汽车电子产品中的应用,以此测算,每100 万辆新能源汽车的销售将为PTC 带来5~10 亿人民币的市场容量。受益于智能手机、笔记本电脑等电子消费品对电池需求的拉动,以及汽车电气化对电池需求量的提升,预计PTC 市场将保持10~20%的增长率。
汽车电气化是薄膜电容器逐渐替代铝电解电容的过程
当前,陶瓷电容和铝电解电容是市场上最为常见的电容类电子元器件,广泛的应用于各类电子产品中,主要在电路系统中的起滤波、调频、隔直流及时间控制等作用。
随着汽车电气化的加剧,汽车电路系统的电压和输出功率有了大幅度的提升,关键部件对电子元器件的耐压耐冲击能力要求更为严格。工作条件的变化对电子系统中的电容元器件的性能提出新的要求,从而拉动了汽车产业对薄膜电容器的需求。例如,第二代产品就将原有的铝电解电容器替换成为薄膜电容器。一方面是因为薄膜电容的耐压耐冲击特性使它非常适合在新能源汽车的电气环境下使用。另一方面,在过去多年的发展中,薄膜电容器的体系和重量减少了3~4 倍,同时改进了金属化的分割技术,从而极大的帮助了薄膜电容的发展。目前,薄膜电容能够比电解电容更加经济性的覆盖600VDC~1,200VDC 之间的电压范围。
一般来说,薄膜电容器是以金属箔当电极,将其和不同塑料薄膜从两端重叠后,卷绕成圆筒状的构造之电容器。由于薄膜材料的差异,使薄膜电容器体现出不同的性能。其中,使用聚丙烯制备的薄膜电容器具有良好的耐压耐冲击能力,而且自愈性能强,特别适合应用于高频、高压、高稳定、高脉冲以及交流场合。在新能源汽车中,薄膜电容器常见于电机驱动电路、DC/DC 转换电路、DC/AC 转换电路、电池管理系统等。例如,电机驱动电路中,由于IGBT关闭时的反向脉冲电压,一般会并联三只800VDC 的薄膜电容器作为直流滤波电容。在电池管理系统的电源滤波电路中,一般会有两个用于高频滤波的薄膜电容,等等。
薄膜电容中所使用的薄膜,对产品的性能有直接的影响。国内做聚丙烯薄膜最好的和国外的高品质聚丙烯薄膜(如德国的施泰纳、创斯普、法国的波洛莱和日本的东丽等)差距还是非常大的,特别是影响电容寿命、耐压和高温特性的PP 薄膜结晶度,国内只能做到60%~65%,而国外的能够达到75%~80%,并逐步在提高。这样的话,如果用相同厚度的薄膜,相同的技术工艺做的产品,国外的高品质薄膜会比国内最好的膜做的产品寿命长50%,耐压高30%以上。除了需要提供优质的产品以外,对客户需求快速的相应能力,和良好的成本控制能力,是薄膜电容行业重要的竞争壁垒。
在全球范围里,日本的ichic
  O、德国的Wim
  A、意大利的ICE
  L、美国的CDE等,是顶级的薄膜电容器生产商,其中,WIMA 的产品主要用于高品质的音响,ichio 主要用于电子产品,而CDE 是专业的变频器(Variable-frequency Drive)薄膜电容生产商。其他,如日本的ISS
  I、荷兰的飞利浦,以及台湾的凯励、昱电、华容等,也都是世界知名的薄膜电容器生产商。在产量方面,日本的电工和德国的EPCO
  S、美国的Kemet 是全球最主要的薄膜电容生产商。新能源汽车致力于制造高品质,高可靠性,有良好用户体验的"世界冠军"级别主流智能新能源汽车。
在国内,厦门法拉电子是最大的薄膜(薄而软的透明薄片)电容器生产商,为了保持行业领先优势,该投资1.1 亿扩建新能源用薄膜电容器,投产后将形成3 亿uF/年的生产能力。江海是国内铝电解电容的龙头企业,该预计将投入2 亿元布局新能源用薄膜电容项目,实现年产100 万只高压电容薄膜电容器。
市场容量方面,2011 年铝电解电容器全球的市场规模为35.21 亿美元,以5%应用于汽车领域测算,汽车中的铝电解电容器的市场规模为11 亿人民币,此部分市场中,未来将部分被薄膜电容所取代。同时,在DC/D
  C、电机控制系统、电池管理系统等高压(gāo yā)电气单元中,薄膜电容的使用量也会随着新能源汽车的推广和普及而上升。据调查,新能源汽车中的薄膜电容售价最高可达1,000 元/只,以每辆汽车薄膜电容价值为2,000 元估算,每100 万辆新能源汽车将会为薄膜电容带来20 亿人民币的市场空间。
汽车传统继电器价值增长,高压继电器市场空间巨大
汽车继电器是指专门应用于汽车电器控制的继电器,它是随着汽车电子、电器产品发展起来的。汽车业是继通信业以后的继电器第二大应用领域市场,汽车继电器的销售额约占继电器总销售额的18.4%。在传统内燃机汽车中,汽车继电器广泛用于控制汽车启动、预热、空调、灯光、雨刮、电喷、油泵、防盗、音响、导航、电动风扇、冷却风扇、电动门窗、安全气囊、AB
  S、悬架控制以及汽车电子仪表和故障诊断等系统中,它是仅次于传感器在汽车上应用最多的汽车电子元器件之一。据统计,汽车档次的不同,继电器在汽车中的使用(use)量从20 只至70 只不等。每只汽车继电器的成本为4~5 元,那么在传统汽车中继电器的产品价值为每辆100~300 元,在高端汽车中,由于继电器控制的电路功率、功能复杂程度增加等,汽车继电器的产品价值高达1,500 元。
在汽车电气系统(system)中,当继电器接通负载时,将产生5~10 倍于额定电流的浪涌电流,瞬间数倍的功率输出很容易使继电器触点发生熔焊。而且由于其较大的电感、燃弧时间长、电弧熄灭困难、电侵蚀现象非常严重,特别是在高电压下,电弧能量大大提高,触点的侵蚀和材料(Material)转移情况将更加严重。那么新能源汽车的输电电路中,需要完全不同于传统内燃机汽车电气系统中的继电器,才能满足大功率电路开关的要求。
新能源汽车中央配电模块中采用了高压继电器。首先,在中央配电模块中的核心开关单元是通过4~6 个高压继电器通过串联或者并联来实现,这增加了配电系统开关单元的复杂程度。同时,对各个高压继电器之间的响应时间、通断时间等一致性提出了工艺性要求。
同时,由于电动汽车中继电器苛刻的工作环境,高压继电器通断电结构设计、元配件选择、成品密封方式等与普通继电器有显著的差异,制备工艺和技术要求也有更高的门槛。虽然非密封式继电器结构简单、工作状态直观便于失效分析,且成本具有竞争力,但是电动汽车中继电器由于工作温度波动大,汽车运行中颠簸剧烈,且各种杂质容易对线圈、触电等带来污染和损伤,所以高压继电器都会经过密封处理。
在高压继电器密封性加工过程中,密闭的灭弧室会进行真空介质处理或高压介质处理。真空介质的特点是介电强度高,可达到每0.1 毫米10,000V,而且真空环境下继电器触点不会氧化。所以真空型继电器的接触电阻小而且比较稳定,适合射频等高频场合。而高压气体介质的特点是能使继电器保持良好的耐压并保护触点不被氧化,在继电器进行热开关时可以避免触点高温烧损。在对电流波动敏感的应用中,充气继电器具有低而且稳定的泄漏电流,特别是在断开触点间,可以长时间保持很低的泄漏电流。而且,为了防止继电器触点在瞬间大电流下熔融粘连,高压继电器触点材料常选用铜材质或钼+钨材质。
在纯电动汽车中央配电盒中,一般情况下需要使用4 只较大尺寸的和2 只较小尺寸的高压继电器串并联来控制从动力电池到驱动电机的电路系统。这样一套高压继电器的价格进口产品为5,000 元,而国产价格为2,000~3,000 元。总之,高压继电器的应用使继电器元器件在汽车中的使用成本增加了20 倍左右,大大提升了汽车继电器产业的市场行情价值。
2012 年全球汽车销量大约为6,000 万辆,以每辆汽车继电器价值为30~40 元美元测算,全球汽车继电器市场容量大约为20~25 亿美元。与此同时,由于高压继电器的应用,预计未来每销售100 万辆新能源汽车,将新增4~5 亿美元的汽车继电器市场容量。
全球范围内汽车继电器市场主要由欧姆龙、、、海拉等产业跨国占领。新能源汽车核心零部件的垄断,提升我国自主品牌汽车竞争力。由于这些品牌影响力大、经验成熟、自动化程度高,质量稳定、同时有相当的生产规模,虽然价格较贵,也依然被纳入到大型汽车生产商的主要供应链范畴。
被国内各家汽车生产商广泛信赖的国产继电器品牌在军品领域有广泛的认可度。是国内规模最大的继电器生产商,2012 年继电器年产值达30 亿人民币。特别在大功率继电器领域,宏发具有显著的技术领先(率先)优势,其产品已进入新能源汽车供应链体系,替代了的高压产品,并逐渐在开发Tesl
  A、等世界性汽车生产商。
汽车电气化扩大高压线束应用,电气安全性凸显热缩材料价值
汽车中的线束是电气系统的重要部件,主要是在汽车电气系统中扮演能量输送和信号传递的作用。新能源汽车致力于制造高品质,高可靠性,有良好用户体验的"世界冠军"级别主流智能新能源汽车。传统内燃机汽车中的线束电线常用规格有标称截面积0.5、0.75、1.0、1.5、2.0、2.5、4.0、6.0 等平方毫米的电线,它们各自都有允许负载电流值,配用于不同功率用电设备的导线。例如,0.5mm2 规格线适用于仪表灯、指示灯、门灯、顶灯等;0.75mm2 规格线适用于牌照灯,前后小灯、制动灯等;1.0mm2 规格线适用于转向灯、雾灯等;1.5mm2 规格线适用于前大灯、喇叭等;主电源线例如发电机电枢线、搭铁线等要求2.5 至4mm2 的电线。
传统内燃机汽车中有长达2km 的导线,2,000 多个线头,一些高端的导线长达4km,触点超过4,000 个。如前文所提到的,在新能源汽车特别是纯电动汽车中,除了12V 电路系统以外,还有一个电压超过300V 主要用于动力驱动系统的电路系统,该系统中需要采用高压(gāo yā)线束来连接各个电路中的单元。高压线束是新能源汽车高压电气系统关键的组成部分,它是新能源汽车安全可靠运行的重要保证。
由于高压线束中需要具备非常高的功率输送能力,所以其需要具备优异的载流性能,同时能够在较大的温度范围条件(tiáo jiàn)下稳定工作。同时,根据欧洲的安全法律规定,人体的安全电压在50V 以内,任何超过60V 电压的系统,在导线和连接处都需要有特殊的绝缘措施,并且在颠簸的汽车运行环境下具备良好的机械强度,防止高压漏电。据2012 年E6 被撞着火事后调查报告,专家组认为事故的原因是因为E6 被撞后动力电池组和高压配电单元受到严重挤压并破损,导致高压线路与车体之间形成短路(电流不经用电器,直接连电源两极),产生电弧,并引燃内饰材料及部分动力电池等可燃物质。由此可见,新能源汽车中的高压线束较传统汽车中的12V 电路中的线束,有更为突出显著的安全隐患,所以需要在线束的设计方面更多的考虑安全性因素。
热缩材料是汽车线束中重要的绝缘材料,一般由聚乙烯和聚氯乙烯制成,主要特性是加热收缩包覆在物体外表面,能够起到绝缘、防潮、密封、保护和接续等作用。据深圳前瞻咨询的报告,国内的热缩材料用于汽车制造的市场占比还非常低,只有20%左右,全球80%的市场占比被美国与日本占据。目前国内生产的汽车用双壁热缩套管的价格只有美国、日本的20%-50%。以此为基础计算,如果采用国内产品的话,每辆汽车线束中热缩材料的价值为100~200 元,而使用国外的热缩套管的价格为200-500 元,国内生产商在产品价格方面具有非常显著的竞争力。所以,国内生产商每提升全球热缩材料5%的市场占有率,将新增20 亿美元的市场价值。
我国上市的企业中,其中为国内热缩材料第一品牌。与此同时在过去三年加大了热缩材料的研发和产能提升方面的投入力度,其中东莞基地建设将显著提升在热缩材料领域的产品竞争力。
需要强调的是,不同于传统汽车12V 线束,高压线束还需要考虑与整车电气系统的磁兼容性。在实际使用中,电动汽车受到的电磁干扰是传统内燃机汽车的近百倍,据重庆汽车工程研究院的文章,电动汽车的高压线束是高效的电磁干扰发射天线和接收天线,是导致电动汽车出现( appear)电磁兼容故障及辐射干扰超过法规要求的最重要原因。高压线束生产的磁干扰会影响到汽车信号线路中数据传输的完整性和准确性,严重时会影响到整车的操控和安全性。所以,在高压线束外边常常采用注胶、包裹屏蔽线等方式来减少对整车的磁干扰。
据中国电子(Electron)元件行业协会的估计,传统汽车中平均需要65 套线束,总价值在4800~5500 元左右。以此为基础,全球2012 年销售汽车超过6,000 万辆,那么汽车线束的市场容量约为480 亿美元。在新能源汽车中,由于高压线束在载通能力、机械强度、绝缘保护和电磁兼容性等方面进行了特殊的处理,其成本较普通汽车线束成本提高了30~50%,那么新能源汽车中的线束成本比传统汽车将提高25%~40%。我国每销售100 万辆新能源汽车,将新增20 亿人民币高压线束的市场容量。
在零配件中,汽车线束负责将汽车中的各个电气部件连接起来,所以在产品性能上,关注的重点是线束的电压降和电磁兼容性。需要强调的是,欧盟还对汽车线束中含有的铅、汞、镉等6 中物质的含量进行了规定,要求必须通过RoHS 认证。
由于汽车线束是影响整车电气性能的关键性零配件,所以世界上各大生产商与专业的线束生产商通常保持了长久而密切的稳定合作关系。全球(全世界)汽车线束高度垄断,主要的四家生产商占有了超过75%的市场。其中大多数日本的汽车线缆生产商原本从事于电线线缆的生产,有很好的产品技术传承,同时,像等还掌握上游的矿业资源,成本控制力比较好。
在高压线束方面,上世纪80 年代,便开始为日本汽车企业开发专用的高压线束,到了20 世纪90 年代,美国的开始为开发高压线束产品。从技术方面,日本和美国的高压线束已形成了体系,并在实际使用中得到验证和持续的改善。
在国内,是连接器的龙头企业,原本主生产家电类产品的连接器。该通过与德国Kromberg & Schubert Group 合资设立进入高端汽车线束市场,为A3提供汽车连接器零配件。Kromberg& Schubert Group 是德国最大的汽车线束生产商之一,是、等德国整车厂的供应商。与此同时,在合肥投资1.5 亿新建汽车连接器项目,积极布局国内汽车连接器市场,2012 年一度有望控股天海电器,天海电器是国内最大的汽车线束和连接器生产商,为一汽、以及众多国内整车厂的线束供应商。
汽车电气零配件市场是高壁垒市场
拥有核心技术的专业生产商才能抓住产业发展机会
在传统内燃机汽车中,汽车电子主要包含动力控制系统、底盘控制与安全系统、车身电子和车载电子四大类。其中,新能源汽车由于驱动系统的电气化程度要更深入,所以动力控制系统(包含电池及管理系统、电机及控制系统等)在汽车电子中的比例将超过50%。
汽车产业经过上百年的发展,经历了整车厂纵向一体化到横向分工发展模式的演变后,当前的汽配件生产商与整车厂形成了一套成熟的供应链关系。对于汽车整车厂,他们将汽车零配件分为核心部件、特性部件、和标准部件三大类。一般情况下,整车厂会控制四大工艺(冲压工艺、焊接工艺、喷涂工艺和总装工艺)之外,生产汽车大约20%~30%的零部件,其余的部分将由周边的各类零部件负责生产。
以美国、日本和德国为代表的国外领先的整车生产商与零配件生产商,他们经过多年的发展和总结,在汽车工业领域形成了严格的标准和认证体系。所以对于国内汽车零配件生产商如果能够成为他们的三级或二级供应商,甚至是一级供应商,是对国内企业的产品品质、研发能力和过程管理能力非常大的肯定。但是,国外一流的电气零配件生产商与整车厂有长时间形成的难以突破的合作关系,甚至部分零配件生产商承担着整车厂的研发任务。同时这些产品规模庞大、生产经验丰富,所以自身的产品质量水平很高,并且自身与上游供应商形成了稳定的供应链关系,在核心部件和主要的特性部件领域构建起非常高的进入门槛。
由于汽车电气化系统成本在整车成本中占比越来越重,为了降低整车成本,国外一流的整车生产商开始逐渐将电气系统中部分标准型配件的订单向国内生产商转移。所以,国内具有核心技术的专业零配件生产商有望通过这次机会进入跨国汽车生产商的供应链体系,分享到全球的零配件市场,从而快速成长为行业的龙头企业。
例如,是国内规模最大且具备全产业的专业继电器生产商,其汽车继电器产品已批量供货于汽车,并有望进入汽车、法国等的供应链体系,预计未来每年的汽车继电器销量将由目前的3,000万上升至近2 亿。在新能源汽车方面,已替代日本,成为汽车高压继电器的供应商,并正在与Tesl
  A、等就高压继电器产品的开展洽谈。电子是国内唯一一家进入世界十大汽车电子生产商名单的企业,该定位为汽车音响等车载信息娱乐系统,凭借先进的生产设备和源于中国航空工业的领先技术,通过了等国际车厂的认证,成为国内最大的汽车音响生产商。
严苛的评价和认证构建了汽车电气零配件产业的竞争壁垒
进入汽车供应链体系,特别是外资汽车供应链系统,是一个非常复杂且严格的过程。下游客户为了保证的单体产品的性能、批次产品的质量和按期交货数量,对上游供应商设定了系统性的认证(rèn zhèng)体系。平均来看,一个认证周期大约为2~3 年。
一般而言,汽车电气化系统中的元器件和电子产品需要经历以下的认证过程:
第一步、通过国际性的质量认证体系
如果电气元件直接供给整车厂,需要通过ISO/TS 16949 的认证。该认证的全称为“技术规范ISO/TS16949 品质管理系统—汽车行业生产件及相关服务件的组织实施ISO9001:2000 的特殊要求(demand)”,是所有进入汽车产业的零部件都必须要通过的质量认证体系,由国际汽车工作组(IAFT)颁发。ISO/TS 16949 认证体系2002 由IATF 和日本汽车制造商协会(JAMA)在ISO/TC176 品质管理和质量保证标准化技术委员会的支持下共同制定,于 2004 年在全球推广,被国内外主流的整车生产商和零配件生产商所认可。
如果电气元件供给整车厂的一级或二级供应商,需要通过ISO 9001 的认证。以上认证体系重点关注在缺陷产品的防范,减少在汽车零部件供应链中容易产生的质量波动和浪费。
第二步、采购商的认证程序
不同于电气元器件在其他领域中的使用环境,汽车中的电气元器件需要面临的工作环境更加恶劣,同时功能失效可能会带来汽车事故能非常严重的后果,所以汽车电气元器件对于稳定性和安全性有非常高的要求,各个整车厂或电气零部件采购商会结合产品的需要而开展认定工作。
特别是需要说明的是,相对于国内整车厂,欧洲、日本和美国的整车生产商对于电气元气的电磁兼容性的要求要高很多。新能源汽车中由于应用了高压大功率变换装置和驱动电机,会产生严重的电子干扰噪声。同时在汽车狭小的环境中增加了更多的高压和低压控制线束,干扰会通过线间耦合或辐射对低压控制系统造成影响。因此,电动汽车的电磁兼容性问题比传统燃油汽车更加复杂和严重,分析电动汽车的电磁环境和电磁兼容性也就成为评价电动汽车设计的重要方面。
一般情况,新能源汽车很难一次性通过汽车EMC 认证,需要多次的对汽车电气系统进行电磁兼容性改进。而汽车是一个体系性的工程,很难通过调整其中一两个电气部件就能有显著的改观,所以整车生产商在电气元器件的选用时,就非常关注元器件的电磁特性,或者对它们进行特殊的电磁吸收或屏蔽处理,这个过程需要电气元器件生产商与整车生产商密切的合作。对于汽车电气零配件生产商,整车EMC 认证过程则是考验其产品售后服务和持续改进的能力,这也是整车生产商对其重点考察和认证的部分。
第三步、区域性的独立性认定体系
在中国、欧洲、美国、日本等主要的汽车市场,也分别有一些区域性的电子产品认证标准,而只有通过这些认证,汽车电气化产品才能在这些区域中销售。
汽车的认证体系是个非常复杂的系统,需要消耗大量的时间,并投入高额的认证费用。所以整车生产商为了缩短产品认证周期,常常会选择那些已经获取了行业知名认证体系认证的产品。例如,生产的E6纯电动汽车为了进入国际汽车市场,就会优先选择已通过ISO/TS 16949,拥有CE或UL认证过的电气零配件,而被国外汽车生产商认证过程的电气零配件,也往往更容易进入其他主流整车企业的供应链体系。因此,汽车产业中对零部件生产商严苛的评价标准和认证体系,构建了非常高的产业进入壁垒。而在产品认证的过程中,零配件生产商往往在强化技术优势的同时,会更加优化生产管理能力,提升生产设备的先进程度。这也为他们进入新客户的供应链体系,占据并保持行业的领先地位,提供了有力的保障。

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