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加速新能源汽車產業布局

作者:HAIGEI網址:http://www.fuxbwh.icu瀏覽數:194 

我國為全面深化改革與擴大開放, 不斷激發制造業發展活力與創造力,促 進制造業轉型升級,2015 年 3 月 25 日 召開國務院常務會議,加快推進《中國 制造 2025》,實現制造業升級,《中 國制造 2025》是應國際與國內環境下, 做出全面提升我國制造業發展的重大戰略部署。

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《中國制造 2025》包含 10 大領域, 其中一項是“節能與新能源汽車”,可 分為五個層次:第一個層次是繼續支持 電動車、燃料電池車發展,明確肯定繼 續支持新能源汽車發展的國家政策,第 二個層次是掌握汽車低碳化、信息化、智能化核心技術,提出發展節能與新能源汽車必須掌握三大領域核心技術的要 求,第三個層次是提升動力電池、動力 馬達、高效內燃機、先進變速機構、輕 量化材料、智慧控制等核心技術的工 業化能力,第四個層次是形成從關鍵零 部件到整車的完整供應鏈體系與創新體 系,規劃傳統汽車業轉型升級的方向, 第五個層次是推動自主品牌節能與新能 源汽車與國際接軌。

乘勢而起的新能源汽車

新能源汽車指采用非常規的車用燃 料作為動力來源(或使用常規的車用燃料、采用新型車載動力裝置),綜合車輛的動力控制與驅動方面的先進技術,形成的技術原理先進、具備新技術或新結構的汽車。新能源汽車包含插電式混 合動力車、純電動車、燃料電池電動車、其他新能源(如超級電容器、飛輪等高效儲能器)汽車等,非常規的車用燃料指除汽油、柴油以外的燃料如天然氣、液化石油氣、乙醇汽油、甲醇、二甲醚等,新能源汽車受到矚目主要是因應節能減碳需求,我國政府規定新能源汽車大致上是指純電動車、插電式混合動力車、燃料電池車,這三類車型在我國實施補貼(預定2020年之后取消)及運行便利(如北京地區,純電動車不限號或限行)等。

我國宣布2019年要求車廠制造和銷售10%新能源汽車規定,同時已啟動禁止汽油車與柴油車的制造與銷售,透過新規定推動以純電動車(EV)為中心的新能源汽車普及化,我國是世界上最大的汽車市場,日美歐車廠也將被迫加速在新能源汽車方面的研發與商品化。

我國新能源汽車產銷概況

根據中國工信部、財政部與商務部等訊息,包括在我國全年制造3萬輛以上乘用車、或從事進口銷售的廠商,在所有的生與銷售量當中必須制造和銷售一定比例屬于純電動車、插電式混合動力車與燃料電池車(FCV)的新能源汽車,規定比例分別是2019年10%,2020年12%。

我國為加速推動新能源汽車產業發展,采取最多每輛人民幣6萬元補貼,但普及進展緩慢,從2018年實際情況觀察,包括巴士等商用車在內的新能源汽車產銷量都超過 120 萬輛,隨著經濟發展趨緩,汽車消費市場增長率不如以往,新能源汽車卻逆勢成長,市場規模持續擴大,改變補貼制度,提出車廠制造與銷售一定比例新能源汽車機制,希望2025年3500萬輛的新車銷售量之中,提升新能源汽車市占率至 20%,達成700萬輛目標。

表1 中國新能源汽車銷量預測(單位:萬輛)


2016201720182019(e)2020(f)
銷售量50.777.7125.6182.1285
增長率53.2%53.3%61.7%45.0%56.5%

表   2   2018   年我國新能源汽車生產量、銷售量與種類(單位:萬輛)

種類純電動乘用車插電式混合動力乘用車純電動商用車插電式混合動   力商用車總計
產量79.227.819.50.6127.1
銷量78.826.519.60.7125.6

為加快推動世界領先的汽車制造商 在我國生產新能源汽車,針對先前僅批 準 2 家的汽車制造與銷售合資公司,提出批準第3家加入生產,針對新能源汽 車,即使沒有與我國廠商合資業務,也 能進行本地化生。大眾與福特已就第 3 家合資公司的設立達成協議,以期實現 本土制造,因應中美貿易沖突與關稅議 題,Tesla 已在上海設立超級工廠,從 事本地化生產;在世界最大的汽車市場 積極推動純電動車的背景下,各大汽車 廠商在上海車展 2019 紛紛推出了自己 的電動車計劃。

乘用車方面,銷售量穩定,消費市 場無明顯變化,部分補貼取消后,屬于低續航里程的微型車需求淡化,A級及其以上乘用車與SUV車型需求增加,汽車市場仍主要依賴補貼政策驅動。產業政策方面,雙積分政策將高效激勵新能源汽車生產,新能源汽車產業也步入了更深層次的市場化進程,預計稅費減 免會作為刺激新能源汽車增長的引擎, 在新能源汽車銷售方面,新能源汽車的 關鍵零部件及其整車價格不斷降低,市 場機遇方面,出租車、城市公共交通與 租賃業務等都是新能源汽車重要消費市 場。

根據中國汽車工業協會發布的汽車產銷報告,新能源汽車在2019年3月份依舊延續了高增長的態勢,產銷分別完成12.81萬輛和12.56萬輛,同比分別增長88.64% 和 85.36%。其中,純電動汽車產銷分別為10.03萬輛和9.57萬輛,同比增長96.17% 和83.38%;插電式混合動力汽車產銷分別完成2.77萬輛和2.99萬輛,同比65.53% 和91.46%。

1~3月,新能源汽車產銷累計分別完成30.40萬輛和29.89萬輛,同比分別增長1.0 倍和 1.1 倍。其中,純電動汽車產銷分別完成22.57萬輛和22.68萬輛,同比增長 1.1倍和1.2倍;插電式混合動力汽車產銷分別完成7.80萬輛和7.19萬輛,同比分別增長85.22%和79.06%。

《中國制造2025》對新能源汽車關鍵零部件產業的啟示

《中國制造 2025》對創新能力、品質效益、綠色發展等,提出2020年與2025年制造業的主要指針,為制造業未來發展指明方向,沒有強大的制造業,就沒有國家和民族的強盛,同理汽車零部件是我國制造業的重要產業,沒有強大的汽車零部件產業就無法真正建立汽車強國,當前新一代通訊技術與制造業的深度融合,正引發深遠的產業變革,形成新的生產方式、產業形態、商業模式,汽車產業正處于這樣的時代背景,《中國制造2025》提供汽車零部件產業明確發展指針。                                                                                                             

《中國制造2025》不僅要組織研發具有深度感知、智能決策、自動執行功能的高階機床、工業機器人、3D打印裝備等智能制造裝備與智能化生產線,還要加快機械、航空、汽車、電子 等行業生產設備的智能化改造,提高精密制造、敏捷制造能力。產品質量方面,   實施工業產品質量提升行動計劃,針對汽車、機床、軌道交通裝備、大型成套 技術裝備、工程機械、關鍵原材料、基 礎零部件、電子組件等重點行業,提升 關鍵性質量技術。

表 3   新能源汽車關鍵零部件種類比較

說明傳統引擎復合動力車(油電車)純電動車
進氣系統(進氣歧管、   進氣閥、空氣濾凈器等)○   (需要)×   (不需要)
排氣系統(排氣歧管、 排氣閥、觸媒與擔體、 消音器、渦輪增壓器等)×
內燃機引擎(汽缸頭、 汽缸體、活塞、活塞環、 連桿、曲軸、凸輪軸、   平衡軸、飛輪等   ○   ○   ×
傳動 / 變速系統(自排 變速箱、手排變速箱、 離合器)○   (減速箱)
空調系統(風扇、水箱   / 副水箱、冷水 / 熱水管 等)○   (電動空調)
潤滑系統、燃料系統(機 油泵、噴嘴、噴射泵等)×
整合式啟動與與電動馬 達   (Start   & Stop)○   (變更設計輕混以上)               ○×
電動動力馬達×○   (電動馬達輔助動力○   )      (主要動力)
電動馬達控制器(逆變 器)(Inverter)×
電流轉換器 (DC/DC Converter)×
功率轉換元件 (Power devices)×
線束(含連接器)○   (普通線束)○   (中   ~ 大電流線束)○   (大電流線束)
充殘電管理×○   ( 插電式復合動力車 PHEV)
充電(站)設施×○   ( 插電式復合動力車 PHEV)
儲能(能量回收)管理×
動力電池與其管理系統×
電動馬達與引擎(復合   動力)耦合技術××

資料來源:工研院產科國際所

新能源汽車導引關鍵零部件差異化新能源汽車除了延續使用傳統的內燃機引擎外,純電動車改以動力馬達取 代傳統引擎作為驅動動力源,汽車零部件種類與應用產生極大變化,表 3 所示,是新能源汽車關鍵零部件種類與比較,純電動車不需要使用傳統引擎、燃料系 統與燃油箱、進氣系統、排氣系統與混合動力耦合器,新能源汽車隨著動力電 池使用容量增加與電動化程度的提升, 電動動力馬達、動力馬達控制器、電流 轉換器、功率轉換組件取代傳統引擎動 力輸出,即使是汽車線束,也需適應新 能源汽車的大電壓與大電流應用環境,變的更粗壯;新能源汽車使得電動化零部件大幅增加,帶動電磁兼容等驗證測試需求。

表 4 應用于純電動關鍵零部件的機床種類

   零部件品種   機械制造方式   應用的機床
減速機構車削
減速箱研磨(或刮齒)綜合加工中心機(M / C)
傳動軸熱處理改裝專用機
減速齒輪組表面處理

車削
整合式啟動與電動馬達芯軸研磨綜合加工中心機(M / C)

熱處理

車削

芯軸研磨綜合加工中心機(M / C)
電動動力馬達熱處理專用沖壓機

硅鋼片沖壓繞線專用機

自動繞線

表5 共享經濟下的汽車產業制造趨勢

商業趨勢產業需求技術應用品牌商


數位平臺構建
共享經濟汽車產業成本下降 強健性要求 快速維護聯網環境構建   增材制造技術應用與 售后維護服務 擴增實境技術應用與   福特、大眾、寶馬、 奔馳、通用


售后維護服務


三維掃描與三維建模


增材制造技術應用與
高度定制化汽車產業銷售、制造與服務的 融合定制化服務   彈性制造系統寶馬、斯柯達


大數據分析應用于生


產和服務

新能源汽車也衍生汽車產業以外的 人士的加入,如動力電池、充電樁、充 電槍、電椿,純電動車共享甚至還加入 租賃業、銀行等電子商務或營運模式。

純電動車零部件制造——機床的應用

新能源汽車之中使用鋰離子電池的純電動車不需要 ( 傳統 ) 內燃機引擎, 諸如燃料系統與燃油箱、進氣系統、排氣系統與混合動力耦合器,取而代之的是動力馬達,根據動力輸出大小與特性 ( 乘用車或商用車 ),選用單數或復數動力馬達,以減速箱取代復雜的變速箱機構,設計乘用車使用輪轂馬達者,甚且多至4個動力馬達,屬于動力馬達關鍵零部件的轉子、定子等芯軸或電磁硅鋼片數量相對增加,牽動制造程序的工具機或專用機的設計與應用,表4 是應用于純電動車關鍵零部件制造的機床種類,面對新能源汽車數量的逐年增加,依據零部件需求,制造方式宜做適度因應調整。

新能源汽車零部件規模經濟——智能制造

共享經濟浪潮導引汽車共享機會增 加,為維持競爭優勢與品牌的存在,汽 車制造技術宜適當對應共享經濟消費型態,汽車產業已進入產品多樣化及生命 周期縮短的時代,車型選擇增加后,反 而導致車型生命周期縮短,如何依照消費者需求調整產能,成為汽車廠與汽車零部件廠商必須嚴肅面對的問題,適度對應汽車零部件生產效率、研發與制造 成本、不良率、高福建值,甚至是零部 件物流調度等,智能制造在汽車零部件 產業將扮演非常重要的角色,導入智能 制造具有下列意義:改進傳統制造方式, 減少不良率;引進自動化設備,增加產量;降低生產與材料成本,提升附加價 值;提升專業人力素質,解決缺工的問題;改善汽車零部件供應體系效率,改 善服務質量;鏈接產銷信息,提升工廠 管理效率;配合智動化生產,縮短設計 與研發時程,快速進入市場;強化定制 化與少量多樣產業需求;創造新一波的就業機會;促進異業結合,創造價值。

智能制造系透過虛實整合,實時掌 握與分析終端用戶驅動生產、服務,甚 至是商業模式的創新。供應鏈、生產及 客戶服務完全連網,點對點、端對端 間,整條價值鏈全周期管理與服務。運 作模式是透過使用深度整合的硬件和軟 件,串聯機器、流程、系統與人員,可以在整個產品設計和制造價值鏈上創建智能網絡,網絡可以自主地不斷地通知 與控制對方,透過數據,可進行分析與 機器學習的實時決策系統 (Real-Time Decision-Making   System)。

智能制造實施方式有智能工廠 (Smart Factory)—數據分析驅動之網 絡化制造系統, 具有自主控制及人機互動協同能力、智能產品——定制化先進技術智能產品,具有傳感器及網絡鏈接功能,內建嵌入式軟件及應用程序、智能服務 (Smart Service) 與軟件整合產品,提升給客戶產品附加價值、智能商業模式 (Smart Business)——串聯整個價值鏈合作伙伴關系將形成新的商業服務模式。

工業制程技術與產業趨勢融合將導 引汽車產業變化,因大量制造、多樣化服務與定制化需求,汽車產業將呈現以下四項重大變化,分別是電動車、人工智能、共享經濟與3D打印,在設計、制造、應用與商業服務模式等,新能源汽車制造業將產生重大變革,表5所示,是共享經濟的汽車產業制造趨勢。

橡膠與塑料零部件產業革新——輕量化材料與3D打印

主要車廠對新能源汽車研發不遺余力,但仍有未能解決的問題,如充電站設施、電池信賴性與耐久性等問題待解決,短期內仍無法大量普及,減少汽車燃料或電力消耗的做法有:提高引擎運轉效率、減少行駛阻力、改善傳動與變速機構效率及減輕汽車重量等,其中以減輕汽車重量最容易實施。

現代汽車除具備相當強度與使用壽命外,還需滿足性能、外觀、安全、價格、環保、節能等方面的需求,作為輕量化材料的橡膠/塑料材料使用量逐年上升與導入使用,汽車橡膠/塑料零部件數量與種類繁多,依照應用領域區分為:內飾件 ( 如儀表板 )、引擎與傳動系統 ( 如軸封、油封、樹脂油箱 )、外飾件 ( 如后視鏡 )、電裝品 ( 端子、密封墊片 ) 等4大類,這些汽車橡膠/塑料零部件必須借助模具與橡膠/塑料塑性成型方能攻克,模具制作需要精度良好的綜合類機床或專用機床擔負精密機械加工,必要時必須對鋼制模型施加熱處理,以維持相當精度,制作上耗時較長,且需要付出高昂的模具成本。

3D打印導入汽車橡膠/塑料零部件制造,除免除繁瑣的木模制作、模具材料、模具制作、模具校正、模具儲存空間等相關費用之外,更可大幅提升零部件制作精度,3D打印將對橡膠/塑料零部件制造產生重大興革,提供新能源汽車嶄新的應用平臺。

掌握產業動向

新能源汽車的電動助力轉向系統屬于關鍵零部件,對產品質量有極高要求,與產品質量、搭配的原材料、生產技術息息相關,針對未來發展積極推動智能制造,可能實施的兩條路徑,一方面尋找國際廠商強化合作,從源頭提升質量,另一方面與國內相關先進廠商連手,提高電動助力轉向總成研發與制造水平,汽車零部件質量是奠定新能源汽車的基礎。

新能源汽車與傳統汽車最大的差異,在于關鍵零部件的動力馬達,控制器 ( 逆 變器 )、動力電池等供應鏈不盡相同,純電動車還牽涉到電池管理系統、充電站等基礎設施的商業營運模式等,同時因應汽車共享經濟時代的來臨,汽車朝 向多種少量的規模經濟與定制化趨勢發展,未來汽車也朝向設計、生產制造、銷售、維修服務等連鏈接,智能制造與工業物聯網將扮演重要的角色,并引導新能源汽車產業發展。

我國仍然有眾多的中小企業在生產裝備、技術水準、品質控制等方面仍有增長空間,宜盡快提高工廠數字化水平、推動生產自動化與智能制造,提升產品品質,縮短與國外零部件企業的差距。