“车用智能氮氧化物传感器”获2019年度汽车电子科学技术奖突出创新产品奖

汽车安装尾气催化转化器可减少一氧化碳和氮氧化物排放 #生活常识# #环保节能技巧# #汽车尾气处理#

中国汽车界与媒体界广泛关注的年度盛事，由深圳市汽车电子行业协会主办的汽车电子产业的“奥斯卡”奖 —2019年度汽车电子科学技术奖颁奖典礼于2020年9月12日下午在”2020中国（深圳）国际汽车电子产业年会”现场隆重揭晓。

“中国汽车电子科学技术奖”由深圳市汽车电子行业协会设立，是面向全国范围内汽车电子领域的科学技术奖。该奖对我国汽车电子领域科技成果的认定和市场推广、成果孵化、激励广大科技人员的科技创新积极性，对接产业资本、宣传企业技术实力起到了很好的作用。奖项评审工作由深圳市汽车电子产业专家委员会独立承担，奖励在汽车电子领域的科学研究、技术创新、科技成果推广应用、高新技术产业化以及重大工程建设等方面作出突出贡献的单位、个人及优秀的单个产品。汽车电子科学技术奖由企业自行申报，专家或行业媒体推荐，秘书处统筹资料收集筛选，由汽车电子产业专家委员会参照产品、企业、人物的创新性、创新类型、技术先进性，科技成果、知识产权、曾获科技奖励情况、企业技术经济指标等多方面综合考虑评审。本届汽车电子科学技奖从2019年9月到2020年2月6日，历经五个多月的征集，全程不收取任何企业的任何费用。项目征集完成之后，又历经三个多月的评审，参评企业来自21个城市，有199家企业的支持和参与，共有281个项目参加评选，最终由独立专家评审团的20多位专家，恪守公平、公正、公开、回避的原则，经过三轮评审得出最终的评选结果。

西安创研电子科技有限公司作为优秀企业应邀参会，并凭借“车用智能氮氧化物传感器”荣获2019年度汽车电子科学技术奖突出创新产品奖。

本项目开发的车用智能氮氧化物传感器（下文简称“NOX传感器”）属于汽车电子领域，是汽车尾气处理SCR系统中的核心基础零部件，主要用于国Ⅳ、国Ⅴ和国Ⅵ排放标准发动机尾气中氮氧化物（NOX）含量的检测，或汽油和柴油发动机的车载诊断（OBD）系统。

目前，市场上唯一商业化的NOX传感器由德国大陆公司提供（日本NGK提供传感器陶瓷芯片，德国大陆提供电控单元（SCU）及最终产品的组装、标定）。在我国大力支持环境保护、机动车污染治理及机动车国Ⅵ排放标准的产业环境和政策背景下，对汽车NOX排放的限值也越来越严格。随着国Ⅵ排放标准的实施，每辆车上NOX传感器的数量将从1个增加至2个，NOX传感器的市场需求量将成倍增长。据估算，我国每年至少需要800～1000万个NOX传感器，这将是一个五十亿元的市场，产品市场容量大、前景好。为了促进NOX传感器的国产化，2018年NOX传感器被工信部列为强基工程重点支持方向之一，足以看出国家对NOX传感器的支持力度之大。

NOX传感器的关键技术主要包括传感器陶瓷芯片设计、陶瓷基体及电子浆料等材料的选型、多层陶瓷制备工艺（HTCC）、探头封装结构及封装工艺、电控单元（SCU）硬件电路、控制策略及软件系统开发等。西安创研电子科技有限公司（属于西安创联集团下属子公司）利用西安创联集团公司在电子浆料、气体传感器、厚膜工艺技术、电子电路开发等方面的研发基础和生产经验，于2014年对NOX传感器项目进行立项。同时，2016年，该项目（汽车尾气SCR系统用片式多层陶瓷氮氧化物传感器研制，2016KTCQ01-04）也被列入陕西省科学技术厅的科技统筹创新工程计划项目，并于2018年完成项目验收。

项目团队经过一系列的攻坚克难，大胆创新，实现了传感器陶瓷芯片结构、材料及生产工艺的设计定型，陶瓷芯片性能与NGK产品接近，满足封装要求；设计了与现有专利不同的探头封装结构，并固化了封装工艺；完成了电控单元（SCU）的设计开发及配套应用，SCU可实现传感器与汽车ECU通信，满足传感器的闭环控制，与国际同类产品完全兼容；采用该陶瓷芯片和电控单元（SCU）封装的NOX传感器产品经客户试用，产品的性能、稳定性与可靠性均能满足后装市场要求，已进入小批量生产供货阶段。产品达到德国大陆的技术水平，质量达到国际先进、国内领先水平，实现了NOX传感器的国产化，打破了国外技术垄断。目前已成为国内两家掌握NOX传感器核心技术，具有批量生产NOX传感器能力的企业之一。现阶段正加快产品在主机厂的认证工作，争取能够尽快以高可靠、高稳定的产品配套主机厂。

目前，该项目已取得了一系列自主知识产权，共形成企业标准2项，申报专利11项，其中5项实用新型专利已授权，6项发明专利已受理并公示。同时，在后端市场已实现销售产值575万元。截止到2019年底，本项目已累计投资3000万元，建设完成一条HTCC/LTCC陶瓷芯片生产线、一条高集成化半自动探头封装线、搭建了产品测试系统平台，产能可达到2万套/年。同时，正在进行陶瓷芯片生产线的扩建增容及自动封装线的建设，预计产能届时可达到20万套/年，产值9600万元，销售利润2507.5万元，销售利润率为26.12%。

二、主要科技创新及产业化前景分析

2.1主要科技创新

2.1.1项目背景及总体思路

目前，我国已成为全球柴油机生产和使用大国。柴油机在给人们带来生产、生活方便的同时也带来了日益严重的环境问题。为了应对环境挑战，我国机动车污染物排放标准逐步提升。现阶段我国实施国Ⅴ排放标准。2021年起，将逐渐实施国Ⅵ排放标准。国Ⅵ相对于国Ⅴ变化最大的是将NOX 的排放限值严格了67%。2018年6月，国务院发布了《打赢蓝天保卫战三年行动计划》，计划中明确提出，2020年底前，淘汰国Ⅲ及以下排放标准营运中型和重型柴油货车100万辆以上。并从2019年7月1日起，重点地区将提前实施国Ⅵ排放标准，确保柴油货车污染排放总量明显下降，打好柴油货车污染治理攻坚战。可以看出，我国正在加大力度治理机动车尾气排放污染。

国Ⅴ、国Ⅵ排放标准的汽车尾气后处理系统以选择性催化还原技术（以下简称“SCR”）为主。本项目开发的NOX传感器就是SCR系统中的核心基础零部件，主要用于国Ⅳ、国Ⅴ和国Ⅵ排放标准发动机尾气中氮氧化物（NOX）含量的检测，或汽油和柴油发动机的车载诊断（OBD）系统。目前，市场上90%的NOX传感器由德国大陆公司提供,国内基本采用进口的方式。一方面，这大大增加了我国SCR系统的安装成本，一定程度上影响了汽车尾气后处理技术在国内的普及和发展。另一方面，陕西省是汽车工业大省，汽车工业是我省着眼转型升级作出的重要战略部署发展壮大产业，补齐汽车零部件配套短板，是我省打造汽车支柱产业的关键。2018年11月出台的《西安市汽车产业发展规划(2018—2025年)》中明确指出，与我市的汽车整车相比，汽车零部件较为薄弱，汽车整车本地配套率仅有30%。对此，要着力推进商用汽车产业链集群发展，到2021年商用汽车省内配套率提高到60%以上。

在国家大力支持环境保护、机动车污染治理及机动车国Ⅵ排放标准的产业环境下，在我市大力发展汽车产业的政策背景下，西安创研电子科技有限公司利用集团公司前期的研发和生产经验，对NOX传感器进行立项开发，计划以车用NOX传感器为核心产品，覆盖商用车市场，并逐步拓展汽车传感器产品的系列化发展，努力将公司打造成为国内领先的专业化、系统化、国际化的汽车传感器生产商。

本项目计划总投资7000万元，围绕NOX传感器的技术开发和产业化进行项目建设。项目建设完成后，达到年产NOX传感器20万套的生产能力。实现年产值9600万元，销售利润2507.5万元，销售利润率为26.12%。

2.1.2主要技术创新内容

本项目在成功开发出NOX传感器的过程中，在陶瓷芯片结构设计、制备工艺、封装结构、电控单元（SCU）及产品测试等方面进行了一系列的技术创新，取得了一系列创新成果，具体如下。

（1）陶瓷芯片多层多腔室结构设计（国家发明专利：2018106225276）

基于腔室结构对气体扩散速度的影响，设计了电极结构、扩散障结构、腔室结构、压力扩散孔结构、加热电极等，有效提高了测量精度及信号检测稳定性。

（2）陶瓷芯片腔室成型及高温共烧技术

陶瓷芯片制备采用多层高温陶瓷共烧工艺（HTCC）。膜片腔室成型采用机械冲孔一次成型（精度＜30μm）；内部功能腔室成型采用丝网印刷技术代替了传统的膜片填充技术，避免了膜片填充方式中常出现的填充不完全、不平整等问题；高温共烧采用排胶烧结一体化工艺，解决了生坯排胶后转炉过程中易损坏的问题，避免了烧结过程中出现的分层及开裂。

图2-2 腔室成型及填充

（3）探头进气通道及封装气密性结构设计（国家发明专利：2018106096237）

考虑到气体流动对芯片的影响，将进气通道设计成百叶窗结构，既可以避免陶瓷芯片因受到气流过大的冲击而受到伤害，又可以抑制芯片温度的变化，避免局部温度过高或过低；结合自动化压装工艺，设计的密封结构，既保证了气密性能，同时减少了零部件数量，有效提高了生产效率和合格率。

图2-3国外样件密封结构

图2-4自主设计密封结构

（4）电控单元（SCU）集成功能的实现及控制策略设计

采用汽车级CPU，设计了外围电路及功能模块，通过NOX微电流信号检测技术、弱信号抗干扰技术和模糊PID温度控制技术，实现了等效于国外定制集成化CPU的功能，达到对探头的精确控制；结合探头的功能及要求，设计了符合加热及三泵联合工作的控制策略，提高了对O2和NOX浓度的测量精度。

图2-5电控单元（SCU）

（5）基于氧泵气敏特性的测试系统开发及测试平台搭建（国家发明专利：2018106424710）

设计开发了包含配气单元、控制单元、检测单元的NOX传感器专用测试系统，并与设备厂家联合开发出自动化多通道测试设备，有效保证了产品测试的准确性，提高了测试效率。

2.3国内外同类技术对比

本项目开发的NOX传感器产品填补了国内空白，实现了国产化。产品的部分性能指标优于国内行业标准，和进口产品相当。产品的性能指标对比见表2-1。

表2-1产品的性能指标对比

序号性能参数进口产品指标
（SNS14/SNS104）行业指标
（JB/T 11880.7-2014）创联企标
（Q/CY 3.9-2016）创研产品实测
指标1测量范围0~3000ppm0~3000ppm0~3000ppm0~3000ppm2启动时间≤100s＜120s＜120s＜90s3响应时间出厂前τ33%~66%：1300ms
τ66%~33%：1300msτ33%~66%：1400ms
τ66%~33%：1400msτ33%~66%：1400ms
τ66%~33%：1400msτ33%~66%：300ms
τ66%~33%：300ms
（NOX浓度：0～300ppm）耐久试验后τ33%~66%：1650ms
τ66%~33%：1650msτ33%~66%：1800ms
τ66%~33%：1800msτ33%~66%：1800ms
τ66%~33%：1800msτ33%~66%：500ms
τ66%~33%：500ms
（NOX浓度：0～300ppm）4测量精度出厂前＜100ppm：±15ppm
≥100ppm：±15%＜100ppm：±12ppm
≥100ppm：±12%＜100ppm：±10ppm
≥100ppm：±10%＜100ppm：±10ppm
≥100ppm：±10%耐久试验后＜100ppm：—
≥100ppm：—＜100ppm：±15ppm
≥100ppm：±15%＜100ppm：±12ppm
≥100ppm：±12%＜100ppm：±12ppm
≥100ppm：±12%

目前国外进口产品与国内行业标准规定的测量精度均为±15%或±15ppm。本项目通过优化陶瓷芯片的结构设计、优选对NOX气体具有特殊催化活性的敏感材料、优化电控单元（SCU）的控制策略，根据目前技术达到的情况，将产品的测量精度提高至±12%或±12ppm，处于行业领先水平。针对不同客户的要求，目前已形成工作电压24V，平五针、方四针、扁四针三种规格的NOX传感器产品。同时开发出12V 52*56mm小板电控单元（SCU）的初样，为实现产品的系列化拓展，配套国外12V柴油版SUV和皮卡车型做准备。

2.2产业化前景分析及实施方案

2.2.1目标市场及竞争力

本项目开发的NOX传感器产品主要针对国内潍柴、一汽、陕汽、云内动力等主机厂，国内后装市场及强制柴油车辆改造等领域。

（1）主机厂：目前我国年均柴油车总产量约300万辆，依据国Ⅵ排放标准要求计算，每年至少需要500～600万个NOX传感器。西安创研电子科技有限公司目前已经与陕汽、一汽、潍柴、云内动力等国内主机厂进行了交流互访，并与一汽、陕汽签订了战略合作协议，在产品测试、台架试验及产品采购等方面达成了合作。

（2）旧车改造及售后市场：每年至少需要300～400万个NOX传感器。西安创研电子科技有限公司目前已经与无锡凯龙、无锡威孚力达、西安秦泰等柴油机SCR后处理系统生产厂家就NOX传感器未来的发展趋势、应用领域及合作模式进行了深入的沟通，并在售后市场实现10400套产品销售，产值575万元。

图2-6 2018年国内主机厂柴油车销量

图2-7 NOX传感器市场容量预测

2.2.2具备的行业生产许可和资质认定

本项目的产品领域为汽车电子，目前正在进行国际汽车行业的技术规范IATF16949质量管理体系认定的准备工作。

2.2.3项目选址和生产场地

本项目建设地点为西安市雁塔区电子西街三号西京电子工业园内，主要包括三部分：

（1）陶瓷芯片生产车间：生产力大厦A座3层西段现有净化厂房，面积831m2；

（2）陶瓷芯片检测及SCU开发车间：西京电气西辅楼A座6层，面积630m2；

（3）探头封装、成品装配车间：301-201东配楼1楼。面积650m2。

2.2.4生产线建设

在现有生产能力的基础上，将对NOX传感器HTCC/LTCC陶瓷芯片生产线进行扩建增容；建设智能化封装、组装线及测试、标定系统；新增核心设备仪器40台；建设完成后将实现年产NOX传感器20万套的能力；

2.2.5市场营销策划

（1）销售对象

NOX传感器产品主要针对国内潍柴、一汽、陕汽、云内动力等主机厂，国内后装市场及强制柴油车辆改造等领域。

（2）营销方式

在组建销售团队进行产品销售的同时，发展产品代理商，并围绕主要的销售对象，根据不同应用的领域，制定不同的销售策略。

（a）参加各类行业性的展会：参加国内外电子信息行业展览会和技术研讨会，扩大产品及企业知名度；

（b）网络宣传：积极推进电子商务，同环球资源网、电子元器件商务网等紧密合作，展开在线销售和在线技术服务；

（c）专业杂志广告宣传：在国内外专业媒体如电子元件与材料、电子元器件、电子元器件应用等，进行对公司和产品的广告宣传；

（d）战略合作：公司每年召开一次顾客技术研讨会，强化与顾客的沟通与交流，促进战略合作伙伴关系；

2.2.6经费预算及筹措

本项目计划总投资7000万元人民币，资金来源全部采用企业自筹。资金使用方案见表2-2。

表2-2 资金使用方案

编号支出项目金额（万元）支出项目金额（万元）1设备购置及安装4800厂房改造5902材料费600外协加工费2003燃料动力110管理费6004其他100合计7000

2.2.7产品成本和盈利能力

（1）产品成本

项目建设完成时，将达到年生产NOX传感器20万套的能力，其成本和费用测算如表2-3所示。

表2-3 达产年成本和费用测算表

单位：万元

项目名称金额/万元项目名称金额/万元外购原材料费陶瓷芯片2500燃料动力费70电控单元（SCU）1300人员工资及社保500探头封装1450厂房摊销及租赁75修理费70折旧费220销售费用100研发支出300其它费用140小计6650固定成本620变动成本6030

（2）盈利性分析

达产年生产产量为20万套时的产品成本、销售利润分析见表3-4。

表2-4 达产年盈利情况

项目名称指标项目名称指标产值/万元9600成本/万元6650利税总额/万元2950销售利润/万元2507.5销售利润率/%26.12销售利税率/%30.73

上述数据表明：该产品在达产年时，可实现产值9600万元，销售利润2507.5万元，销售利润率为26.12%。后期随着产品生产规模的扩大，在不断提高产品技术水平及组织生产能力的同时，将对关键材料进行自主开发，力争从人力、原材料、经营管理等方面逐渐降低成本，增加产品收益，取得更大经济效益。

三、第三方评价

开发的NOX传感器产品经客户使用及第三方检测机构检验，产品均能满足要求。

（1）用户试用：产品经北京国研、卓品智能科技等公司试用后，反映较好，满足用户使用要求。

（2）第三方检验：产品经陕西省电子信息产品监督检验院做性能鉴定检验，鉴定结论合格；

产品送检国家汽车质量监督检验中心，装载在一汽CA6DM2-46E51车用柴油发动机上，进行排气污染物试验，依据行业标准JB/T11880.7-2014《柴油机 选择性催化还原（SCR）系统第7部分：氮氧化物传感器》的要求，检验结果认定合格。

产品已应用到哪些客户、领域或车型：

产品可用于潍柴、玉柴、康明斯、沃尔沃等国内各品牌车辆的氮氧化物检测

知识产权：

发明专利已公布6项，（请见知识产权列表及扫描附件）

实用新型已授权5项，（请见知识产权列表及扫描附件）

企业标准2项

所获奖励与荣誉：

2019年4月获得陕西电子信息集团科学技术进步奖一等奖

2019年7月获得2019年“沣东杯”陕西省科技工作者创新创业大赛银奖；

2019年11月获得中国创新方法大赛优胜奖；

2019年4月获得西京电气总公司2018年度科技创新一等奖

责任编辑：lq

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