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DC/DC转换器国产化率高 优质磁企已直供整车厂

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-10-10 12:50:47    浏览次数:57
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DC/DC转换器国产化率高 优质磁企已直供整车厂

  【哔哥哔特导读】DC-DC转换器主要由主控板和IGBT、电感器、电子变压器等功率器件组成,在产业链条盘带下,磁性元器件厂商通过高国产化率的DC/DC转换器找到进入新能源汽车市场的突破口……

  2021年,新能源汽车市场走势与传统燃油车形成强烈对比,虽然在体量上仍难以撼动,但谁符合全球绿色生态追求,谁赢得未来已渐趋明朗……在产业链条盘带下,DC/DC转换器在新能源汽车动力总成中找到了新的历史使命!

  新能源汽车销量大增,消费认可度提升

  9月8日,乘联会发布最新数据显示,我国8月新能源乘用车零售销量达到24.9万辆,同比增长167.5%,环比增12.0%。

  1-8月全国新能源汽车零售147.9万辆,同比增长202.1%。与传统燃油车走势形成强烈差异化的特征,实现对燃油车市场的替代效应,并拉动车市向新能源化转型的步伐。8月新能源汽车国内零售渗透率17.1%,1-8月渗透率11.6%。同时,8月新能源汽车出口也呈现出了爆发式增长。

  据EVTank预测,至2025年,全球新能源汽车销量有望达到1200万辆。

  根据中国汽车工程学会编制的《节能与新能源技术路线图2.0》,到2025年我国新能源汽车在新车销量中渗透率将达到20%,届时我国新能源汽车销量有望达600万辆。到2035年,新能源汽车更将成为主流,占总销量50%。

  普晶电子运营副总李峰兵告诉记者,得益于今年新能源汽车产销增长态势,普晶电子在这方面的磁性元器件产品业务基本与之呈正向关系。

  深圳市永联科技股份有限公司大项目经理陈小平认为,燃油车不符合国家“碳达峰,碳中和”政策,需求会逐渐降下来。对环境而言,新能源汽车用电可以采用光伏、风电等可再能源,再应用到纯电动汽车,没有什么尾气排放,相对来说更环保,环境也得到了改善。

  比亚迪汽车工业有限公司工程部副经理潘华说,目前消费者对新能源汽车续航里程的要求也是希望它更贴近于燃油车,甚至超过燃油车,特别是冬天用车方面,希望续航里程更长。

  一些城市对于燃油车还实行了限制,而对新能源汽车则相对友好,以深圳为例,新能源汽车上牌不需要买牌。陈小平说:“我觉得实际上新能源汽车前几年大家都普遍面临一个里程焦虑、充电焦虑,现在里程焦虑基本都没有了。”

  他切身体验,新能源汽车加速比燃油车快很多,体验感很好。他还列举了其同事的真实体验,“我同事买了一个比亚迪,充电很快,可以开600公里,基本上一周充一次电,在深圳上下班用于代步,早晚来回80公里,差不多就是一周一充,实际上非常方便。” 陈小平表示,如果车主平时主要都是在城市与小区之间两点一线,且两边都有配置充电桩,就更方便了。

  一荣俱荣 DC/DC转换器市值攀升

  DC/DC转换器是新能源汽车电驱动集成系统的重要模组,据统计,目前新能源车电驱动集成系统单车价值量普遍超过1万元,在电动化催生下,电驱动系统成为一个高附加值的新能源汽车附带产业。如若2025年我国新能源汽车销量顺利达到600万辆,仅新能源汽车电驱动集成系统市场价值将超过600亿元。

  DC/DC转换器由控制芯片、电子变压器、电感线圈、电容器和功率半导体等构成,其中铁氧体磁芯、Si和SiC等为上游元件的重要原材料。

  新能源汽车DC/DC转换器的技术指标包括功率等级、效率、容积重量功率密度、散热方式和成本等,其中效率是非常重要的指标,它可决定DC/DC转换器的散热方式。

  DC/DC转换器一端连接动力电池,另一端连接低压蓄电池。可以将动力电池高压转换成低压对低压蓄电池进行充电,同时还给整车低压电气设备供电,其作用类似于燃油汽车发电机。

  新能源汽车涵盖了纯电动汽车、混合动力汽车等不同动力模式,DC/DC转换器应用也有所不同。

  在纯电动汽车中,DC/DC转换器应用主要包括对低压蓄电池充电,低压电气设备供电,减速或制动时的能量回收及提供驱动电机所需要电压等。

  在当混合动力汽车中,当汽车启动/极低车速时,DC/DC转换器将动力电池电压转换成电动机所需要的电压驱动电动机;当正常行驶时,DC/DC转换器可将发动机发出的电能通过电压转换输入给动力电池,完成充电过程。

  当混合动力汽车爬坡/加速时,DC/DC转换器将动力电池电压转换成电动机所需要的电压驱动电动机;当制动/减速时,DC/DC转换器完成能量回收过程;而当汽车停车且动力电池电量不合理时,它完成动力电池充电过程。

  目前,新能源汽车DC/DC转换器的功率很容易做到2kW,市面上已经有很多成熟的3kW产品了,一些厂商已达到6KW,更高功率的也陆续研制推出。从动力电池取电相对燃油车更容易,而且转换效率可达到85%以上,可以加载更多的车载智能化低压电器,增强用车体验。

  其次,燃油车车上低压电器所需能量,一旦电池没电,只能罢工。而新能源汽车则不然,只要动力电池有电,随时可以通过DC/DC转换器给12V蓄电池补电。因而,新能源汽车的智能化发展优势是超过燃油汽车的。

  DC/DC转换器国产化率高

  在新能源汽车电驱动模块设计中,DC/DC转换器国产化率较高的模块。一受访的业内人士更是直言,新能源汽车DC/DC转换器应该是唯一一款基本实现国产化的新能源汽车关键部件。目前国内拥有铁城科技、英威腾、欣锐科技、合肥华耀、麦格米特、杭州富特、联合汽车电子、英飞凌等多家生产厂家。

  其中,铁城科技是车载电源解决专家,专注于新能源汽车领域的电动汽车DC/DC转换器及车载充电机等产品的研发生产工作。铁城科技生产的DC/DC转换器最优产品功率输出2kW,输入电压范围144~540V,效率在95%以上。

  英威腾在新能源汽车领域,其主要产品包括电机控制器、DC/DC转换器等。该公司生产的DC/DC转换器,自然冷却方式的产品输出功率最高实现2kW;英威腾DC/DC转换器风冷型输出功率最高实现3kW,水冷型最高实现2.5kW。

  欣锐科技是北汽新能源、江淮汽车、长安汽车等厂商的重要供应商,为新能源汽车行业提供车载电源全方位整体解决方案,其主要技术集中在DC/DC转换器和车载充电机,DC/DC转换器核心优势包括转换效率96%以上。欣锐科技DC/DC转换器产品输入电压范围30~800V,输出12V/24V/48V,功率范围为0.8~6kW,转换效率可达96%以上。

  麦格米特也涉猎了DC/DC转换器产品,其DC/DC转换器模块输入电压范围200~700V,转换效率高于95%,额定功率3.025kW。

  这些厂商是目前国内,乃至全球市场上,DC/DC转换器研发生产的佼佼者,其产品不仅应用在知名国产新能源汽车品牌上,在许多国际老牌车企推出的新能源汽车电驱动模块上,也能见到它们的身影,如,英飞凌给宝马、奥迪做配套。

  DC-DC 转换器

  目前,一些国外新能源汽车产业链厂商也正在从各个模块不断做创新,寻求合作商用的模式也在慢慢铺开。

  8月25日,环境、工程和战略咨询公司里卡多(Ricardo)宣布与韩国领先汽车电子元件制造商LS Automotive Technologies合作,开发一种为电动汽车的低压网络供电的先进的、高压DC/DC转换。

  里卡多负责开发创新型DC-DC转换器,该转换器可从为电动汽车推进器提供动力的直流高压电池中获取能量,并将能量转换从而用于车灯、风扇、泵、雨刮器和电子控制单元。此外,该能量转换器的功率表转换效率必须很高,从而确保很好地冷却设备,且体积小。为了实现高效率、高能量密度和性能目标,里卡多将使用碳化硅和氮化镓电力电子设备。凭借这一系列研发项目,里卡多获得了先进的技术和经验,因此能够为转换器打造出新颖设计。与现有的最新技术相比,该转换器可大大改善效率和性能。

  DC/DC转换器集成超高“出镜率”

  对于安全性要求较高的新能源汽车来说,隔离型DC/DC转换器的设计非常重要,设计难点包括热设计、保护功能设计、EMC设计、效率及可制造性设计等方面。

  在技术方向上,新能源汽车DC/DC转换器将向着大功率、双向、多合一集成、SiC材料、小尺寸的方向快速发展。

  SiC作为第三代半导体材料,相比Si和GaAs具备高禁带宽度、高热导率、高击穿场强等优势;SiC在新能源汽车DC/DC转换器上的应用将提升该器件的整体性能,包括降低损耗、缩小体积和提升开关频率等。

  第三代半导体材料给新能源汽车DC/DC转换器,乃至其他电驱动模块在减小体积方面带来更多可能。新能源汽车的续航问题被逐渐解决后,开始向整车智能化加速迈进。相比于独立部件的各自优化,系统层面集成的效率会更高。

  而集成方案,同样给体积带来改变。

  手握原创“三电”技术的比亚迪,在新能源汽车应用技术领先优势已较为明显。“新能源汽车此前一贯是以3+3的模式设计,我们现在已经在往多合一的方向推动。” 比亚迪汽车工业有限公司工程部副经理潘华说。

  目前主流集成方案包括二合一:DC/DC+OBC;三合一:DC/DC+OBC+高压控制盒;未来,与电机控制系统,以及其他电驱动模块集成的方案也将陆续出现,如与电机、电机控制器等融合的“五合一”、“七合一”等。

  集成化的推动因素主要包括降低成本、提高效率、优化车企流程、智能化演进等。

  随着电驱动模块集成化趋势加快,铁城科技相应的也推出了二合一、三合一产品。其DC/DC+OBC二合一产品可实现功率输出1.5kW+6.6kW;DC/DC+OBC+PDU三合一集成最优产品输出功率1.5kW(DC/DC)+6.6kW(OBC),输入电压范围144~540V,满载效率DC/DC为95%以上。

  英威腾也已推出DC/DC转换器、 高压电盒和OBC等多合一集成方案,DC/DC转换器最高输出功率可实现1.5kW,OBC最高可实现6.6kW;麦格米特、欣锐科技也都推出集成方案。

  深圳麦格米特电气股份有限公司磁性器件资深工程师段文辉说,DC/DC转换器随着集成化趋势越来越明显,磁性器件小型化、高功率化、可靠性要求非常高。

  浙江大学电气工程学院应用电子学系教授王正仕博士,对电动汽车中高性能电能变换(车载充电机OBC、车载DC/DC的高效率、深度集成车载电能变换等)、新能源发电中高效率电能变换,电力电子电能转换器中电感、变压器高频磁性元件设计等研究方向有较深的理论与实践经验。

  电动汽车OBC&DC/DC如若二合一集成,在磁性元件集成方面,他做了示范图,如下图所示,他认为,谐振电感Lr、升压电感Lb,集成在主变压器Tm内。

  优质磁企已供整车DC/DC转换器

  DC-DC转换器也是集成电路,主要由主控板和功率器件(IGBT、电感器、电子变压器等)组成。

  北汽EC180新能源车DC/DC转换器拆解图

  杭州铁城信息科技有限公司研发张总监说,目前所需要的磁芯都是按产品的需求去设计,每家的设计都存在差异性。他希望磁性器件企业在磁集成、功率密度等方面加快改进,协助他们产品设计。

  段文辉主要负责麦格米特磁性元器件研发、设计、认证工作,包括一些前端技术的调研。他告诉记者,此前车载电源所用磁性元器件供应商主要集中在一些国外厂商,即便是目前,许多国内磁性元器件厂商在产品设计,资质等方面,仍未完全达到IATF16949汽车行业体系认证要求。

  段文辉说,新能源汽车板块的业务是麦格米特未来发展的重要业务,尤其是DC/DC转换器、电驱动、MCU这几个板块未来会是麦格米特的主力业务。“我们目前这些业务已经进入过一些国内知名汽车厂商应用终端,未来将继续深挖更多国内客源,并进一步开发国外主流厂家需求。”

  虽然新能源汽车DC/DC转换器国产化率高,但高品质的国产电子变压器国内供应商较少,尤其是车用的2KW、3KW大功率电子变压器,国内供应商可选择性有限,原材料供应也不够稳定。

  目前国内DC/DC转换器功率普遍介于1-3KW,个别企业甚至已实现6KW,雅玛西技术中心总监成伟个人认为,大功率肯定是未来DC/DC转换器发展方向,但功率再大也有个限度。他认为DC/DC转换器功率在3KW左右已经差不多到限度了。

  与其他传统产业相比,新能源汽车产业自然算得上新兴行业,各种技术研发,自然也是从无到有的过程,近十年间也涌现了一批在新能源汽车领域具有代表性的磁性元器件供应商,主要聚集在广东,尤其是深莞地区。如顺络电子、可立克、京泉华、海光电子、瑞格精密、雅玛西、大忠电子等企业,这些企业有些已直接深入到车企设计环节。

  成伟告诉记者,雅玛西已经通过了16949、VDA等汽车行业质量认证体系。产品已用到部分DC/DC核心厂商,多数DC/DC厂商已有接触,更深层次的合作有待后续跟进。“目前国内有些企业,在产品稳定性、可靠性方面,只是实现基本功能,真正要成为车企的优质供应商,需要深入识别、解决客户真正需求。”

  京泉华杨工告诉记者,他们已在汽车电子领域深耕多年,通过了IATF16949和VDA汽车行业质量体系认证。目前车载磁性元器件类产品是京泉华重要的产品发展方向,主要应用在新能源汽车电气电控总成零部件,包括OBC车载充电机、DC-DC/DC-AC转换器、BMS和充电器件等。

  据悉,大忠电子一年生产包括用于包括车载项目变压器的电子变压器达1.3亿只。大忠电子副总经理陈贵林说,在DC/DC转换器模块,磁性元器件在整个空间占比介于10%-20%之间。许多磁性元器件厂商与新能源汽车产业的联系,都是通过诸如DC/DC、OBC等电源模组厂商合作,延伸至整车厂商。而大忠电子在一些客户业务上,绕开电源厂已直接供应到汽车厂商,目前他们已与比亚迪长期合作多年。

  普晶电子是华东一带的磁性元器件代表企业,李峰兵认为,国内企业在布局新能源汽车方面,虽然产品的质量还没有那么的完善,但布局比较早,国家给予的政策扶持推动着整个产业的发展。从整车品牌厂到零部件供应商,华东一带在新能源汽车方面的产业链也越来越齐全。

  据其透露,目前普晶电子在设计端就与一些大厂携手开发了,他们主要提供的是新能源汽车用的整套磁性元器件解决方案,包括用于DC/DC倍流电感。目前普晶电子在汽车品类的磁性元器件,占到他们所有产品业务量超40%。

  陈贵林说,目前新能源汽车上的主变压器主要用到仍为铁氧体材料,比如PC95材、PC96材。设计难点主要是损耗、温升、EMC设计等,总的难点即为可靠性要求。汽车电子对可靠性要求是比较高,需要保证产品在很长周期内不会出现问题。

  软磁材料几经变革,云路新能源也一直在寻找一些能满足更高频率下,损耗更低的材料。现在他们也跟很多公司在合作研发一些更高频率、损耗更低、性能更优异的铁氧体材料。

  目前铁氧体材料的发展已经从此前主流的PC40材质,历经PC44、PC47,发展到PC95材质,但目前这一材质已不能完全满足车载变压器的使用了。目前,更多的软磁厂商推出PC96、PC97等材料,正在被广泛应用,但国内厂商材料供应的稳定性还需提升。

  总结

  在新能源汽车产业日新月异的局面下,DC/DC转换器的市场价值看得见的深厚,加之DC/DC转换器国产化率之高,给国内配套厂商机会可以预见!优质国产DC/DC转换器磁性元器件供应商从量上来说,并不多见,也没有任何一家可谈已做到绝对的实力。新能源汽车产业是国家重要发展产业,也是目前磁性元器件清晰可见的高附加值的产品应用市场。国产磁性元器件厂商应重点把握契机,需奋起直追,尽早在资质、技术与市场上站稳脚跟。

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(文/小编)
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