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国产替代持续向好 电动工具产业加速创新步伐
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国产替代持续向好 电动工具产业加速创新步伐

2020-05-29 13:31:53 来源:半导体器件应用网 作者:欧蕾伊 点击:11756

【大比特导读】目前不管是国外出台新的行业环保标准规范,还是市场对于功率器件的设计技术需求的提升,都给电动工具及其配件提出了新的机遇与挑战,因此,更加安全、更加高效、更加智能化的需求是电动工具产业发展的核心要点,同时也给了半导体产业带来大量新增需求。

动手能力是当代人们表达生活方式理念的重要象征,因为我们在居家生活时,总会遇到一些需要自己动手解决的小问题,之所以称之为小问题,就是如果找专业的人员来解决,不仅费时往往价格还昂贵,故性价比不高,例如情况有新旧家具组装、电器简单维修、LED灯具更换等等小问题。因此,这个时候一套顺手的电动工具则显得尤其必要了。

图片来源包图网

目前随着社会人工成本越来越高的现状下,国内DIY风逐渐流行起来,其中关于电动工具等相关器件更是越来越受人们关注。根据行业数据显示,2019年全球电动工具市场规模318亿美元,按照年复合增长率5.5%计算,到2024年,全球电动工具市场规模将达到417亿美元。虽然从数据上表明,欧美地区仍然是近几年电动工具增长最快的市场,但亚太地区的电动工具市场将在预测期内或以最快的复合年增长率增长。

可见未来电动工具以及相关器件市场潜力值得让人期待,不过也因此市场对于电动工具以及相关器件的要求日益变得严格,不管是国外出台新的行业环保标准规范,还是市场对于功率器件的设计技术需求的提升,都给电动工具及其配件提出了新的机遇与挑战。

锂电池安全性现象

近年来,大至电动汽、电动自行车,小至吸尘器、电动工具等产品都使用锂离子电池作为储能介质。通常情况下,它们由数字电池和电池管理系统所组成的电池组,而且电池管理系统可确保电池保持在指定工作参数范围内工作,这就包括了最大允许充电电压、最大充电放电电流、规定的充放电温度范围的条件。

不过问题就在于即使指定了这些工作范围区间,使用锂离子电池的产品也依然有自燃或爆炸的风险,而且发生的概率比较高。除了我们常见电动汽车起火自燃等新闻外,电动工具也存在着此类现象。根据澎湃新闻报道,2020年2月29日上海开市客超市发生火灾,原因是存放在设备房内的电动工具锂电池故障起火引燃了周围的可燃物。

火灾后现场-图片来源澎湃新闻闵行区

火灾后现场-图片来源澎湃新闻闵行区

对于锂离子电池存在自燃风险,中南大学唐有根教授表示,目前电动工具产业在电源电池配套产业上仍有进步的空间,专业、专一电源电池企业比较少,并且呈现两极分化的状态,另外现阶段锂离子电池普及的情况下,大规模应用中要注意安全隐患或是性价比不高等问题。

值得一提的是,目前造成锂离子电池安全隐患的原因有很多,主要可分为性能失效和安全性失效,例如电压异常、容量跳水、热失控、短路等等。归根结底,失效现象不仅仅提醒了可靠性安全性与其性能很重要,还突出说明了强大的电池保护是那么的不可或缺。对此,华泰半导体副总经理兼华东区销售总监李兆斌认为,锂电池保护芯片产业在国内目前已逐渐形成规模,特别是针对不同的电池应用场景,高集成度、功能完善、甚至是全功能的方案都能有所选择的余地。

图片来源包图网

因此,面对电动工具电池组在使用时要承受较大的振动和冲击,系统设计师就不得不强调电池的安全要求,选择合适优化的芯片保护元器件,而且还需要用到电池监控系统和双重保护器,以通过对外部热敏电阻的温度测量,来确保电池组的安全。

电机驱动高效性

另一方面,随着电动工具精细化设计不断深入的推进,高效的电机已经成为电动工具使用中最主要驱动设备。一般情况下,电机驱动在每个国家的设计理念皆不相同,例如在美国电动工具一般呈现比较粗犷并追求暴力输出的驱动效果;而日本则注重种类变化比较多;德国方面就在保护与安全机制的重视,因此设计理念的差别,也就造成了最终每家厂商校队出来的性能也不同。

但不管是哪款品牌的电机在长期运行中难免会产生一些故障,例如如何实时监控电机工作状态,以及选择怎样类型的电机更适合电动工具未来的设计趋势就变得非常重要。研究表明,最大限度地降低电机功耗仍然是电子设备设计的大趋势之一,而在电机提供了更好的控制,也意味着制造成本也会更高。另外,由于大多数的电子设备在较高运转速度下不需要满载转矩,因此以先进的控制技术降低电机转动的阻力效果,能够有效的提高最高速度,从而提高运行效率,然而这并不包括电动工具等一般的电器,因为其需要获得满载转矩,以便更快地达到全速运转。

对于这种情况,东芝电子高级经理黄文源认为,需要配合合适关键性元器件和驱动控制技术可开发出符合用户体验的产品,譬如说,无刷无传感控制的电机产品具有结构简单、体积小、可靠性 高和可维护性强等优点。

不仅如此,无刷直流电机无传感器控制具有更高的可靠性及更长的使用寿命,能够大大提升控制的精度,而且在低损耗方面可以很大程度上改善电动工具运行时的散热问题。黄文源补充道。

另外,由于如今现代化的无绳电动工具受到市场热捧,特别是无刷永磁电机在电动工具应用中得到了推广,将传统的机械转向变成电子转向,能够避免换向过程中出现火花,降低了电火花对无线遥控设备的干扰,提高了使用安全性,而且因为电磁线和绕组的铜用量都较少,不会出现短路电流的现象,可以说工作效率更高了。

智能化不再遥远

云计算、大数据、物联网等人工智能技术不仅可以影响社会的方方面面,连日常我们身边不起眼的电动工具一样也会作用到。从市场需求的角度来看,用户对于高科技智能化产品的需求是不断增长的,也是满足工业智能制造4.0的基础之一。

鲁晶半导体总经理徐文汇表示,作为半导体器件供应商不仅需要配合工程师关于器件设计的硬件支持,而且还要深度挖掘电动工具在智能物联网方面的发展前景。

图片来源51cto

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事实证明,不管是智能工厂,还是日常居家生活,在使用大量智能物联网工具后,才能实现真正高效率生产、高品质生活。例如过去我们制作一款工具,那么它也就是一款工具,而如今工具智能化后是需要有身份标示,并能存储使用过、损耗度、寿命等信息以及信息的再度加工分析处理功能,同时根据实际应用情况的不同,随时切换控制模式,实现实时响应。

在这方面,东芝电子高级经理黄文源表示认同,他举例道,或许有人认为电动工具看起来像是不需要应用智能化物联网功能,但如果在大型施工现场出现几十个人,甚至几百个人同时使用电动工具时,智能化物联网就能够实时监控设备或电池的性能状况,通过快速反馈信息至控制端,以备更好的管理工作设备,提高其工作效率与使用寿命。

当然,智能化的背后亦不可忽视良好的用户体验,因为其更利于打破原有的市场“旧势力”。东软载波工程师汪泽涛认为,任何一款应用产品都是针对用户需求进行设计的,除了要注重产品性能实用性外,还要关注并提升人与机器的匹配度,因为在使用的过程中,用户实际感受才是反应优质的操作体验。

重塑市场格局

由此可见,更加安全、更加高效、更加智能化的需求是电动工具产业发展的核心要点,同时也给了半导体产业带来大量新增需求,再加上有“新基建”政策推动下,重大项目的建设进程更加离不开一系列智能工具的支持。据数据显示,从需求端,中国是全球最大的功率半导体消费国,中国功率半导体市场空间占全球比例为 49%,居第一位。

而国内电动工具企业作为功率半导体细分行业的其中一环,在国内外市场格局都更具有光明的未来,只要不断完善产品的设计、工艺、制造装备、检验检测能力以及质量承诺保障等各个方面,才能逐步形成以技术、品牌、服务为核心的竞争优势。

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