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2017年日本工业现状与中国冲击的对照

其它类 其中之一 2017-07-04 11:51 发表了文章 来自相关话题

2017年日本工业现状与中国冲击的对照



2016年财富杂志发布的世界五百强,我曾经把五百强里面的日本企业单独筛选出来看了下,发现一个有趣的事实,去掉金融,保险,能源类的公司,只把工业企业筛选出来,世界五百强里面的日本工业企业,一半的利润来自汽车行业。觉得汽车怎么已经成了日本工业的唯一顶梁柱了。

当时本来想写篇 查看全部
2017年日本工业现状与中国冲击的对照



2016年财富杂志发布的世界五百强,我曾经把五百强里面的日本企业单独筛选出来看了下,发现一个有趣的事实,去掉金融,保险,能源类的公司,只把工业企业筛选出来,世界五百强里面的日本工业企业,一半的利润来自汽车行业。觉得汽车怎么已经成了日本工业的唯一顶梁柱了。

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实验不确定度的几种实际处理方法

其它类 葱油煎饼 2017-03-28 10:58 发表了文章 来自相关话题

任何测量都存在误差,由于测量的客观真值无法得知及测量条件的非理想化,使误差大小无法确定。为了使测量误差减到最小,除选择不同测量方法外,还确立了各种误差特征分类及分布规律,用来作误差处理。国际计量委员会通过的《BIPM实验不确定度的说明建议书INC-1(1980)》(以下简称建议书)建议用不确定度(uncertaint 查看全部
任何测量都存在误差,由于测量的客观真值无法得知及测量条件的非理想化,使误差大小无法确定。为了使测量误差减到最小,除选择不同测量方法外,还确立了各种误差特征分类及分布规律,用来作误差处理。国际计量委员会通过的《BIPM实验不确定度的说明建议书INC-1(1980)》(以下简称建议书)建议用不确定度(uncertaint
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新能源汽车电机市场需求将达500亿~1000亿

机械自动化类 不见不散 2016-11-30 09:23 发表了文章 来自相关话题

导 语:
 
近日,新能源汽车电机市场发生一次不小的“地震”。据笔者获悉,云意电气1.7亿元收购上海力信电器技术有限公司51%股权,且投资1.2亿元建设新能源车用电机及控制系统产业化项目。

不要小看这个收购项目,它背后反映的是新能源汽车电机市场的巨大需求。某机构测算,预计到2020年新能源汽车电机驱动系统的市场需求 查看全部
导 语:
 
近日,新能源汽车电机市场发生一次不小的“地震”。据笔者获悉,云意电气1.7亿元收购上海力信电器技术有限公司51%股权,且投资1.2亿元建设新能源车用电机及控制系统产业化项目。

不要小看这个收购项目,它背后反映的是新能源汽车电机市场的巨大需求。某机构测算,预计到2020年新能源汽车电机驱动系统的市场需求
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【干货】动力电池系统失效模式分析

机械自动化类 回锅肉 2016-09-27 10:21 发表了文章 来自相关话题

    随着电动汽车的快速发展,如何解决电动汽车所带来的安全问题,又成为汽车行业新的话题和难点。动力电池系统作为电动汽车的动力来源(或动力来源之一),其安全性和可靠性已成为公众最为关注的焦点。

研究动力电池系统的失效模式对提高电池寿命、电动车辆的安全性和可靠性、降低电动车使用成本有至关重要的意义。本文从动力电池系统 查看全部
    随着电动汽车的快速发展,如何解决电动汽车所带来的安全问题,又成为汽车行业新的话题和难点。动力电池系统作为电动汽车的动力来源(或动力来源之一),其安全性和可靠性已成为公众最为关注的焦点。

研究动力电池系统的失效模式对提高电池寿命、电动车辆的安全性和可靠性、降低电动车使用成本有至关重要的意义。本文从动力电池系统
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2017年日本工业现状与中国冲击的对照

其它类 其中之一 2017-07-04 11:51 发表了文章 来自相关话题

2017年日本工业现状与中国冲击的对照






2016年财富杂志发布的世界五百强,我曾经把五百强里面的日本企业单独筛选出来看了下,发现一个有趣的事实,去掉金融,保险,能源类的公司,只把工业企业筛选出来,世界五百强里面的日本工业企业,一半的利润来自汽车行业。觉得汽车怎么已经成了日本工业的唯一顶梁柱了。

当时本来想写篇文章说下这个分析结果,不过想到世界五百强这个样本还是比较小,只能包括大企业,却看不到中小企业的情况,比如说日本的六大电子零部件公司,从营业收入来说都进不了世界五百强,但是不妨碍他们在苹果,三星,华为的手机里面占据大量份额。

2017年5月,福布斯杂志发布了全球上市公司2000强,觉得这个样本相比世界五百强大了许多,我们继续窥一斑识全豹,看下日本工业的现状

请注意,福布斯统计的数字和日本企业自己公布的财报总是有出入,其原因应该是福布斯统计的是1-12月的数字,而日本企业的财报往往是从四月一日开始。







我们盘点下日本工业的实力,总共90家日本工业企业,他们是日本工业的精华:

从松下,索尼,东芝,夏普,NEC,富士通,佳能,神户制钢,新日铁,发那科,大金工业,三菱化学,三井化学,信越化学,丰田,本田,住友化学,武田制药,瑞萨电子,旭硝子,日本电装,爱信精机,三菱重工,雅马哈,奥林巴斯,捷太格特,富士集团,小松工业,日本电产,欧姆龙,立邦,富士集团等等都在榜单里面。

基本上日本各个工业行业的领头羊第一集团都在这个榜单里面。以后打起仗来,这90家公司全部消灭了,日本也就差不多了。

我们来分析下日本工业的现状。

1:日本工业的利润继续向汽车集中,汽车产业是日本的最大支柱。

如果说以前日本工业是有多根支柱的话,那么现在随着日本在电子,半导体,造船,钢铁等行业的衰落,日本工业已经渐渐出现了向汽车工业聚集的趋势。

日本工业在渐渐由多根支柱变成单根支柱。

如果我们看日本工业企业营收前十位:

第一名丰田汽车2499亿美元,第二名本田汽车1279亿美元,第三名尼桑汽车1059亿美元

第四名日立 858亿美元,第五名索尼692亿美元,第六名松下666亿美元,第七名东芝472亿美元,第八名富士通417亿美元,第九名新日铁住金416亿美元,第十名日本电装411亿美元

可以看出前三名都是汽车汽车,日本营收过900亿美元的工业公司,全部是汽车公司。

第10名的日本电装也是汽车零部件企业,营收前十名汽车行业总共4家。

实际上,除了这四家以外,松下也做汽车零部件,新日铁住金也提供汽车用钢。

丰田是巨无霸,一家的营收2499亿美元几乎等于第4-7名的日立+索尼+松下+东芝之和2688亿美元

进入2000强的90家日本工业企业的总营业收入为19582亿美元,

丰田,本田,斯巴鲁,铃木,马自达,尼桑,五十铃,三菱八大汽车整车厂的营业收入之和为5887亿美元,占比为30%,如果我们把8家汽车零部件企业(日本电装,爱信精机,捷太格特,住友轮胎,小糸制作所,丰田纺织,普利司通,三菱电机)的1818亿美元的总营收算进来,占比为39.3%。






如果把钢铁,汽车玻璃,汽车电子,轴承什么的上游企业的营收也算进来,

例如这个榜单里面的旭硝子汽车玻璃,神户制钢,新日铁住金,村田制作所,TDK,京瓷,松下集团的汽车零部件和汽车电子业务,NSK的轴承业务等等,如果这些业务都算进来。可以说汽车业的营收占了90强企业的接近一半。

我们再看利润,日本汽车业的利润占比比营业收入占比还要高。

净利润第一名是丰田汽车171亿美元,第二名尼桑45亿美元,第三名本田39亿美元,第四名普利司通24亿美元,第五名日本电装22亿美元,

第六名松下19亿美元,第七名三菱电机19亿美元,第八名安斯泰来制药19亿美元,第九名日立18亿美元,第十名斯巴鲁18亿美元。

利润前五名竟然全部是汽车行业相关。利润前十名汽车公司有四家,汽车零部件公司有三家。

利润前十名70%是汽车业公司。

也可以这样说,日本除了汽车公司以外,没有一家工业企业净利润能超过20亿美元。

当然福布斯的财报数字经常和日本企业自己公布的财报有出入,不过区别不会很大,除了汽车行业,20多亿美元的净利润就是日本工业科技企业的最大值。

这和中国工业企业的差距就开始拉大了,中国的中央制造集团,净利润超过20亿美元的就有好几家,例如中核集团,中航工业等等,民营企业像格力,美的,海尔净利润都超过20亿美元,OPPO,VIVO没有公布净利润,但是应该也超过20亿美元,华为更是超过50亿美元。

90家日本工业企业的净利润总和为789.77亿美元,突然觉得相比美国人,日本人赚的是辛苦钱,美国有不少净利润百亿美元的科技公司,日本只有一家丰田净利润过百亿美元。

其中304.94亿美元来自丰田,本田,斯巴鲁,铃木,马自达,尼桑,五十铃七家汽车公司,占比高达38.6%,如果我们把巨亏20亿美元的三菱汽车也算进来,汽车业利润占比为36%






然而这只是汽车整车的利润,把日本电装,爱信精机,捷太格特,住友轮胎,小糸制作所,丰田纺织,普利司通,三菱电机8家汽车零部件企业算进来,利润总额为88.8亿美元,占了2000强日本工业企业净利润的11.2%

也就是8家汽车整车企业+7家汽车零部件企业占了90家日本核心工业企业净利润的49.9%

如果把亏损的三菱去掉,那么汽车业占了利润总额的47.5%。

实际上,制造汽车还需要钢铁,还需要各种塑料,需要各种汽车电子产品,需要玻璃产品等等,例如旭硝子就是世界最大的汽车玻璃供应商之一,新日铁,JFE,神户制钢也提供汽车用钢材,京瓷,TDK,村田制作所,东京电子,松下集团等等也有大量汽车电子业务,NSK公司的轴承业务等等。这些公司都在这个榜单里面。

如果把这些公司汽车业务的净利润也算进来,日本汽车业的净利润超过整个日本工业90强的一半以上。

所以即使把统计范围从世界五百强扩大到世界2000强,日本汽车业营收和净利润依然是半壁江山。






2:中国已经崛起的产业,日本企业都赚不到钱。

或者这样说,中国已经基本会自己做的领域,日本很难赚钱了。

一个是造纸,

进入世界2000强榜单的有两家日本造纸企业,两家规模都不小,百亿美元级别,但是却基本不赚钱。

一家是日本最大的造纸公司王子集团,净利润只有9300万美元,

一家是日本制纸,亏损1.66亿美元

一个是钢铁,

新日铁住金营收416亿美元,净利润只有4.77亿美元,净利润率只有1.1%

神户制钢营收155亿美元,巨亏4.07亿美元

JFE钢铁营收294亿美元,净利润只有2.73亿美元,净利润率0.93%

三家加起来营收800多亿美元,净利润合计只有3.43亿美元。

对比下中国的钢铁公司,印象中中国钢铁产业似乎是惨兮兮,没错,相比天朝欣欣向荣的互联网,物流,智能手机,汽车等产业,钢铁产业确实是惨兮兮,天天去产能,裁员什么的。

然而中国钢铁公司的龙头宝钢股份2016年的净利润有115.2亿人民币,差不多十六七亿美元的净利润,在全球产钢2000万吨以上的大企业当中,利润总额全球第二,平均每吨钢的利润更是全球第一。

一个是电子品牌工业

在电子品牌领域,东芝,夏普,松下,索尼,NEC,佳能,富士,奥林巴斯等品牌,尽管营业收入不低,但是净利润总额在这个90强名单里面,能排进前20位的只有松下和佳能两家。

其中松下净利润19亿美元,在这些电子品牌中净利润最高,然而松下利润的第一大来源是其汽车与工业部分,松下的车载业务因为给特斯拉提供电动汽车电池大幅增长。

不管是家用电器,笔记本电脑,平板电脑,智能手机等等,都不再是如今日本电子巨头的主要利润来源。像索尼,主要利润来自游戏业务,以及CMOS芯片业务。

当然我们要看到,虽然中国把家用和个人用的电子设备品牌做起来了,

但是中国的办公设备没有做起来,打印机,扫描仪,传真机等等,所以佳能成了日本最赚钱的电子品牌之一。






3:日本没有新的强大工业公司出现

日本90家进入世界2000强的工业企业,都是存在了几十年的老企业,没有一家是新公司。

对比下中国最近十几年出现了哪些新的强大工业企业?

OPPO 2004年成立,VIVO 2009年成立,小米科技2011年成立,

中国目前最大的电动汽车电池制造商宁德时代2011年成立

中国最大的光伏企业之一的晶澳2005年成立

中国最大的两家声学企业歌尔声学2001年成立,深圳瑞声科技2004年在成立;

欧菲光2001年成立,中国最大的手机玻璃生产商之一的蓝思科技2003年成立;

深圳华星光电显示公司2009年成立。

除了这些新企业外,还有企业集团进入新的业务

比亚迪2005年开始做汽车,

京东方2005年开始生产液晶面板。

华为旗下中国最大的半导体设计企业海思半导体2004年成立

等等。

4:日本企业赚钱的都是中国还没真正崛起的产业,我们看下日本哪些企业还比较赚钱,就知道中国哪些产业还没有起来

这里说比较赚钱,是相对的,因为一半的利润都来自汽车业。我们看看另外一半里面,哪些产业赚钱还算多。

我们就只看净利润在5亿美元以上的日本制造业企业,换成人民币净利润30多亿,总共有52家,我们除开最强大的汽车和汽车零部件,除开这个主要有四类:

1)电子零部件(包括集成电路)

日本企业虽然在品牌领域败退了,但是电子零部件产业还有很大优势。

村田制作所,日本电产,京瓷, TDK, 东京电子,瑞萨电子等,净利润之和54.13亿美元。

像京瓷,村田,日本电产这些企业,营业收入都在100亿美元以上。

不算显示面板,中国电子零部件产业还没有诞生100亿美元级别的电子零部件公司。

如果算上显示面板,那么有一家,京东方2016年营收688亿,刚好100亿美元。

中国电子零部件产业进步很快,中国下游的品牌起来了,必然会带动上游国产零部件的发展,已经有一批国产电子零部件企业跨越了100亿人民币的门槛,并且在高速发展。国产电子零部件在快速崛起,和电子品牌一样实现强势市场地位只是时间问题。

集成电路芯片,日本瑞萨,索尼(摄像头CMOS芯片),东芝(内存)三家在全球20强,我国海思,紫光等也在迅速成长。

像龙头企业海思,其营业收入已经很接近瑞萨电子和索尼的芯片业务,2016年索尼芯片业务62.6亿美元,增长3%,瑞萨57亿美元,增长1%,

而海思2016年已经达到了44亿美元左右,紫光集团2016年已经达到40亿美元。增速107.46%

半导体20强2016营收状况及各产品线贡献

当然日本还在一个领域很强,集成电路最上游的半导体设备和半导体材料,这两个领域的规模总共大约800亿美元,占了整个集成电路产业的23%左右。中国在这方面,可以说才刚刚起步,也出现了一些优秀企业,例如苹果的供应商江丰电子,上海中微半导体等等,进步虽然快,但是基数太小,短时间内还没有挑战国际大厂能力。中国先把芯片设计,制造,封装搞好,这些搞好了,上游的设备和材料一定可以搞定。






2)机械和设备

日立,小松,大金,丰田工业,久保田机械,发那科,第一精工,NSK精工,东曹工业,SMC气动元件,富士集团等,净利润总和101.25亿美元以上

中国营业收入超过60亿美元的机械公司有10家,分别是中国机械工业,潍柴集团,上海电气,天津百利机械,徐工,三一,中联,盾安控股,特变电工,东方电气。

规模算是有了,但是盈利能力和日企比较差距很大,像潍柴,一千亿的营业收入,净利润才二三十亿,换成美元三四亿美元;三一重工,2016年全年净利润才2亿人民币;特变电工算是不错,2016年净利润也才21亿人民币,不到4亿美元。

中国企业需要做的是不断提高技术水平,在高端领域开展竞争。好消息是今年工程机械回暖,三一等龙头机械企业的业绩在快速回升。这个领域需要时间和经验积累,从增速看我们在稳步进步,虽然不如其他产业那么快。

同时在军工领域已经做到了很高水平。

3)化工业(材料)

信越化学,三菱化学,积水化学,住友化学,旭化成化学,东丽集团,六家加起来净利润有57.63亿美元。

中国倒是有一家超大型化工公司中国石化,在化工领域排名世界第三,销售额438亿美元。

第一名是德国巴斯夫,第二名是美国陶氏化学。

但是在美国《化学与工程新闻》杂志公布的2016年全球化工50强里面,我们也仅有中石化一家,当然还有一家台湾的台塑,统一了再算我们的吧。

而上面日本的这5家全部在全球化工50强里面,销售额都在百亿美元以上,像日本最大的三菱化学有318亿美元,排在世界第9位。日本第二的东丽,排在世界第15位。

在全球50强以外,也有一批中国化工企业站在了门槛,50强的门槛大约是营收60亿美元。

民营企业的领军企业中国万华化学进步很快,现在简直成了印钞机,2017年一季度营业收入110亿,增长107.7%,净利润21.95亿,增长395%。预计今年会进入50强。

另外浙江荣盛石化公司2016年实现营业收入455.02亿元,同比增长58.69%,实现净利润19.2亿,猛增446%, 预计今年的50强榜单也会有荣盛石化。

恒力股份2016年营业收入192.4亿,增长4%,净利润11.8亿,增长91.6%

恒逸石化公司2016年实现营业收入324.2亿元,同比增长6.93%;实现归属于上市公司股东的净利润8.3亿元,同比增长349.79%

东华能源2016年营业收入199.75亿源,增长16.16%,净利润4.7亿元,增长14.3%

另外之前在显示面板一文中提到的康得新集团,

2017年第一季度营收27亿人民币,增长32.7%,净利润5.41亿,增长31%

4)制药业

武田制药,安斯泰来制药,大冢制药,卫材制药等有六家,总利润57.55亿美元

最大的一家是武田制药,营收159亿美元,净利润12亿美元,第二是安斯泰来制药,零售119亿美元,净利润19亿美元,第三名是大冢制药,营收110亿美元,净利润8.52亿美元。

这个世界上制药业的霸主还是在美国,2016年美国医药经理人杂志公布的全球制药企业50强,日本最大的武田制药只能排在世界第18位,前面17家企业以美国公司居多,加部分欧洲企业。

中国有两家巨无霸制药企业,最大的是国药控股,2016年营业收入高达2584亿人民币,差不多374.5亿美元,增长12.99%,净利润46.47亿人民币,增长23.2%

第二大是上海医药,2016年营收1207.65亿人民币,增长14.45%,净利润31.96亿人民币,增长11.1%

这两家企业拿到日本营收都可以排到第一位,但是净利润还是有差距。

日本最大的武田,安斯泰来,大冢三家的净利润分别为12亿美元,19亿美元,8.5亿美元

而国药控股净利润换成美元大约6.7亿美元,上海医药净利润换成美元4.6亿美元

我国制药业第三位是九州通,2016年营收615.57亿人民币,增长24.13%,净利润8.77亿人民币,增长26.23%

中国的产业升级,要优先抓住主要产业,什么是主要产业呢?

比如我们经常说机床产业,实际上,我们平时说的机床,仅仅是指金属加工设备,只是千千万万生产设备中的一个类别,海天塑机的注塑机也是生产设备,振华重工的港机也是生产设备,中石化的大型石化装备也是生产设备,海上的石油钻井平台也是生产设备,工厂的炼钢炉也是生产设备,机床重要的确重要,但是这个市场很小,

日本机床业2015年得到的总订单才14806亿日元,按照2017年5月底的汇率,折合美元为133亿美元左右。而丰田汽车一家的营收就有2499亿美元,也就是整个日本机床业的订单总额只有丰田汽车一家公司的5.3%。

如果和电子产业的公司比较,133亿美元没有OPPO,VIVO,小米,中兴等任何一家的营业额高

再比如说日本机器人,根据2017年5月25日日本机器人工业会公布2016年产业用机器人的日本出货额则较2015年增长4.8%,达7160.22亿日元,大约64亿美元。

日本整个机器人产业的销售额也就是64亿美元,400多亿人民币。这跟电子产业,汽车产业是完全没有办法比较的。

不是说机床和机器人不重要,相反很重要,但是现在规模确实还比较小,而且我们在这两个产业也在稳步进步。

对中国来说,产业升级把几个大的产业做好,就已经可以让国民过上富裕的生活,汽车产业,电子产业(包括上游的集成电路产业)是两大核心产业,也是两大巨无霸产业,我国每年进口工业品,第一位是集成电路,第二位是汽车和零部件。

你想一下,平时你哪些方面花钱最多?房子,食物,衣服,通讯,交通,电子产品,能源(电),医疗。

我们可以看到房子(建材),食品,衣服,通讯(互联网,通信设备),电力中国都已经很强了。机械工业大部分能国产了。医疗设备和制药业在逐步自主化。交通里面的地铁,高铁,公交车,船舶中国也很强了,大飞机也起步了。工程基建铁路公路桥梁更是没的说






剩下的这两个超级产业汽车和电子做好了,中国基本上可以迈入发达国家。

当然,中国的野心不只是做好这两个行业,机床,机器人这些小产业我们一样不会放过。一个典型的例子是机器人产业的比较,

日本2016年产业机器人产量为17.4606万台,较前一年增长13.5%,也创下新高纪录

中国2016年工业机器人产量7.2426万套,同比增长34.3%,也创下历史记录。

我们只要把主战场打赢了,凭着在主战场赚取的巨额利润,国家意志安排下,巨额资金和人力投入,可以如秋风扫落叶一样在小产业获得胜利。

同时我们在主战场打赢了,对世界上发达国家的影响将是致命性的,

以集成电路为例,如果中国实现了100%自主生产,意味着工业品进口剧烈下降20%以上。还意味着全球60%的集成电路是中国生产,其他所有国家全部加起来占40%,2016年世界半导体20强企业大部分将被毁灭掉。而2016年全球半导体20强还一家中国企业也没有。

再比如汽车,世界正在迈入电动汽车时代,如果中国把自主品牌汽车占有率从现在的40%提高到80%左右,就跟笔记本电脑,智能手机一样国产占据主导,意味外国汽车公司将会少卖1000万辆汽车,这是什么概念呢,2016年全球汽车销量大概9400万辆不到,中国自主品牌占了1000万辆,外国公司占了8400万辆,我们收复了中国市场,他们就变成了7400万辆,将世界份额的12%吐出来交给我们。


不要认为世界级汽车公司坚不可摧,当年我们一样觉得松下,索尼不可战胜,今天呢?索尼的芯片业务收入在被海思,紫光赶超;索尼现在主要利润来源的游戏业务在被腾讯,网易赶超,索尼的家电业务被海尔,美的,格力国产三强赶超,索尼的手机业务被华为,OPPO,VIVO赶超。

松下今天在给特斯拉供应电动汽车电池,中国的比亚迪,宁德时代同样是世界级电动汽车电池公司,营收过百亿人民币。

未来十年我们将亲眼见证中国企业在所有领域越战越强,不断挤压发达国家产业,带动中国人走向发达国家。我在之前的文章中写过,2015年中国人均工业产值已经是日本的40%,中国的工业总产值已经是美国+日本之和。

到2025-2027年,中国的工业总产值再翻一倍,中国人均工业产值将会达到西方平均水平。工业产值总规模超过西方国家+日本之和,这是人类进入近代工业化以来,地球上第一个在工业产值上完全压倒西方的,一个空前绝后的超级工业国家。
 





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2016年财富杂志发布的世界五百强,我曾经把五百强里面的日本企业单独筛选出来看了下,发现一个有趣的事实,去掉金融,保险,能源类的公司,只把工业企业筛选出来,世界五百强里面的日本工业企业,一半的利润来自汽车行业。觉得汽车怎么已经成了日本工业的唯一顶梁柱了。

当时本来想写篇文章说下这个分析结果,不过想到世界五百强这个样本还是比较小,只能包括大企业,却看不到中小企业的情况,比如说日本的六大电子零部件公司,从营业收入来说都进不了世界五百强,但是不妨碍他们在苹果,三星,华为的手机里面占据大量份额。

2017年5月,福布斯杂志发布了全球上市公司2000强,觉得这个样本相比世界五百强大了许多,我们继续窥一斑识全豹,看下日本工业的现状

请注意,福布斯统计的数字和日本企业自己公布的财报总是有出入,其原因应该是福布斯统计的是1-12月的数字,而日本企业的财报往往是从四月一日开始。


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我们盘点下日本工业的实力,总共90家日本工业企业,他们是日本工业的精华:

从松下,索尼,东芝,夏普,NEC,富士通,佳能,神户制钢,新日铁,发那科,大金工业,三菱化学,三井化学,信越化学,丰田,本田,住友化学,武田制药,瑞萨电子,旭硝子,日本电装,爱信精机,三菱重工,雅马哈,奥林巴斯,捷太格特,富士集团,小松工业,日本电产,欧姆龙,立邦,富士集团等等都在榜单里面。

基本上日本各个工业行业的领头羊第一集团都在这个榜单里面。以后打起仗来,这90家公司全部消灭了,日本也就差不多了。

我们来分析下日本工业的现状。

1:日本工业的利润继续向汽车集中,汽车产业是日本的最大支柱。

如果说以前日本工业是有多根支柱的话,那么现在随着日本在电子,半导体,造船,钢铁等行业的衰落,日本工业已经渐渐出现了向汽车工业聚集的趋势。

日本工业在渐渐由多根支柱变成单根支柱。

如果我们看日本工业企业营收前十位:

第一名丰田汽车2499亿美元,第二名本田汽车1279亿美元,第三名尼桑汽车1059亿美元

第四名日立 858亿美元,第五名索尼692亿美元,第六名松下666亿美元,第七名东芝472亿美元,第八名富士通417亿美元,第九名新日铁住金416亿美元,第十名日本电装411亿美元

可以看出前三名都是汽车汽车,日本营收过900亿美元的工业公司,全部是汽车公司。

第10名的日本电装也是汽车零部件企业,营收前十名汽车行业总共4家。

实际上,除了这四家以外,松下也做汽车零部件,新日铁住金也提供汽车用钢。

丰田是巨无霸,一家的营收2499亿美元几乎等于第4-7名的日立+索尼+松下+东芝之和2688亿美元

进入2000强的90家日本工业企业的总营业收入为19582亿美元,

丰田,本田,斯巴鲁,铃木,马自达,尼桑,五十铃,三菱八大汽车整车厂的营业收入之和为5887亿美元,占比为30%,如果我们把8家汽车零部件企业(日本电装,爱信精机,捷太格特,住友轮胎,小糸制作所,丰田纺织,普利司通,三菱电机)的1818亿美元的总营收算进来,占比为39.3%。

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如果把钢铁,汽车玻璃,汽车电子,轴承什么的上游企业的营收也算进来,

例如这个榜单里面的旭硝子汽车玻璃,神户制钢,新日铁住金,村田制作所,TDK,京瓷,松下集团的汽车零部件和汽车电子业务,NSK的轴承业务等等,如果这些业务都算进来。可以说汽车业的营收占了90强企业的接近一半。

我们再看利润,日本汽车业的利润占比比营业收入占比还要高。

净利润第一名是丰田汽车171亿美元,第二名尼桑45亿美元,第三名本田39亿美元,第四名普利司通24亿美元,第五名日本电装22亿美元,

第六名松下19亿美元,第七名三菱电机19亿美元,第八名安斯泰来制药19亿美元,第九名日立18亿美元,第十名斯巴鲁18亿美元。

利润前五名竟然全部是汽车行业相关。利润前十名汽车公司有四家,汽车零部件公司有三家。

利润前十名70%是汽车业公司。

也可以这样说,日本除了汽车公司以外,没有一家工业企业净利润能超过20亿美元。

当然福布斯的财报数字经常和日本企业自己公布的财报有出入,不过区别不会很大,除了汽车行业,20多亿美元的净利润就是日本工业科技企业的最大值。

这和中国工业企业的差距就开始拉大了,中国的中央制造集团,净利润超过20亿美元的就有好几家,例如中核集团,中航工业等等,民营企业像格力,美的,海尔净利润都超过20亿美元,OPPO,VIVO没有公布净利润,但是应该也超过20亿美元,华为更是超过50亿美元。

90家日本工业企业的净利润总和为789.77亿美元,突然觉得相比美国人,日本人赚的是辛苦钱,美国有不少净利润百亿美元的科技公司,日本只有一家丰田净利润过百亿美元。

其中304.94亿美元来自丰田,本田,斯巴鲁,铃木,马自达,尼桑,五十铃七家汽车公司,占比高达38.6%,如果我们把巨亏20亿美元的三菱汽车也算进来,汽车业利润占比为36%

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然而这只是汽车整车的利润,把日本电装,爱信精机,捷太格特,住友轮胎,小糸制作所,丰田纺织,普利司通,三菱电机8家汽车零部件企业算进来,利润总额为88.8亿美元,占了2000强日本工业企业净利润的11.2%

也就是8家汽车整车企业+7家汽车零部件企业占了90家日本核心工业企业净利润的49.9%

如果把亏损的三菱去掉,那么汽车业占了利润总额的47.5%。

实际上,制造汽车还需要钢铁,还需要各种塑料,需要各种汽车电子产品,需要玻璃产品等等,例如旭硝子就是世界最大的汽车玻璃供应商之一,新日铁,JFE,神户制钢也提供汽车用钢材,京瓷,TDK,村田制作所,东京电子,松下集团等等也有大量汽车电子业务,NSK公司的轴承业务等等。这些公司都在这个榜单里面。

如果把这些公司汽车业务的净利润也算进来,日本汽车业的净利润超过整个日本工业90强的一半以上。

所以即使把统计范围从世界五百强扩大到世界2000强,日本汽车业营收和净利润依然是半壁江山。

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2:中国已经崛起的产业,日本企业都赚不到钱。

或者这样说,中国已经基本会自己做的领域,日本很难赚钱了。

一个是造纸,

进入世界2000强榜单的有两家日本造纸企业,两家规模都不小,百亿美元级别,但是却基本不赚钱。

一家是日本最大的造纸公司王子集团,净利润只有9300万美元,

一家是日本制纸,亏损1.66亿美元

一个是钢铁,

新日铁住金营收416亿美元,净利润只有4.77亿美元,净利润率只有1.1%

神户制钢营收155亿美元,巨亏4.07亿美元

JFE钢铁营收294亿美元,净利润只有2.73亿美元,净利润率0.93%

三家加起来营收800多亿美元,净利润合计只有3.43亿美元。

对比下中国的钢铁公司,印象中中国钢铁产业似乎是惨兮兮,没错,相比天朝欣欣向荣的互联网,物流,智能手机,汽车等产业,钢铁产业确实是惨兮兮,天天去产能,裁员什么的。

然而中国钢铁公司的龙头宝钢股份2016年的净利润有115.2亿人民币,差不多十六七亿美元的净利润,在全球产钢2000万吨以上的大企业当中,利润总额全球第二,平均每吨钢的利润更是全球第一。

一个是电子品牌工业

在电子品牌领域,东芝,夏普,松下,索尼,NEC,佳能,富士,奥林巴斯等品牌,尽管营业收入不低,但是净利润总额在这个90强名单里面,能排进前20位的只有松下和佳能两家。

其中松下净利润19亿美元,在这些电子品牌中净利润最高,然而松下利润的第一大来源是其汽车与工业部分,松下的车载业务因为给特斯拉提供电动汽车电池大幅增长。

不管是家用电器,笔记本电脑,平板电脑,智能手机等等,都不再是如今日本电子巨头的主要利润来源。像索尼,主要利润来自游戏业务,以及CMOS芯片业务。

当然我们要看到,虽然中国把家用和个人用的电子设备品牌做起来了,

但是中国的办公设备没有做起来,打印机,扫描仪,传真机等等,所以佳能成了日本最赚钱的电子品牌之一。

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3:日本没有新的强大工业公司出现

日本90家进入世界2000强的工业企业,都是存在了几十年的老企业,没有一家是新公司。

对比下中国最近十几年出现了哪些新的强大工业企业?

OPPO 2004年成立,VIVO 2009年成立,小米科技2011年成立,

中国目前最大的电动汽车电池制造商宁德时代2011年成立

中国最大的光伏企业之一的晶澳2005年成立

中国最大的两家声学企业歌尔声学2001年成立,深圳瑞声科技2004年在成立;

欧菲光2001年成立,中国最大的手机玻璃生产商之一的蓝思科技2003年成立;

深圳华星光电显示公司2009年成立。

除了这些新企业外,还有企业集团进入新的业务

比亚迪2005年开始做汽车,

京东方2005年开始生产液晶面板。

华为旗下中国最大的半导体设计企业海思半导体2004年成立

等等。

4:日本企业赚钱的都是中国还没真正崛起的产业,我们看下日本哪些企业还比较赚钱,就知道中国哪些产业还没有起来

这里说比较赚钱,是相对的,因为一半的利润都来自汽车业。我们看看另外一半里面,哪些产业赚钱还算多。

我们就只看净利润在5亿美元以上的日本制造业企业,换成人民币净利润30多亿,总共有52家,我们除开最强大的汽车和汽车零部件,除开这个主要有四类:

1)电子零部件(包括集成电路)

日本企业虽然在品牌领域败退了,但是电子零部件产业还有很大优势。

村田制作所,日本电产,京瓷, TDK, 东京电子,瑞萨电子等,净利润之和54.13亿美元。

像京瓷,村田,日本电产这些企业,营业收入都在100亿美元以上。

不算显示面板,中国电子零部件产业还没有诞生100亿美元级别的电子零部件公司。

如果算上显示面板,那么有一家,京东方2016年营收688亿,刚好100亿美元。

中国电子零部件产业进步很快,中国下游的品牌起来了,必然会带动上游国产零部件的发展,已经有一批国产电子零部件企业跨越了100亿人民币的门槛,并且在高速发展。国产电子零部件在快速崛起,和电子品牌一样实现强势市场地位只是时间问题。

集成电路芯片,日本瑞萨,索尼(摄像头CMOS芯片),东芝(内存)三家在全球20强,我国海思,紫光等也在迅速成长。

像龙头企业海思,其营业收入已经很接近瑞萨电子和索尼的芯片业务,2016年索尼芯片业务62.6亿美元,增长3%,瑞萨57亿美元,增长1%,

而海思2016年已经达到了44亿美元左右,紫光集团2016年已经达到40亿美元。增速107.46%

半导体20强2016营收状况及各产品线贡献

当然日本还在一个领域很强,集成电路最上游的半导体设备和半导体材料,这两个领域的规模总共大约800亿美元,占了整个集成电路产业的23%左右。中国在这方面,可以说才刚刚起步,也出现了一些优秀企业,例如苹果的供应商江丰电子,上海中微半导体等等,进步虽然快,但是基数太小,短时间内还没有挑战国际大厂能力。中国先把芯片设计,制造,封装搞好,这些搞好了,上游的设备和材料一定可以搞定。

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2)机械和设备

日立,小松,大金,丰田工业,久保田机械,发那科,第一精工,NSK精工,东曹工业,SMC气动元件,富士集团等,净利润总和101.25亿美元以上

中国营业收入超过60亿美元的机械公司有10家,分别是中国机械工业,潍柴集团,上海电气,天津百利机械,徐工,三一,中联,盾安控股,特变电工,东方电气。

规模算是有了,但是盈利能力和日企比较差距很大,像潍柴,一千亿的营业收入,净利润才二三十亿,换成美元三四亿美元;三一重工,2016年全年净利润才2亿人民币;特变电工算是不错,2016年净利润也才21亿人民币,不到4亿美元。

中国企业需要做的是不断提高技术水平,在高端领域开展竞争。好消息是今年工程机械回暖,三一等龙头机械企业的业绩在快速回升。这个领域需要时间和经验积累,从增速看我们在稳步进步,虽然不如其他产业那么快。

同时在军工领域已经做到了很高水平。

3)化工业(材料)

信越化学,三菱化学,积水化学,住友化学,旭化成化学,东丽集团,六家加起来净利润有57.63亿美元。

中国倒是有一家超大型化工公司中国石化,在化工领域排名世界第三,销售额438亿美元。

第一名是德国巴斯夫,第二名是美国陶氏化学。

但是在美国《化学与工程新闻》杂志公布的2016年全球化工50强里面,我们也仅有中石化一家,当然还有一家台湾的台塑,统一了再算我们的吧。

而上面日本的这5家全部在全球化工50强里面,销售额都在百亿美元以上,像日本最大的三菱化学有318亿美元,排在世界第9位。日本第二的东丽,排在世界第15位。

在全球50强以外,也有一批中国化工企业站在了门槛,50强的门槛大约是营收60亿美元。

民营企业的领军企业中国万华化学进步很快,现在简直成了印钞机,2017年一季度营业收入110亿,增长107.7%,净利润21.95亿,增长395%。预计今年会进入50强。

另外浙江荣盛石化公司2016年实现营业收入455.02亿元,同比增长58.69%,实现净利润19.2亿,猛增446%, 预计今年的50强榜单也会有荣盛石化。

恒力股份2016年营业收入192.4亿,增长4%,净利润11.8亿,增长91.6%

恒逸石化公司2016年实现营业收入324.2亿元,同比增长6.93%;实现归属于上市公司股东的净利润8.3亿元,同比增长349.79%

东华能源2016年营业收入199.75亿源,增长16.16%,净利润4.7亿元,增长14.3%

另外之前在显示面板一文中提到的康得新集团,

2017年第一季度营收27亿人民币,增长32.7%,净利润5.41亿,增长31%

4)制药业

武田制药,安斯泰来制药,大冢制药,卫材制药等有六家,总利润57.55亿美元

最大的一家是武田制药,营收159亿美元,净利润12亿美元,第二是安斯泰来制药,零售119亿美元,净利润19亿美元,第三名是大冢制药,营收110亿美元,净利润8.52亿美元。

这个世界上制药业的霸主还是在美国,2016年美国医药经理人杂志公布的全球制药企业50强,日本最大的武田制药只能排在世界第18位,前面17家企业以美国公司居多,加部分欧洲企业。

中国有两家巨无霸制药企业,最大的是国药控股,2016年营业收入高达2584亿人民币,差不多374.5亿美元,增长12.99%,净利润46.47亿人民币,增长23.2%

第二大是上海医药,2016年营收1207.65亿人民币,增长14.45%,净利润31.96亿人民币,增长11.1%

这两家企业拿到日本营收都可以排到第一位,但是净利润还是有差距。

日本最大的武田,安斯泰来,大冢三家的净利润分别为12亿美元,19亿美元,8.5亿美元

而国药控股净利润换成美元大约6.7亿美元,上海医药净利润换成美元4.6亿美元

我国制药业第三位是九州通,2016年营收615.57亿人民币,增长24.13%,净利润8.77亿人民币,增长26.23%

中国的产业升级,要优先抓住主要产业,什么是主要产业呢?

比如我们经常说机床产业,实际上,我们平时说的机床,仅仅是指金属加工设备,只是千千万万生产设备中的一个类别,海天塑机的注塑机也是生产设备,振华重工的港机也是生产设备,中石化的大型石化装备也是生产设备,海上的石油钻井平台也是生产设备,工厂的炼钢炉也是生产设备,机床重要的确重要,但是这个市场很小,

日本机床业2015年得到的总订单才14806亿日元,按照2017年5月底的汇率,折合美元为133亿美元左右。而丰田汽车一家的营收就有2499亿美元,也就是整个日本机床业的订单总额只有丰田汽车一家公司的5.3%。

如果和电子产业的公司比较,133亿美元没有OPPO,VIVO,小米,中兴等任何一家的营业额高

再比如说日本机器人,根据2017年5月25日日本机器人工业会公布2016年产业用机器人的日本出货额则较2015年增长4.8%,达7160.22亿日元,大约64亿美元。

日本整个机器人产业的销售额也就是64亿美元,400多亿人民币。这跟电子产业,汽车产业是完全没有办法比较的。

不是说机床和机器人不重要,相反很重要,但是现在规模确实还比较小,而且我们在这两个产业也在稳步进步。

对中国来说,产业升级把几个大的产业做好,就已经可以让国民过上富裕的生活,汽车产业,电子产业(包括上游的集成电路产业)是两大核心产业,也是两大巨无霸产业,我国每年进口工业品,第一位是集成电路,第二位是汽车和零部件。

你想一下,平时你哪些方面花钱最多?房子,食物,衣服,通讯,交通,电子产品,能源(电),医疗。

我们可以看到房子(建材),食品,衣服,通讯(互联网,通信设备),电力中国都已经很强了。机械工业大部分能国产了。医疗设备和制药业在逐步自主化。交通里面的地铁,高铁,公交车,船舶中国也很强了,大飞机也起步了。工程基建铁路公路桥梁更是没的说

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剩下的这两个超级产业汽车和电子做好了,中国基本上可以迈入发达国家。

当然,中国的野心不只是做好这两个行业,机床,机器人这些小产业我们一样不会放过。一个典型的例子是机器人产业的比较,

日本2016年产业机器人产量为17.4606万台,较前一年增长13.5%,也创下新高纪录

中国2016年工业机器人产量7.2426万套,同比增长34.3%,也创下历史记录。

我们只要把主战场打赢了,凭着在主战场赚取的巨额利润,国家意志安排下,巨额资金和人力投入,可以如秋风扫落叶一样在小产业获得胜利。

同时我们在主战场打赢了,对世界上发达国家的影响将是致命性的,

以集成电路为例,如果中国实现了100%自主生产,意味着工业品进口剧烈下降20%以上。还意味着全球60%的集成电路是中国生产,其他所有国家全部加起来占40%,2016年世界半导体20强企业大部分将被毁灭掉。而2016年全球半导体20强还一家中国企业也没有。

再比如汽车,世界正在迈入电动汽车时代,如果中国把自主品牌汽车占有率从现在的40%提高到80%左右,就跟笔记本电脑,智能手机一样国产占据主导,意味外国汽车公司将会少卖1000万辆汽车,这是什么概念呢,2016年全球汽车销量大概9400万辆不到,中国自主品牌占了1000万辆,外国公司占了8400万辆,我们收复了中国市场,他们就变成了7400万辆,将世界份额的12%吐出来交给我们。


不要认为世界级汽车公司坚不可摧,当年我们一样觉得松下,索尼不可战胜,今天呢?索尼的芯片业务收入在被海思,紫光赶超;索尼现在主要利润来源的游戏业务在被腾讯,网易赶超,索尼的家电业务被海尔,美的,格力国产三强赶超,索尼的手机业务被华为,OPPO,VIVO赶超。

松下今天在给特斯拉供应电动汽车电池,中国的比亚迪,宁德时代同样是世界级电动汽车电池公司,营收过百亿人民币。

未来十年我们将亲眼见证中国企业在所有领域越战越强,不断挤压发达国家产业,带动中国人走向发达国家。我在之前的文章中写过,2015年中国人均工业产值已经是日本的40%,中国的工业总产值已经是美国+日本之和。

到2025-2027年,中国的工业总产值再翻一倍,中国人均工业产值将会达到西方平均水平。工业产值总规模超过西方国家+日本之和,这是人类进入近代工业化以来,地球上第一个在工业产值上完全压倒西方的,一个空前绝后的超级工业国家。
 

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实验不确定度的几种实际处理方法

其它类 葱油煎饼 2017-03-28 10:58 发表了文章 来自相关话题

任何测量都存在误差,由于测量的客观真值无法得知及测量条件的非理想化,使误差大小无法确定。为了使测量误差减到最小,除选择不同测量方法外,还确立了各种误差特征分类及分布规律,用来作误差处理。国际计量委员会通过的《BIPM实验不确定度的说明建议书INC-1(1980)》(以下简称建议书)建议用不确定度(uncertainty)取代误差(error)来表示实验结果,并按其性质将不确定度从估计方法上分为按统计分布的A类不确定度和按非统计分布的B类不确定度两类,分别进行处理后再进行合成。从而使得“由于测量误差的存在而对被测量值不能确定的程度”得到更科学的评估。由近年来关于不确定度的许多讨论文章及不确定度的定义,我们可以对误差和不确定度的关系理解为:测量中的不可靠量值为误差,导致测量结果的不可靠量值为不确定度。标准偏差较集中地反映了测量误差对实验结果的影响,而不确定度则综合了全部误差因素对实验结果的影响。但是,由于不确定度的运用仍在“建议”阶段以及它与误差的紧密联系,且误差从根本上说又是“一种粗略的估计”,所以不确定度的估算很难用简单的定义来解决,而是需要按实际情况合理地加以处理。笔者根据不同实验条件的具体情况,提出几点实验不确定度的实际处理方法。

1 高精度测量结果(误差正态分布时)不确定度的估算

参考《建议书》的精神,总不确定度u从估计方法上可分为A类不确定度和B类不确定度。A类不确定度是多次重复测量,用统计方法估算的不确定度分量;B类则是不能用统计方法估算的其他不确定度分量。

1.1 A类不确定度分量的估算

此项分量(测量次数较多,n>10时)一般直接由测量列平均值的标准偏差来近似估计,即

                             




   ⑴

式中:为有限次测量平均值的标准偏差;为有限次测量列单次测量的标准偏差。

1.2 B类不确定度分量的估算­

此项分量的估算,要对影响测量结果的各项进行仔细分析研究以确定其分布、大小、相关因子等,并用经验方法将其换算成与标准偏差有相同置信概率的分量,而最后合成。

1.3 总不确定度的估算

根据《建议书》要求,合成不确定度及其分量要用“标准偏差”的形式,即方和根的形式表示为

                                         




    ⑵

合成不确定度乘以对应于某一置信概率P 的置信因子,则得到总不确定度u。








此类不确定度的估算属计量、标定及高精度测量(相对不确定度在0.001以内)等部门专业人员的工作,许多问题的分析已超出普通测量的要求范围。一般数据处理教材及国家计量技术标准中[1]都是以不确定度分布服从正态分布理论为依据的,这主要是由于目前正态分布的研究最完善,用其他分布分析测量结果的合成不确定度比较困难,而以近似正态分布来处理。

2 少次数测量情况下不确定度的估算2.1 不确定度A类分量的估算

在许多情况下(如普通物理实验),一般测量次数不大于10(5<n≤10)时,以算术平均值的标准偏差作为A类分量,仍以正态分布作测量结果的报道,则将出现较大偏差(偏小),从而夸大了实验的精确度[2]。这时,常以联系正态样本平均值和偏差的统计量(为期望值)所服从的t分布(又称Student分布)来报道平均值的误差更为合理。可以推导:当5<n≤10时,取,由t分布的概率数表可算得置信概率P,如表1。




所以,以统计方式估计的A类分量不确定度简化等于测量列的单次测量标准偏差[3]。

即 (n-1为自由度;P接近或大于95%)。     ⑶

2.2 不确定度B类分量的估算

B类分量常以仪器误差乘以与其分布有关的因子简化表示[3]。如前所述,在少次数测量情况下,具体分析的原因和确定已超出了实验课程的要求范围。但是,因为仪器的允许误差(检定规程或有关技术文件规定的计量器具所允许的极限值),则应有接近100%的置信概率(P≈0.99)。因而,大多数实验可简化近似与取相同置信因子P≥0.95 ,而直接将当作总不确定度中B类分量(可从有关国家标准查得)。

2.3 总不确定度的估算

以作为总不确定度A类分量,为总不确定度的B类分量,按照方和根的合成形式,总不确定度可简化用下式求出

    (P≥95%)

这一估计方法,与国际上工业技术和商务活动中所推荐的置信概率P=0.95,以及考虑实验的实际应用性而采用高置信度的做法相一致,也是与我国有关技术规范基本一致的比较简单、合理的估算方法,且在实验中用带有统计运算功能的计算器可方便地求得和u。

3 普通精度实验不确定度的估算

3.1 A类不确定度的估算

普通精度测量(相对不确定度在0.01~0.001左右)如普通物理实验等,因精度要求较低,则可只讨论主要几个影响较大的误差分量而忽略其他微小分量。因不确定度的有效数字在普通测量中一般只取一位,此项可根据不确定度传递公式,将小于最大分量1/3之后的各项舍去,而后按测量列平均值的标准偏差公式计算(见式⑴)。

3.2 B类不确定度的估算

B类不确定度的估算,如能确定其分布规律,可按各自分布规律处理。一般情况下,因数理统计,误差分布等已超出普通测量讨论范围,可采用近似标准偏差来估算。如,当非统计不确定度相应的估计误差为正态分布时,取,非统计不确定度相应的估计误差为均匀分布(方法、环境、数字仪表等误差分布)时,取等。式中Δ为非统计不确定度相应的估计误差限,常取为仪器误差。

3.3 总不确定度的合成

把各分量按“标准偏差”的形式合成,其中包括按各自分布处理的分量及非统计分量按正态分布近似处理的非正态估算分量,且一般采用平均值的一倍标准偏差估算(P=0.683)。此类估算方法为一较好近似结果,且在普通精度测量的不确定度估算中,避免了许多次要影响量及复杂的处理过程[4]。

4 特殊情况不确定度的估算

如当B类不确定度较小(可忽略),则总不确定度直接用A类不确定度表示。对于少次数测量,可用单次测量的标准偏差表示,即。

如,当,或因估计出的u对实验最后结果影响甚小,或因条件限制只进行了一次测量时,u可简单的用表示。对于少次数测量,可直接以表示,即。

实验不确定度的估计是以严密的数理统计理论为基础的,而在绝大多数情况下实验者往往不具备数理统计、误差分布方面的专业知识,或没有必要作过多的复杂处理。本文所述的实验不确定度的几种近似估算方法,可在实际运用中作以参考。 查看全部
任何测量都存在误差,由于测量的客观真值无法得知及测量条件的非理想化,使误差大小无法确定。为了使测量误差减到最小,除选择不同测量方法外,还确立了各种误差特征分类及分布规律,用来作误差处理。国际计量委员会通过的《BIPM实验不确定度的说明建议书INC-1(1980)》(以下简称建议书)建议用不确定度(uncertainty)取代误差(error)来表示实验结果,并按其性质将不确定度从估计方法上分为按统计分布的A类不确定度和按非统计分布的B类不确定度两类,分别进行处理后再进行合成。从而使得“由于测量误差的存在而对被测量值不能确定的程度”得到更科学的评估。由近年来关于不确定度的许多讨论文章及不确定度的定义,我们可以对误差和不确定度的关系理解为:测量中的不可靠量值为误差,导致测量结果的不可靠量值为不确定度。标准偏差较集中地反映了测量误差对实验结果的影响,而不确定度则综合了全部误差因素对实验结果的影响。但是,由于不确定度的运用仍在“建议”阶段以及它与误差的紧密联系,且误差从根本上说又是“一种粗略的估计”,所以不确定度的估算很难用简单的定义来解决,而是需要按实际情况合理地加以处理。笔者根据不同实验条件的具体情况,提出几点实验不确定度的实际处理方法。

1 高精度测量结果(误差正态分布时)不确定度的估算

参考《建议书》的精神,总不确定度u从估计方法上可分为A类不确定度和B类不确定度。A类不确定度是多次重复测量,用统计方法估算的不确定度分量;B类则是不能用统计方法估算的其他不确定度分量。

1.1 A类不确定度分量的估算

此项分量(测量次数较多,n>10时)一般直接由测量列平均值的标准偏差来近似估计,即

                             
QQ图片20170328105258.jpg

   ⑴

式中:为有限次测量平均值的标准偏差;为有限次测量列单次测量的标准偏差。

1.2 B类不确定度分量的估算­

此项分量的估算,要对影响测量结果的各项进行仔细分析研究以确定其分布、大小、相关因子等,并用经验方法将其换算成与标准偏差有相同置信概率的分量,而最后合成。

1.3 总不确定度的估算

根据《建议书》要求,合成不确定度及其分量要用“标准偏差”的形式,即方和根的形式表示为

                                         
QQ图片20170328105532.jpg

    ⑵

合成不确定度乘以对应于某一置信概率P 的置信因子,则得到总不确定度u。


QQ图片20170328105603.jpg



此类不确定度的估算属计量、标定及高精度测量(相对不确定度在0.001以内)等部门专业人员的工作,许多问题的分析已超出普通测量的要求范围。一般数据处理教材及国家计量技术标准中[1]都是以不确定度分布服从正态分布理论为依据的,这主要是由于目前正态分布的研究最完善,用其他分布分析测量结果的合成不确定度比较困难,而以近似正态分布来处理。

2 少次数测量情况下不确定度的估算2.1 不确定度A类分量的估算

在许多情况下(如普通物理实验),一般测量次数不大于10(5<n≤10)时,以算术平均值的标准偏差作为A类分量,仍以正态分布作测量结果的报道,则将出现较大偏差(偏小),从而夸大了实验的精确度[2]。这时,常以联系正态样本平均值和偏差的统计量(为期望值)所服从的t分布(又称Student分布)来报道平均值的误差更为合理。可以推导:当5<n≤10时,取,由t分布的概率数表可算得置信概率P,如表1。
QQ图片20170328105708.jpg

所以,以统计方式估计的A类分量不确定度简化等于测量列的单次测量标准偏差[3]。

即 (n-1为自由度;P接近或大于95%)。     ⑶

2.2 不确定度B类分量的估算

B类分量常以仪器误差乘以与其分布有关的因子简化表示[3]。如前所述,在少次数测量情况下,具体分析的原因和确定已超出了实验课程的要求范围。但是,因为仪器的允许误差(检定规程或有关技术文件规定的计量器具所允许的极限值),则应有接近100%的置信概率(P≈0.99)。因而,大多数实验可简化近似与取相同置信因子P≥0.95 ,而直接将当作总不确定度中B类分量(可从有关国家标准查得)。

2.3 总不确定度的估算

以作为总不确定度A类分量,为总不确定度的B类分量,按照方和根的合成形式,总不确定度可简化用下式求出

    (P≥95%)

这一估计方法,与国际上工业技术和商务活动中所推荐的置信概率P=0.95,以及考虑实验的实际应用性而采用高置信度的做法相一致,也是与我国有关技术规范基本一致的比较简单、合理的估算方法,且在实验中用带有统计运算功能的计算器可方便地求得和u。

3 普通精度实验不确定度的估算

3.1 A类不确定度的估算

普通精度测量(相对不确定度在0.01~0.001左右)如普通物理实验等,因精度要求较低,则可只讨论主要几个影响较大的误差分量而忽略其他微小分量。因不确定度的有效数字在普通测量中一般只取一位,此项可根据不确定度传递公式,将小于最大分量1/3之后的各项舍去,而后按测量列平均值的标准偏差公式计算(见式⑴)。

3.2 B类不确定度的估算

B类不确定度的估算,如能确定其分布规律,可按各自分布规律处理。一般情况下,因数理统计,误差分布等已超出普通测量讨论范围,可采用近似标准偏差来估算。如,当非统计不确定度相应的估计误差为正态分布时,取,非统计不确定度相应的估计误差为均匀分布(方法、环境、数字仪表等误差分布)时,取等。式中Δ为非统计不确定度相应的估计误差限,常取为仪器误差。

3.3 总不确定度的合成

把各分量按“标准偏差”的形式合成,其中包括按各自分布处理的分量及非统计分量按正态分布近似处理的非正态估算分量,且一般采用平均值的一倍标准偏差估算(P=0.683)。此类估算方法为一较好近似结果,且在普通精度测量的不确定度估算中,避免了许多次要影响量及复杂的处理过程[4]。

4 特殊情况不确定度的估算

如当B类不确定度较小(可忽略),则总不确定度直接用A类不确定度表示。对于少次数测量,可用单次测量的标准偏差表示,即。

如,当,或因估计出的u对实验最后结果影响甚小,或因条件限制只进行了一次测量时,u可简单的用表示。对于少次数测量,可直接以表示,即。

实验不确定度的估计是以严密的数理统计理论为基础的,而在绝大多数情况下实验者往往不具备数理统计、误差分布方面的专业知识,或没有必要作过多的复杂处理。本文所述的实验不确定度的几种近似估算方法,可在实际运用中作以参考。
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新能源汽车电机市场需求将达500亿~1000亿

机械自动化类 不见不散 2016-11-30 09:23 发表了文章 来自相关话题

导 语:
 
近日,新能源汽车电机市场发生一次不小的“地震”。据笔者获悉,云意电气1.7亿元收购上海力信电器技术有限公司51%股权,且投资1.2亿元建设新能源车用电机及控制系统产业化项目。

不要小看这个收购项目,它背后反映的是新能源汽车电机市场的巨大需求。某机构测算,预计到2020年新能源汽车电机驱动系统的市场需求将达500亿~1000亿元人民币。

为什么收购上海力信






“收购上海力信是为了更好地布局新能源轿车配套业务。”云意电气董事会秘书李成忠在表示,云意电气加码新能源汽车配套业务符合当前新能源汽车产业政策导向。

新能源汽车市场份额提升

新能源汽车需求放量和关键技术的逐步成熟,使新能源汽车电机系统市场需求迎来快速发展,拥有相关技术优势的企业,市场份额将得到快速提升。

中国汽车工业协会相关人士表示:“新能源电机领域目前主要是大洋电机、精进电动、上海大郡及去年被收购的上海电驱动。”据了解,这几家企业在新能源汽车电机市场布局较早,抓住了新能源汽车产业快速发展的机遇,其中精进电动布局较早、技术源于国外,由于之前出口业务较多,目前在行业内较为知名。

“国内电机市场增长很快,我们去年销售新能源电机3万台。” 精进电动上述负责人告诉记者,精进电动的驱动电机产量、销量和出口量均高居我国新能源汽车电机领域首位,并已经成为全球产销量领先的独立驱动电机供应商之一。当前,精进电动在上海嘉定国际汽车城建成了年产能达20万台的生产基地。

高品质电机需求很大






近几年,产业资本追捧新能源汽车电机市场,那么会不会形成产能过剩呢?行业人士表示:“不仅不会产能过剩,高品质新能源电机供不应求。”除电机产能满足新能源汽车企业需求有难度外,李成忠还表示,生产工艺和管理也有待提升。当前,很多进入新能源汽车领域的企业本身不是做汽车零部件,直接切入汽车领域需要一段时间的磨合。还有一点是,新能源汽车市场竞争没有完全培育起来,配套零部件企业投入多,市场培育仍需时日。

电机市场需求将达500亿~1000亿

“从新能源汽车目前的发展态势看,虽然体量小,但未来增量空间大。” 李成忠说。根据国家新能源汽车产能规划,到2020年新能源汽车达500万辆,目前看还是有可能的。我国新能源汽车电机系统占整车成本接近15%,近几年各大汽车企业加大在新能源汽车领域的布局,市场发展空间巨大。某机构测算,预计到2020年新能源汽车电机驱动系统的市场需求将达500亿~1000亿元人民币。

李成忠表示:“新能源汽车是国家大力扶持的项目,我们在新能源汽车领域有长期发展规划。”云意电气是国内车用整流器、调节器龙头企业,深耕中高档乘用车OEM/AM市场。此次收购的上海力信具有永磁同步电机及控制器核心技术能力,配套金龙 、海格等主流客车厂,技术成熟、客户稳定,其新能源车用电机及控制系统产业化项目等将成为云意电气新的利润增长点。
 
 
 
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导 语:
 
近日,新能源汽车电机市场发生一次不小的“地震”。据笔者获悉,云意电气1.7亿元收购上海力信电器技术有限公司51%股权,且投资1.2亿元建设新能源车用电机及控制系统产业化项目。

不要小看这个收购项目,它背后反映的是新能源汽车电机市场的巨大需求。某机构测算,预计到2020年新能源汽车电机驱动系统的市场需求将达500亿~1000亿元人民币。

为什么收购上海力信

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“收购上海力信是为了更好地布局新能源轿车配套业务。”云意电气董事会秘书李成忠在表示,云意电气加码新能源汽车配套业务符合当前新能源汽车产业政策导向。

新能源汽车市场份额提升

新能源汽车需求放量和关键技术的逐步成熟,使新能源汽车电机系统市场需求迎来快速发展,拥有相关技术优势的企业,市场份额将得到快速提升。

中国汽车工业协会相关人士表示:“新能源电机领域目前主要是大洋电机、精进电动、上海大郡及去年被收购的上海电驱动。”据了解,这几家企业在新能源汽车电机市场布局较早,抓住了新能源汽车产业快速发展的机遇,其中精进电动布局较早、技术源于国外,由于之前出口业务较多,目前在行业内较为知名。

“国内电机市场增长很快,我们去年销售新能源电机3万台。” 精进电动上述负责人告诉记者,精进电动的驱动电机产量、销量和出口量均高居我国新能源汽车电机领域首位,并已经成为全球产销量领先的独立驱动电机供应商之一。当前,精进电动在上海嘉定国际汽车城建成了年产能达20万台的生产基地。

高品质电机需求很大

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近几年,产业资本追捧新能源汽车电机市场,那么会不会形成产能过剩呢?行业人士表示:“不仅不会产能过剩,高品质新能源电机供不应求。”除电机产能满足新能源汽车企业需求有难度外,李成忠还表示,生产工艺和管理也有待提升。当前,很多进入新能源汽车领域的企业本身不是做汽车零部件,直接切入汽车领域需要一段时间的磨合。还有一点是,新能源汽车市场竞争没有完全培育起来,配套零部件企业投入多,市场培育仍需时日。

电机市场需求将达500亿~1000亿

“从新能源汽车目前的发展态势看,虽然体量小,但未来增量空间大。” 李成忠说。根据国家新能源汽车产能规划,到2020年新能源汽车达500万辆,目前看还是有可能的。我国新能源汽车电机系统占整车成本接近15%,近几年各大汽车企业加大在新能源汽车领域的布局,市场发展空间巨大。某机构测算,预计到2020年新能源汽车电机驱动系统的市场需求将达500亿~1000亿元人民币。

李成忠表示:“新能源汽车是国家大力扶持的项目,我们在新能源汽车领域有长期发展规划。”云意电气是国内车用整流器、调节器龙头企业,深耕中高档乘用车OEM/AM市场。此次收购的上海力信具有永磁同步电机及控制器核心技术能力,配套金龙 、海格等主流客车厂,技术成熟、客户稳定,其新能源车用电机及控制系统产业化项目等将成为云意电气新的利润增长点。
 
 
 
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【干货】动力电池系统失效模式分析

机械自动化类 回锅肉 2016-09-27 10:21 发表了文章 来自相关话题

    随着电动汽车的快速发展,如何解决电动汽车所带来的安全问题,又成为汽车行业新的话题和难点。动力电池系统作为电动汽车的动力来源(或动力来源之一),其安全性和可靠性已成为公众最为关注的焦点。

研究动力电池系统的失效模式对提高电池寿命、电动车辆的安全性和可靠性、降低电动车使用成本有至关重要的意义。本文从动力电池系统外在表现失效模式探索和后果进行分析并提出相应处理措施。在动力电池系统设计时考虑各种失效模式以提高动力电池安全性。

动力电池系统通常由电芯、电池管理系统、Pack系统含功能元器件、线束、结构件等相关组建构成。动力电池系统失效模式,可以分为三种不同层级的失效模式,即电芯失效模式、电池管理系统失效模式、Pack系统集成失效模式。

一、电芯失效模式

电芯的失效模式又可分为安全性失效模式和非安全性失效模式。电芯安全性失效主要有以下几点:

1、电芯内部正负极短路:

电池内短路是由电芯内部引起的,引起电池内短路的原因有很多,可能是由于电芯生产过程中缺陷导致或是因为长期振动外力导致电芯变形所致。一旦发生严重内短路,无法阻止控制,外部保险不起作用,肯定会发生冒烟或燃烧。

如果遭遇到该情况,我们能做的就是第一时间通知车上人员逃生。对于电池内部短路问题,目前为止电池厂家没有办法在出厂时100%将有可能发生内短路的电芯筛选出来,只能在后期充分做好检测以将发生内短路的概率降低。

2、电池单体漏液:

这是非常危险,也是非常常见的失效模式。电动汽车着火的事故很多都是因为电池漏液造成的。电池漏液的有原因有:外力损伤;碰撞、安装不规范造成密封结构被破坏;制造原因:焊接缺陷、封合胶量不足造成密封性能不好等。

电池漏液后整个电池包的绝缘失效,单点绝缘失效问题不大,如果有两点或以上绝缘失效会发生外短路。从实际应用情况来看,软包和塑壳电芯相比金属壳单体更容易发生漏液情况导致绝缘失效。

3、电池负极析锂:

电池使用不当,过充电、低温充电、大电流充电都会导致电池负极析锂。国内大部分厂家生产的磷酸铁锂或三元电池在0摄氏度以下充电都会发生析锂,0摄氏度以上根据电芯特性只能小电流充电。发生负极析锂后,锂金属不可还原,导致电池容量不可逆衰减。析锂达到一定严重程度,形成锂枝晶,刺穿隔膜发生内短路。所以动力电池在使用时应该严禁低温下进行充电。

4、电芯胀气鼓胀:

产生胀气的原因很多,主要是因为电池内部发生副反应产生气体,最为典型的是与水发生副反应。胀气问题可以通过在电芯生产过程严格控制水分可以避免。一旦发生电池胀气就会发生漏液等情况。

以上几种失效模式是非常严重的问题,可能会造成人员伤亡。即使一个电芯使用1、2年没有问题,并不代表这个电芯以后没有问题,使用越久的电池失效的风险越大。

电芯的非安全性失效只是影响使用性能,主要有以下几点:

1、容量一致性差:

动力电池的不一致性通常是指一组电池内电池的剩余容量差异过大、电压差异过大,引起电池续航能力变差。引起电池间一致性变差的原因是多个方面的,包括电池的生产制造工艺,电池的存放时间长短,电池组充放电期间的的温度差异,充放电电流大小等。

目前解决方法主要是提高电池的生产制造工艺控制水平,从生产关尽可能保证电池的一致性,使用同一批次电池进行配组。这种方法有一定效果,但无法根治,电池组使用一段时间后一致性差的问题还会出现,电池组发生不一致性问题后,如果不能及时处理,问题会愈加严重,甚至会发生危险。

2、自放电过大:

电池制造时杂质造成的微短路所引起的不可逆反应是造成个别电池自放电偏大的最主要原因。在大多电池生产厂家对电池的自放电微小时都可忽略,由于电池在长时间的充放电及搁置过程中,随环境条件发生化学反应,引起电池大自放电现象,这使电池电量降低,性能低下,不能满足使用需求。

3、低温放电容量减少:

随着温度的降低,电解液低温性能不好,参与反应不够,电解液电导率降低而导致电池电阻增大,电压平台降低,容量也降低。目前各厂家电池-20度下的放电容量基本在额定容量的70%~75%。低温下电池放电容量减少,且放电性能差,影响电动汽车的使用性能和续驶里程。

4、电池容量衰减:

电池容置衰减主要来自于活性锂离子的损失以及电极活性材料的损失。正极活性材料层状结构规整度下降,负极活性材料上沉积钝化膜,石墨化程度降低,隔膜孔隙率下降,导致电池电荷传递阻抗增大。脱嵌锂能力下降,从而导致容量的损失。

电池容量衰减是电池不可避免的问题。但是目前电池厂家应该首要解决前面安全性失效问题和电池一致性问题,在这个基础上再考虑延长电池的循环寿命。

二、BMS失效模式

电池的单体失效不仅和电池本身有关,也和电池管理系统BMS失效有关。BMS失效模式也会造成严重的事故有以下几类:

1、BMS电压检测失效导致电池过充电或过放电:

连接、压线过程或接触不良导致电压检测线失效,BMS没有电压信息,充电时该停止时没有停止。电池过充会着火、爆炸,磷酸铁锂过充至5V以上大部分只是冒烟,但是三元电池一旦过充,会发生爆炸。

而且,过充电容易导致锂离子电池中的电解液分解释放出气体,从而导致电池鼓胀,严重的话甚至会冒烟起火;电池过放电会导致电池正极材料分子结构损坏,从而导致充不进去电;同时电池电压过低造成电解液分解,干涸发生析锂,回到电池内短路问题。在系统设计时应该选用可靠的电压采集线,在生产过程中严格管控,杜绝电压采集线的失效。

2、BMS电流检测失效

霍尔传感器失效,BMS采集不到电流,SOC无法计算,偏差大。电流检测失效可能导致充电电流过大。充电电流大,电芯内部发热大,温度超过一定温度,会使隔膜固化容量衰减,严重影响电池寿命。

3、BMS温度检测失效

温度检测失效导致电池工作使用温度过高,电池发生不可逆反应,对电池容量、内阻有很大影响。电芯日历寿命跟温度直接相关,45度时的循环次数是25度时的一半,另外温度过高电池易发生鼓胀、漏液,爆炸等问题,因此在电池使用过程中要严格控制电池的温度在20-45摄氏度之间,除能有效提高电池的使用寿命和可靠性之外还能有效避免电池低温充电析锂造成的短路以及高温热失控。

4、绝缘监测失效:

在动力电池系统发生变形或漏液的情况下都会发生绝缘失效,如果BMS没有被检测出来,有可能发生人员触电。因此BMS系统对监测的传感器要求应该是最高的,避免监测系统失效可以极大地提高动力电池的安全性。

5、电磁兼容问题通讯失效:

对BMS系统来说,电磁兼容主要考核它抗电磁干扰能力。电磁干扰会导致BMS通讯失效,引发以上几个问题。

6、SOC估算偏差大:

目前所有BMS厂家普遍存在的问题,只偏差大小的差别。基本上目前的检验标准要求都是5%以内,大部分厂家BMS应该都很难达到,因为实际使用中SOC误差会越来越大,因为使用环境更加的复杂,影响精度的条件更多。

三、Pack系统集成失效模式

1、汇流排的失效:

如果是螺栓连接,在后期使用过程中,螺栓氧化脱落或振动导致螺栓松了都会导致导体连接处产生大量的热,极端情况下会导致动力电池着火。因此绝大部分动力电池系统生产厂家在Pack设计时电芯与电芯连接或模块与模块连接处采用激光焊接,或在连接处增加温度传感器通过检测的手段避免汇流排的失效。

2、动力电池系统主回路连接器失效:

动力电池系统高压线通过连接器与外部高压系统相连。连接器性能不可靠,在振动下发生虚接,产生高温烧蚀连接器。一般来说连接器温度超过90度就会发生连接失效。因此在系统设计时连接器需要增加高压互锁功能,或在连接器附进加温度传感器,时刻监测连接器的温度以防止连接器的失效。

3、高压接触器粘黏:

接触器有一定次数的带载断开,大部分接触器在大电流带载闭合时烧蚀。在系统设计一般采用双继电器方案,按照先后顺序闭合控制以避免高压接触器粘黏。

4、熔断器过流保护失效:

高压系统部件中的熔断器的选型匹配,梯度先断哪个后断哪个需要综合考虑。振动或外部受到碰撞挤压导致动力电池发生形变,密封失效,IP等级降低,因此在系统设计时需要考率电池箱结构的碰撞防护。

根据以上动力电池系统的各种失效模式,科研人员和电池厂商需要通过不断改进工艺和技术提高锂电池电芯的安全性,BMS系统厂商要充分了解电池的性能,基于动力电池的安全设计原则,设计出安全可靠的电池系统,同时正确的使用是保障电池安全性的最终屏障。使用者要正确使用动力电池系统,杜绝机械滥用、热滥用和电滥用,切实提高电动汽车的安全性和可靠性。
 
 
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    随着电动汽车的快速发展,如何解决电动汽车所带来的安全问题,又成为汽车行业新的话题和难点。动力电池系统作为电动汽车的动力来源(或动力来源之一),其安全性和可靠性已成为公众最为关注的焦点。

研究动力电池系统的失效模式对提高电池寿命、电动车辆的安全性和可靠性、降低电动车使用成本有至关重要的意义。本文从动力电池系统外在表现失效模式探索和后果进行分析并提出相应处理措施。在动力电池系统设计时考虑各种失效模式以提高动力电池安全性。

动力电池系统通常由电芯、电池管理系统、Pack系统含功能元器件、线束、结构件等相关组建构成。动力电池系统失效模式,可以分为三种不同层级的失效模式,即电芯失效模式、电池管理系统失效模式、Pack系统集成失效模式。

一、电芯失效模式

电芯的失效模式又可分为安全性失效模式和非安全性失效模式。电芯安全性失效主要有以下几点:

1、电芯内部正负极短路:

电池内短路是由电芯内部引起的,引起电池内短路的原因有很多,可能是由于电芯生产过程中缺陷导致或是因为长期振动外力导致电芯变形所致。一旦发生严重内短路,无法阻止控制,外部保险不起作用,肯定会发生冒烟或燃烧。

如果遭遇到该情况,我们能做的就是第一时间通知车上人员逃生。对于电池内部短路问题,目前为止电池厂家没有办法在出厂时100%将有可能发生内短路的电芯筛选出来,只能在后期充分做好检测以将发生内短路的概率降低。

2、电池单体漏液:

这是非常危险,也是非常常见的失效模式。电动汽车着火的事故很多都是因为电池漏液造成的。电池漏液的有原因有:外力损伤;碰撞、安装不规范造成密封结构被破坏;制造原因:焊接缺陷、封合胶量不足造成密封性能不好等。

电池漏液后整个电池包的绝缘失效,单点绝缘失效问题不大,如果有两点或以上绝缘失效会发生外短路。从实际应用情况来看,软包和塑壳电芯相比金属壳单体更容易发生漏液情况导致绝缘失效。

3、电池负极析锂:

电池使用不当,过充电、低温充电、大电流充电都会导致电池负极析锂。国内大部分厂家生产的磷酸铁锂或三元电池在0摄氏度以下充电都会发生析锂,0摄氏度以上根据电芯特性只能小电流充电。发生负极析锂后,锂金属不可还原,导致电池容量不可逆衰减。析锂达到一定严重程度,形成锂枝晶,刺穿隔膜发生内短路。所以动力电池在使用时应该严禁低温下进行充电。

4、电芯胀气鼓胀:

产生胀气的原因很多,主要是因为电池内部发生副反应产生气体,最为典型的是与水发生副反应。胀气问题可以通过在电芯生产过程严格控制水分可以避免。一旦发生电池胀气就会发生漏液等情况。

以上几种失效模式是非常严重的问题,可能会造成人员伤亡。即使一个电芯使用1、2年没有问题,并不代表这个电芯以后没有问题,使用越久的电池失效的风险越大。

电芯的非安全性失效只是影响使用性能,主要有以下几点:

1、容量一致性差:

动力电池的不一致性通常是指一组电池内电池的剩余容量差异过大、电压差异过大,引起电池续航能力变差。引起电池间一致性变差的原因是多个方面的,包括电池的生产制造工艺,电池的存放时间长短,电池组充放电期间的的温度差异,充放电电流大小等。

目前解决方法主要是提高电池的生产制造工艺控制水平,从生产关尽可能保证电池的一致性,使用同一批次电池进行配组。这种方法有一定效果,但无法根治,电池组使用一段时间后一致性差的问题还会出现,电池组发生不一致性问题后,如果不能及时处理,问题会愈加严重,甚至会发生危险。

2、自放电过大:

电池制造时杂质造成的微短路所引起的不可逆反应是造成个别电池自放电偏大的最主要原因。在大多电池生产厂家对电池的自放电微小时都可忽略,由于电池在长时间的充放电及搁置过程中,随环境条件发生化学反应,引起电池大自放电现象,这使电池电量降低,性能低下,不能满足使用需求。

3、低温放电容量减少:

随着温度的降低,电解液低温性能不好,参与反应不够,电解液电导率降低而导致电池电阻增大,电压平台降低,容量也降低。目前各厂家电池-20度下的放电容量基本在额定容量的70%~75%。低温下电池放电容量减少,且放电性能差,影响电动汽车的使用性能和续驶里程。

4、电池容量衰减:

电池容置衰减主要来自于活性锂离子的损失以及电极活性材料的损失。正极活性材料层状结构规整度下降,负极活性材料上沉积钝化膜,石墨化程度降低,隔膜孔隙率下降,导致电池电荷传递阻抗增大。脱嵌锂能力下降,从而导致容量的损失。

电池容量衰减是电池不可避免的问题。但是目前电池厂家应该首要解决前面安全性失效问题和电池一致性问题,在这个基础上再考虑延长电池的循环寿命。

二、BMS失效模式

电池的单体失效不仅和电池本身有关,也和电池管理系统BMS失效有关。BMS失效模式也会造成严重的事故有以下几类:

1、BMS电压检测失效导致电池过充电或过放电:

连接、压线过程或接触不良导致电压检测线失效,BMS没有电压信息,充电时该停止时没有停止。电池过充会着火、爆炸,磷酸铁锂过充至5V以上大部分只是冒烟,但是三元电池一旦过充,会发生爆炸。

而且,过充电容易导致锂离子电池中的电解液分解释放出气体,从而导致电池鼓胀,严重的话甚至会冒烟起火;电池过放电会导致电池正极材料分子结构损坏,从而导致充不进去电;同时电池电压过低造成电解液分解,干涸发生析锂,回到电池内短路问题。在系统设计时应该选用可靠的电压采集线,在生产过程中严格管控,杜绝电压采集线的失效。

2、BMS电流检测失效

霍尔传感器失效,BMS采集不到电流,SOC无法计算,偏差大。电流检测失效可能导致充电电流过大。充电电流大,电芯内部发热大,温度超过一定温度,会使隔膜固化容量衰减,严重影响电池寿命。

3、BMS温度检测失效

温度检测失效导致电池工作使用温度过高,电池发生不可逆反应,对电池容量、内阻有很大影响。电芯日历寿命跟温度直接相关,45度时的循环次数是25度时的一半,另外温度过高电池易发生鼓胀、漏液,爆炸等问题,因此在电池使用过程中要严格控制电池的温度在20-45摄氏度之间,除能有效提高电池的使用寿命和可靠性之外还能有效避免电池低温充电析锂造成的短路以及高温热失控。

4、绝缘监测失效:

在动力电池系统发生变形或漏液的情况下都会发生绝缘失效,如果BMS没有被检测出来,有可能发生人员触电。因此BMS系统对监测的传感器要求应该是最高的,避免监测系统失效可以极大地提高动力电池的安全性。

5、电磁兼容问题通讯失效:

对BMS系统来说,电磁兼容主要考核它抗电磁干扰能力。电磁干扰会导致BMS通讯失效,引发以上几个问题。

6、SOC估算偏差大:

目前所有BMS厂家普遍存在的问题,只偏差大小的差别。基本上目前的检验标准要求都是5%以内,大部分厂家BMS应该都很难达到,因为实际使用中SOC误差会越来越大,因为使用环境更加的复杂,影响精度的条件更多。

三、Pack系统集成失效模式

1、汇流排的失效:

如果是螺栓连接,在后期使用过程中,螺栓氧化脱落或振动导致螺栓松了都会导致导体连接处产生大量的热,极端情况下会导致动力电池着火。因此绝大部分动力电池系统生产厂家在Pack设计时电芯与电芯连接或模块与模块连接处采用激光焊接,或在连接处增加温度传感器通过检测的手段避免汇流排的失效。

2、动力电池系统主回路连接器失效:

动力电池系统高压线通过连接器与外部高压系统相连。连接器性能不可靠,在振动下发生虚接,产生高温烧蚀连接器。一般来说连接器温度超过90度就会发生连接失效。因此在系统设计时连接器需要增加高压互锁功能,或在连接器附进加温度传感器,时刻监测连接器的温度以防止连接器的失效。

3、高压接触器粘黏:

接触器有一定次数的带载断开,大部分接触器在大电流带载闭合时烧蚀。在系统设计一般采用双继电器方案,按照先后顺序闭合控制以避免高压接触器粘黏。

4、熔断器过流保护失效:

高压系统部件中的熔断器的选型匹配,梯度先断哪个后断哪个需要综合考虑。振动或外部受到碰撞挤压导致动力电池发生形变,密封失效,IP等级降低,因此在系统设计时需要考率电池箱结构的碰撞防护。

根据以上动力电池系统的各种失效模式,科研人员和电池厂商需要通过不断改进工艺和技术提高锂电池电芯的安全性,BMS系统厂商要充分了解电池的性能,基于动力电池的安全设计原则,设计出安全可靠的电池系统,同时正确的使用是保障电池安全性的最终屏障。使用者要正确使用动力电池系统,杜绝机械滥用、热滥用和电滥用,切实提高电动汽车的安全性和可靠性。
 
 
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