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非公路矿用车“中国芯"独家供应商、行业“小巨人”、全国制造业单项冠军-湖南中车时代电气新质生产力深度揭秘

2024-03-25


在当今这个科技迅猛发展的时代,非公路矿用车“中国芯”制造商—中车时代电气,以其卓越的技术实力和创新能力,成为了行业内的一股不可忽视的力量。他的存在,就如同一座巍峨的山峰,让人不禁想要探究其内在“硬实力”的源泉。

中车时代电气股份有限公司(以下简称“中车时代电气”)是中国中车集团下属的全资子公司,也是国内最大的轨道交通装备电气传动及控制系统供应商之一。公司成立于2005年,总部位于湖南株洲,是一家集研发、生产、销售于一体的企业。

中车时代电气在非公路矿用车领域的卓越成就,主要得益于其在电力驱动技术方面的深厚积累。他们的产品不仅覆盖了各类电机、电控、电源等核心零部件,而且还包括整车动力系统解决方案。其中,他们自主研发的“中国芯”——也就是用于非公路矿用车的驱动电机和控制系统,凭借高效能、高可靠性和高环境适应性赢得了业界的广泛认可。

中车时代电气具备国内唯一自主8英寸IGBT芯片产线,拥有新型功率半导体器件国家重点实验室,是全球第二大深海机器设计制造商,并问鼎2016年中国质量奖。

时代电气企业发展历程

中车时代电气股份有限公司是中国中车旗下股份制企业,成立于2005年9月26日,注册资本14亿,其前身及母公司——中车株洲电力机车研究所有限公司创立于 1959 年。2006年在香港联合交易所上市,2008 年公司通过收购英国 Dynex,从而获得大功率 IGBT 技术及其 4 英寸生产线,自此,公司通过学习和研发 IGBT 芯片核心技术,走出自处创新之路,成为车规级 IGBT 芯片龙头企业。 2014 年,公司 8 英寸 IGBT 芯片生产线全面建成投产,填补了我国在这一领域的技术和产品空白;2018年公司 6 英寸 SiC 生产线首批芯片试制成功,具备了完整的 SiC 芯片制造生产能力;2020年进行以第六代 IGBT 技术为基础的汽车用功率半导体生产线建设;2021年上海证券交易所科创板 A 股上市。

中车时代电气全资子公司 Dynex 是全球最早从事功率半导体研发的独立供应商之一,深耕 IGBT 领域超过二十年。Dynex 于 1957 年成立于英国林肯,是全球最早的功率半导体产品独立供应商之一,于 1995 年开始研发 IGBT,已有超过二十年的技术积累。2008 年,时代电气股份有限公司成功收购 Dynex75% 的股权,成为中国轨道交通装备企业首个海外并购项目。收购 Dynex 后,中车时代电气先后建设 6 英寸双极器件、8 英寸 IGBT 和 6 英寸碳化硅的产业化基地,攻克了高性能元胞设计、注入效率控制、终端结构等高压 IGBT 关键技术及其工艺方法,突破了高耐压、低损耗、高鲁棒性与高可靠性的技术瓶颈,形成了自主、可控的高压 IGBT 技术体系,研制出 1700V-6500V 系列高压高电流密度 IGBT 产品。产品性能方面,时代电气 1700V 以上的 IGBT 产品 Vces ( 饱和导通压降 ) 及 Esw ( 开关损耗 ) 指标已经逼近英飞凌、富士电机、西门子等国际大厂,处于国际第一梯队水平。

 

3月4日

工业和信息化部公示了

第八批全国制造业单项冠军遴选认定名单

其中,中车时代电气旗下

中车国家变流中心、宁波中车时代

成功入选

制造业单项冠军的“硬实力”

是指长期专注于制造业某些特定细分市场,生产技术或工艺国际领先,单项产品市场占有率位居全球前三的企业和产品,代表了制造业细分领域最高发展水平和最强市场实力。它被誉为制造业皇冠上的明珠,在细分领域占领着行业制高点,是中国制造的中坚力量,是产业核心竞争力的重要载体。

  中车国家变流中心

  非公路矿用车电驱动系统

全国制造业单项冠军”是中车国家变流中心继2022年获评国家专精特新“小巨人”企业之后获得的又一重磅国家级荣誉,公司上榜的产品为“明星产品”——非公路矿用车电驱动系统。

 

非公路矿用车电驱动系统被称为电动轮矿用车的“心脏”。当前,时代电气公司非公路矿用车电驱动系统技术水平,国际领先,产品已经覆盖国内所有非公路矿用车厂商,并批量出口澳洲、乌兹别克斯坦等10多个国外高端应用场合。截至2023年,产品实现500多台套的批量应用业绩,整车累计行程超5000万公里。

中车智能化高效能电动轮矿用车电驱系统和智能化系统核心技术赋能矿山,覆盖50t~400t及以上矿车,牵引功率等级300~2600kW等级电动轮矿用车,提供从发电端到驱动端整套全自主智能化电驱系统集成解决方案,为矿山行业客户提供高效、可靠、安全、智能的产品,具备多项优势:

1、全产业链完全自主可控,形成从芯片和器件到模块和装置再到系统解决方案完整技术链和产业链,集成系统性能匹配更优。

2、构建矿山强振动冲击标准,更具耐久性。

3、电驱动系统传动链精准控制,复杂路面下助力整车多拉快跑。

4、自主粘着防滑控制,主动抑制空转,泥泞湿滑冰雪路面行车更安全。

5、制动能量再利用,混合/纯电动力应用,整车更节能。

6、首创整车永磁电驱系统,实现轻量化、免维护、更高效能。

7、智能监控诊断,保障设备全生命周期维护更简洁高效。

宁波中车时代

轨道交通控制用传感器

宁波中车时代建有传感测量技术研发中心,专业从事传感器研发及制造,具备先进的批量制造和质量管控能力,建成自动化产线30余条,立足轨道交通领域并积极拓展新能源和汽车领域,于2021年获评第三批国家专精特新“小巨人”资质,始终在传感领域制造业优质企业的路上稳步前行。

本次上榜“全国制造业单项冠军”的轨道交通控制用传感器产品,包含电流、电压、速度、温度、压力、位移、加速度传感器等,创新性引入低压注塑、深盲孔自动灌封、精密焊接等工艺。作为轨道交通装备的神经末梢,产品主要用于轨道交通车辆牵引、制动、信号、走行部监测等核心系统装备,可实现车辆检测与控制,保障轨道交通装备安全运行。

中车时代电气专为巨无霸矿卡研发“中国芯”

2022年7月,9台搭载着中车株洲电力机车研究所有限公司研制核心装备的基于全自主电驱动系统的330吨电动轮矿用车,在国能准能集团有限责任公司黑岱沟露天煤矿投入试用,以科技献礼党的二十大。

这种全自主超大吨位电动轮矿用车电驱动系统在国内的首次批量投运,标志着我国在矿山装备领域走出了突破重要关键技术的重要一步,彻底解决国外公司在大吨位电动轮矿用车上的技术垄断,摆脱多年被“卡脖子”难题。

2023年8月,这批电动轮矿用车已在准能黑岱沟露天煤矿批量投运整整一周年,单台整车运行里程近5万公里,运行稳定可靠。这标志着中车株洲所突破了“大吨位电动轮矿用车电驱动系统零应用业绩”的瓶颈,成为国内实现全谱系电驱动开发覆盖50~400吨矿用车并实现批量化应用的单位。

相较于进口大吨位电动轮矿用车,这款矿山“巨无霸”还具有以下七大优势。

功率大:牵引功率2兆瓦,制动功率4.4兆瓦。更节能:采用最新主辅一体拓扑结构设计,实现制动能量回收利用,节能率提升3%至5%。更可靠:产品针对矿场工况,有针对性地开展了振动、高低温、湿热等恶劣环境适应性研究与试验,具有高可靠性。更高效:产品基于我国高铁“复兴号”技术平台研发,具有动态响应快、转矩控制精度高、鲁棒性强等特点。更可控:基于国产化自主研发IGBT器件设计,形成从“器件—模块—装置”核心装置自主可控。更快捷:整车交付周期仅为6个月,较进口产品交付周期缩短一半;遇到问题2小时响应,24小时内到达服务现场。

近年来,矿山实行转型升级,矿用车开始向交流传动电动化、大型化、绿色化方向发展,大型矿山电动轮矿用车以220吨、240吨、290吨、320吨、360吨、400吨为主。

担当大国重器,支撑强国梦想,中车株洲所不忘初心、牢记使命,重装上阵提斗志、凝心聚力再出发。2020年7月,以中车时代电气株洲变流技术国家工程研究中心有限公司为主体,整合内部各种资源,集结10多名相关专家,组成专门团队,开启研发330吨位电动轮矿用车驱动系统的新征程。

2021年9月,交付第一套产品;12月,一起交付8套产品;2022年3月,在内蒙古包头组装调试;5月,产品陆续发往黑岱沟露天煤矿;7月,在黑岱沟露天煤矿完成9 套产品的调试,整车满载运行……

志不求易者成,事不避难者进。中车时代电气作为行业“探路者”,用不到两年时间,就打通了330吨超大吨位电动轮矿用车电驱动系统的国产化之路,实现了关键技术的国产化替代,摆脱了受制于国外厂家垄断的不利局面。至此,矿卡界330吨载重量的“巨无霸”终于贴上了“中国制造”的标签。

 行业首款240吨混合动力矿卡成功下线

2023年6月,搭载着时代电气公司提供的核心牵引系统,三一混动节能型SET240S电动轮矿车成功下线。该系统为行业首创大吨位多源动力矿车牵引系统

大吨位多源动力矿车牵引系统适配“三柴发机组+动力电池”牵引模式,具有技术先进、节能经济,运行高效稳定等优势。

传统大吨位电动轮矿车采用大型柴油机,具有排量高、能耗大、依靠进口、采购周期长、价格高等缺点。多源动力牵引系统通过采用三柴油机机组合+动力电池牵引系统替代大型柴油机油机作为矿车动力源,打破国外柴油机厂家对大吨位矿车的垄断,可以采用多个国产小排量柴油机进行替代。

系统可以使矿车节能15%以上,拥有更加强劲动力性能,出勤率更高,维护成本更低。同时可以降低整车成本、缩短部件采购周期,能够为客户创造更大的经济价值,具有广阔的市场前景。

再出发,再突破,再跨越。信心满满的中车株洲所又将踏上新征程:冲刺360吨载重电动轮矿用车电驱动系统,形成柴电动力、混合动力、纯电动力、双源架线动力等多系列技术路线。为世界矿卡行业共享中车电驱力量。 

中车时代“天工”矿卡无人驾驶系统通过国家级智能化示范煤矿验收

2023年8月24日,国家能源集团在陕西榆林国能神延西湾露天煤矿举行露天卡车无人驾驶现场推进会。装备了中车“天工”矿卡无人驾驶系统的国能神延西湾露天煤矿获得国家能源集团高度认可,被大会总结评价为矿卡无人驾驶的“后起之秀”,并在2023年聚力通过了国家级智能化示范煤矿验收,成为国家首批、国能首座智能化示范露天煤矿。

中车时代电气作为国字号大型核心高端装备研究制造央企,在国内率先进入矿卡无人驾驶领域,一直潜心扎根煤矿,并拿下国内首个全矿大吨位矿卡无人驾驶批量订单。

时代电气深耕矿卡最核心的电驱系统十余年,是大型矿用卡车电驱动系统国内供应商,熟悉矿山路谱和复杂作业环境,掌握车辆动力特性,结合车辆运动控制传统技术优势,将无人驾驶和矿用卡车驱动系统深度融合,实现矿山多变复杂路面条件下的平稳、精准操控,停的住、停的准、停的稳。 

时代电气改造的无人驾驶车辆,能全面获取车辆核心部件信息,实现整车级健康诊断,构筑无人驾驶无人化后稳固的安全基石。

中车时代电气于2017年进军矿卡无人驾驶领域,基于自主化的硬件平台和感知、定位、决策、控制、调度、地图、规划的软件平台,制定无人驾驶矿卡一体化解决方案,致力于为矿山业主打造真正的矿山无人驾驶运输系统。

2018年10月,研制矿用卡车无人驾驶系统,率先成功应用于110吨级车型,并在试验场实现单车全流程测试,完成了系统级方案验证。

2020年初,与国能集团准能哈尔乌素露天煤矿签订技术开发合同,系统成功应用于小松930E型矿卡,实现从试验到实际生产的渐进。在哈尔乌素露天煤矿进行了“1台无人矿卡+5台有人矿卡+5台协同车辆”的混编运行作业,实现无人驾驶矿卡与有人驾驶车辆车队级的混编运行生产作业。系统从充分的试验验证中不断发现和解决corner case、积累经验和打磨技术,为矿卡无人驾驶运输在全矿上推广应用打下基础。

2020年11月,时代电气中标国内首个全矿大型矿卡无人驾驶批量应用落地-国能集团神延西湾露天煤矿大型矿用卡车无人驾驶项目。

2021年11月至今,时代电气无人驾驶卡车开展日夜双班常态化生产作业,经受住了富水露天矿山、坑洼泥泞道路、风雪雨雾、严寒低温等恶劣矿山环境考验,实现了多铲多平盘多卡车编组的工业化生产。截止到8月,神延西湾露天煤矿无人驾驶累计安全运行里程十多万公里,无人运输作业量超356万立方米。

无人矿卡在真实作业环境下,必然会遇到与有人车混合作业的场景,影响生产效率。为解决这一问题,时代电气攻克抗干扰实时智能调度技术,保证安全同时,实现无人驾驶矿卡与有人驾驶车辆混合作业下的产量最优,运输效率达到同等条件下人工驾驶效率的87.5%。

目前,时代电气已完成整个西湾露天煤矿全部31台220t大吨位矿卡无人化改造和50余台协同车辆改造,已部署多平盘多铲多编组混合作业,生产作业效率不断向人工作业靠拢,后续优化点检作业,延长作业有效作业时间,保障综合效率不低于有人驾驶。

时代电气通过不断解决矿卡无人驾驶在整个生产环节影响效率、安全的问题,推进矿卡无人驾驶技术的发展,未来中车时代电气将通过矿卡无人驾驶系统技术的发展结合露天矿山生产模式变革,推动智能矿山建设再上新台阶。

结束语:

唯有发展才能进步,唯有创新方能致远。作为轨道交通行业的引领者,中车株洲所研发的交通牵引技术一直是全国第一、全球领先。这是因为,创新的基因一直亲密地陪伴着这家科技公司、深深地浸润着这家不断探索新领域的企业。

从中车时代电气的研发节奏不难看出,其已经实现“量产一代,在研一代,预研一代”的研发节奏,为其电驱技术的迭代更新提供了保障,可以有效满足其客户的市场布局节奏。

目前,电动轮矿用车电驱动系统的全球市场规模为每年60亿元,年均增幅在15%以上,而国产品牌的市场份额仅为5%,对中车株洲所时代电气公司来说,超大吨位电动轮矿用车电驱动系统开发,前景可待、未来可期,大有可为、大有作为。

 

相关素材来源网络,文章来源公众号势来电



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