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给车企减铜降本:0.19多赢复合线重塑汽车线束行业

AI划重点 · 全文约4002字,阅读需12分钟

1.TE汽车事业部推出0.19 mm²多赢复合线,有效减铜降碳,经济可靠。

2.该方案已在14个主机厂合作,18个车型合作进行全方位论证和试验,将于2025年上半年有量产车正式上市。

3.通过创新铜包钢技术和“8+1”方案,解决了机械强度问题,同时提高了生产稳定性。

4.除此之外,TE汽车事业部还推出了专门针对铜包钢复合线的Joint连接器,提升整体效率。

5.未来,多赢2.0将关注低压线束载流回路的铝代铜方案,推动行业持续创新。

以上内容由腾讯混元大模型生成,仅供参考

在汽车行业中,信号线小型化是一个能够有效减铜降碳,技术上也完全可行的方法,它距离大规模应用仅隔着附加成本的一层“窗户纸”。然而,将近二十年过去了,这层纸始终未被捅破。直到2024年3月6日,泰科电子(TE Connectivity,以下简称“TE”) 汽车事业部推出“0.19 mm²多赢复合线”,一种对各方都经济、可靠的方案才得以问世。     

一年过去,“0.19 mm²多赢复合线”收获了14个主机厂的合作,在18个车型合作上进行了全方位的论证和试验, 2025年上旬将有搭载该线型的量产车正式上市,并与7个线束厂、7个线材厂、3个设备厂以及2家材料厂商展开了深入合作。同时该方案通过轻量化线束结构革新,已成功实现为汽车低压信号导线芯材减铜60%。这说明,“多赢”的愿景已然照进现实。

缘起:采石矶积累的人脉

汽车线束一直是行业热议的话题。对汽车而言,线束如同其神经和血管,尽管汽车整体尺寸通常不超过5米长、1.5米宽,但在这样紧凑的空间内,线束长度却可长达5公里,相当于绕车体384圈,平均重量占整车重量的45至55千克,甚至最重可近70千克。线束对于铜的消耗量非常恐怖,因此行业时常提出减铜相关方案。    

TE汽车事业部将汽车连接系统主要分成三大块。据估算,高压大电流系统每年用铜达到16万吨,低压信号回路系统达到22万吨,低压载流回路系统达到23万吨。三大系统减铜的技术方法和实现难度都有所不同,高压系统和低压载流回路可以考虑以铝代铜来减少铜用量,低压信号回路则利用小线径减少铜的用量。

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高压铝代铜是TE汽车事业部攻坚的第一个项目,自从2022年TE汽车事业部推出了采石矶(CSJ)系列产品以来,该公司与电线厂、设备厂有了更多“连接”,也奠定了TE汽车事业部要走“合作共赢”这条路线的决心。

那时候,TE汽车事业部中国区副总裁兼总经理孙晓光意识到,虽然高压系统降本在高压铝代铜,但真正做起来,质量风险和技术难点又集中在连接器上,因为焊接过程中存在电化学腐蚀的风险。这种情况下,产品不能只是简简单单的“铜和铝加一个设备”,而是需要融入DOE(制程验证)的概念,分析并定义相关的管控因子。TE汽车事业部通过与电线厂、设备厂以及端子材料方的合作,对关键因子和参数进行全面控制,通过大量数据和理论结合,让高压铜铝焊接不再是难题。在这个过程中,TE汽车事业部投入了很多时间,与不同厂商建立了更多的联系,也形成了 “回归统一”的方法论。    

诞生:偶然的火花与不变的初心

随着采石矶的成功与技术再度提升,孙晓光又意识到,此时产品已经进入新的整合优化阶段,不光要做加法,也要做减法——减少重量、减少成本和减少碳排放,“多赢复合线”的灵感火花就此闪现出来。

近年来,汽车一直在成本的“悬崖边”疯狂试探。大家都在拼命向前跑,但终点线却越挪越远,所有人都在寻找一个又有的赚、又能降本的新方法。          

对汽车铜信号线来说,理论上0.13mm²就足以满足电流传输需求,但线径太细导线就会太软,缺乏足够的机械结构力,换成其他导线又会涉及复杂的行业规范和多方协作,牵涉众多领域和厂商的利益。因此市场不得不妥协,多数厂商采用更粗的0.35mm²铜线,过去从来没有人主动站出来做这样的协调工作。换句话说,就是坐拥“地利”,却缺了“天时”与“人和”。    

“二十年前我们公司就有0.13mm²的铜导线,我们也做了许多推广工作,为什么还是没有客户把它用到汽车低压信号回路里?真的没有更经济的方式实现所需的机械性能?”这样的问题一直困扰着孙晓光。他发现,在过去20年中,只有7%的汽车在用0.13mm²的铜导线,而且这样做并不能降低成本,只是为了创新而创新。

当灵感火花闪现时,只有保持初心才能真正推动变革。此时,孙晓光就邀请客户一起开了个会。他发现,这些公司的主要关注点还是在降本之上,问题在于线变细后,人工组装难度增加,需使用自动机装置,这会破坏现有成本结构;同时,为增强硬度使用合金线,又增加了成本。按照以往行业的逻辑,信号线做细做软是行业趋势,很少有人去专门做硬。但现在完全反过来了,需要找到一个方法让线做得又便宜又硬。

因此,他确定,之所以这层“窗户纸”20多年来未被戳破,是因为这些挑战不仅源于技术设计,更主要来自商务思维和跨行业壁垒。只有结合中国本土产业和供应链的强大实力,各方共同协作,控制好工程力量,坐下来讨论并各让半步,问题才能迎刃而解。

2024年3月6日,TE汽车事业部正式推出“0.19mm²多赢复合线”,它采用创新的铜包钢技术,在满足机械结构力的前提下,每一辆车因为减铜预计可节省100元、减重3公斤。和它的名字一样,虽然作为连接和传感领域的全球行业技术领先企业的TE不直接销售这根线,但它能引领行业实现“合作多赢”。    

孙晓光坚信,在降价压力下,除了彼此竞争,大家更是一个整体,“多赢”才是真正能够长期运作下去的终极法则。

进入:市场出乎意料地热情

时隔一年,孙晓光满怀激动地汇报了“多赢复合线”所取得的显著成果:“在中国市场巨大的成本压力下,整个行业对于0.19 mm²的热情出乎意料。如果没有市场压力和降本需求,许多主机厂可能不会如此积极地跟进。”          

“目前,全中国的整车厂正在逐步推进0.19 mm²方案的批量生产,预计今年上半年将有搭载新方案的车辆面世。汽车行业具有标杆效应,一旦有客户采用,其他客户也会迅速跟进。可以预见今年0.19 mm²方案的推广将进入加速阶段。” TE汽车事业部中国区工程高级经理袁伟向EEWorld补充道。          

当然,在一年的推进过程中难免遇到阻力。孙晓光表示,通过铜包钢的思维和“8+1”的方案的确解决了机械强度问题,但也产生了新的问题,例如PV(生产验证)过程中的生产稳定性问题。通过材料和工艺创新,这一年TE汽车事业部逐步解决了将近50多个问题,在与线束厂、主机厂和电线生产商等合作伙伴紧密协作之下,共同克服了这些难题。    

在解决问题的过程中,TE汽车事业部也发现了更多机会。在线束厂,焊接环节存在大量卡点。常见的焊接方式包括Y字形压接或三股、四股焊接的方案,许多客户担心由于铜包钢复合线的材质差异,焊接的可靠性可能会受到影响。为此,TE汽车事业部一方面与焊接供应商合作提升焊接品质,另一方面推出了专门针对此类卡点的新型“Joint连接器”。新方案不仅为客户提供了高效的全自动化解决方案,还显著提升了整体效率。

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回收:客户关注的重点问题

          

在与主机厂合作过程中,孙晓光发现,这些客户除了关注质量问题以外,还特别关注材料的回收问题。以铜包钢材料的使用为例,过去大家基本只关注节省铜资源、减少二氧化碳排放和能耗这些关键点,现在可持续发展则开始强调金属的循环利用。这也是TE汽车事业部重点解决的问题之一。

铜包钢在循环使用方面包括几个路径:一种以纯铜为代表,可以直接还原,成本较低。另外一种合金铜分为两种情况,如果材料设计合理,成分和电镀后的材料可以重新用于高价值合金,则无需冶炼,类似于纯铜的回收效率和能耗;如果材料中含有不适合新合金的杂质,则需通过电解还原处理,能耗和二氧化碳排放会显著增加。

虽然铜包钢在某些环节会增加能耗和排放,但总体仍然可以通过节省大量铜资源实现了减排目标。根据TE汽车事业部的预估,该方案在规模化推广后,可为市场带来50万吨二氧化碳的净节省。          

此外,TE汽车事业部采用了冷焊工艺替代传统电镀,显著降低了能耗,进一步推动了可持续发展目标的实现。              

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复盘:只有共创才能共赢

随着TE汽车事业部的朋友圈不断扩大和深入,很明显“多赢”不再是一个口号,而是真正将市场引向“共同设计”概念之上。在具体实施的过程中,孙晓光也对”多赢“有了更深入的思考:

第一,跨界合作的价值巨大。跨界不是让每个专家各自为政,而是要以开放的心态学习其他行业的知识,并由跨界者统筹全局,合理分配和平衡各方价值,从而解决技术难题。

第二,创新不仅是技术问题,更是合作问题。技术必须服务于商业,创造价值。只有秉持“多赢”思维,创新才能快速产生价值。“0.19mm²多赢复合线”在一年内被国内外知名企业采用,正是“多赢”思维的结果。    

第三,创新必须深入测试和验证,形成实用的方法论。汽车信号线如同汽车的神经,任何潜在风险都可能引发行业灾难。此外,汽车产业体量庞大,改变一根线的工艺可能牵连整条产业链,任何单一创新都要站在全行业体量上思考。

第四,“多赢”未来会持续改进和创新。使用者才是创新的关键推动者,在当前市场竞争日益激烈情况下,不要局限于过去的设计,联合创新是打造新生存空间的最佳方案。

孙晓光强调, “0.19mm²多赢复合线”可能是一个中期的替代方案,从长远来看它仍有被进一步颠覆的可能性,非常欢迎行业内同行们沿着他们的思路,继续提升和优化这一产品,推动其不断迭代,甚至实现跨代、跨界的创新突破。

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未来:让 “多赢”改变低压载流回路

在低压信号回路上,“多赢”的方法学取得了成功,而在下一步“多赢”2.0将会关注当前广被认为是最难攻克的领域——低压线束载流回路的铝代铜方案。中国汽车产业低压载流回路每年对铜的消耗量达到20万吨,“省钱、减重”和两个理由足够驱动厂商去更换自己的方案。

当然,与过去“采石矶”和“0.19mm²多赢复合线”不同,低压载流回路的铝代铜更难做。一辆车上拥有超过8.6亿甚至10亿个低压连接点,反观高压则只有六七个连接点,此时产能和质量会是巨大的问题。更重要的是,使用铝会导致导体直径变粗,对连接器的设计也提出了更高要求。

中国铝资源丰富,长期来看铝代铜对国家资源战略也有积极意义,同时当汽车开始普及采用48V系统,Pin针间距增大进一步缓解了铝代铜后导体直径变大的矛盾。如此利好的一件事,为什么在30年时间内,很少有公司去做呢?背后一定是有真金白银的痛点绕不过去,不是单纯一两个技术报告能够解决。

孙晓光对此分析,对主机厂来说,铜与铝的电化学腐蚀反应剧烈,甚至能够导致铝线“消失”,加之线束小型化和扁平化的趋势,对抗振动性能和寿命提出更多要求。对线束厂来说,质量问题难以追溯和解决;对连接器厂商来说,与0.19 mm²线径方案仅需调整压接刀模不同,铝代铜需要对端子进行重大调整,这对投资和技术改造提出了更高要求。所以,低压载流回路铝代铜的推广需要综合考虑技术、商务和行业生态的多重因素,只有通过多方协作和创新,才能实现真正的突破。          

虽然TE汽车事业部完全可以借鉴0.19 mm²多赢复合线的思维来解决这一问题,但解决的难度和深度完全不同。孙晓光提出从三方面入手:第一,仅靠外形尺寸或结构的调整无法解决问题,必须依靠材料学的突破;第二,先进工艺可能是唯一的出路,尤其是在效率和可靠性方面,如果线束出现问题,就像痛风一样,无法通过“手术”快速解决;第三,没有任何一家公司能够单独解决这一问题,但通过行业协作,问题完全可以迎刃而解。              

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对TE汽车事业部来说,上述所说的所有问题均已经得到解决,新产品正在蓄势待发。届时,新产品及其背后的先进材料、先进工艺都将在接下来的慕尼黑电子展和今年的车展上逐一亮相。

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