DC/DC轉(zhuǎn)換器國產(chǎn)化率高 優(yōu)質(zhì)磁企已直供整車廠
2021年，新能源汽車市場走勢與傳統(tǒng)燃油車形成強(qiáng)烈對比，雖然在體量上仍難以撼動，但誰符合全球綠色生態(tài)追求，誰贏得未來已漸趨明朗……在產(chǎn)業(yè)鏈條盤帶下，DC/DC轉(zhuǎn)換器在新能源汽車動力總成中找到了新的歷史使命!
新能源汽車銷量大增，消費認(rèn)可度提升
9月8日，乘聯(lián)會發(fā)布最新數(shù)據(jù)顯示，我國8月新能源乘用車零售銷量達(dá)到24.9萬輛，同比增長167.5%，環(huán)比增12.0%。
1-8月全國新能源汽車零售147.9萬輛，同比增長202.1%。與傳統(tǒng)燃油車走勢形成強(qiáng)烈差異化的特征，實現(xiàn)對燃油車市場的替代效應(yīng)，并拉動車市向新能源化轉(zhuǎn)型的步伐。8月新能源汽車國內(nèi)零售滲透率17.1%，1-8月滲透率11.6%。同時，8月新能源汽車出口也呈現(xiàn)出了爆發(fā)式增長。
據(jù)EVTank預(yù)測，至2025年，全球新能源汽車銷量有望達(dá)到1200萬輛。
根據(jù)中國汽車工程學(xué)會編制的《節(jié)能與新能源技術(shù)路線圖2.0》，到2025年我國新能源汽車在新車銷量中滲透率將達(dá)到20%，屆時我國新能源汽車銷量有望達(dá)600萬輛。到2035年，新能源汽車更將成為主流，占總銷量50%。
普晶電子運營副總李峰兵告訴記者，得益于今年新能源汽車產(chǎn)銷增長態(tài)勢，普晶電子在這方面的磁性元器件產(chǎn)品業(yè)務(wù)基本與之呈正向關(guān)系。
深圳市永聯(lián)科技股份有限公司大項目經(jīng)理陳小平認(rèn)為，燃油車不符合國家“碳達(dá)峰，碳中和”政策，需求會逐漸降下來。對環(huán)境而言，新能源汽車用電可以采用光伏、風(fēng)電等可再能源，再應(yīng)用到純電動汽車，沒有什么尾氣排放，相對來說更環(huán)保，環(huán)境也得到了改善。
比亞迪汽車工業(yè)有限公司工程部副經(jīng)理潘華說，目前消費者對新能源汽車?yán)m(xù)航里程的要求也是希望它更貼近于燃油車，甚至超過燃油車，特別是冬天用車方面，希望續(xù)航里程更長。
一些城市對于燃油車還實行了限制，而對新能源汽車則相對友好，以深圳為例，新能源汽車上牌不需要買牌。陳小平說：“我覺得實際上新能源汽車前幾年大家都普遍面臨一個里程焦慮、充電焦慮，現(xiàn)在里程焦慮基本都沒有了。”
他切身體驗，新能源汽車加速比燃油車快很多，體驗感很好。他還列舉了其同事的真實體驗，“我同事買了一個比亞迪，充電很快，可以開600公里，基本上一周充一次電，在深圳上下班用于代步，早晚來回80公里，差不多就是一周一充，實際上非常方便。” 陳小平表示，如果車主平時主要都是在城市與小區(qū)之間兩點一線，且兩邊都有配置充電樁，就更方便了。
一榮俱榮 DC/DC轉(zhuǎn)換器市值攀升
DC/DC轉(zhuǎn)換器是新能源汽車電驅(qū)動集成系統(tǒng)的重要模組，據(jù)統(tǒng)計，目前新能源車電驅(qū)動集成系統(tǒng)單車價值量普遍超過1萬元，在電動化催生下，電驅(qū)動系統(tǒng)成為一個高附加值的新能源汽車附帶產(chǎn)業(yè)。如若2025年我國新能源汽車銷量順利達(dá)到600萬輛，僅新能源汽車電驅(qū)動集成系統(tǒng)市場價值將超過600億元。
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DC/DC轉(zhuǎn)換器由控制芯片、電子變壓器、電感線圈、電容器和功率半導(dǎo)體等構(gòu)成，其中鐵氧體磁芯、Si和SiC等為上游元件的重要原材料。
新能源汽車DC/DC轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)包括功率等級、效率、容積重量功率密度、散熱方式和成本等，其中效率是非常重要的指標(biāo)，它可決定DC/DC轉(zhuǎn)換器的散熱方式。
DC/DC轉(zhuǎn)換器一端連接動力電池，另一端連接低壓蓄電池。可以將動力電池高壓轉(zhuǎn)換成低壓對低壓蓄電池進(jìn)行充電，同時還給整車低壓電氣設(shè)備供電，其作用類似于燃油汽車發(fā)電機(jī)。
新能源汽車涵蓋了純電動汽車、混合動力汽車等不同動力模式，DC/DC轉(zhuǎn)換器應(yīng)用也有所不同。
在純電動汽車中，DC/DC轉(zhuǎn)換器應(yīng)用主要包括對低壓蓄電池充電，低壓電氣設(shè)備供電，減速或制動時的能量回收及提供驅(qū)動電機(jī)所需要電壓等。
在當(dāng)混合動力汽車中，當(dāng)汽車啟動/極低車速時，DC/DC轉(zhuǎn)換器將動力電池電壓轉(zhuǎn)換成電動機(jī)所需要的電壓驅(qū)動電動機(jī);當(dāng)正常行駛時，DC/DC轉(zhuǎn)換器可將發(fā)動機(jī)發(fā)出的電能通過電壓轉(zhuǎn)換輸入給動力電池，完成充電過程。
當(dāng)混合動力汽車爬坡/加速時，DC/DC轉(zhuǎn)換器將動力電池電壓轉(zhuǎn)換成電動機(jī)所需要的電壓驅(qū)動電動機(jī);當(dāng)制動/減速時，DC/DC轉(zhuǎn)換器完成能量回收過程;而當(dāng)汽車停車且動力電池電量不合理時，它完成動力電池充電過程。
目前，新能源汽車DC/DC轉(zhuǎn)換器的功率很容易做到2kW，市面上已經(jīng)有很多成熟的3kW產(chǎn)品了，一些廠商已達(dá)到6KW，更高功率的也陸續(xù)研制推出。從動力電池取電相對燃油車更容易，而且轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到85%以上，可以加載更多的車載智能化低壓電器，增強(qiáng)用車體驗。
其次，燃油車車上低壓電器所需能量，一旦電池沒電，只能罷工。而新能源汽車則不然，只要動力電池有電，隨時可以通過DC/DC轉(zhuǎn)換器給12V蓄電池補電。因而，新能源汽車的智能化發(fā)展優(yōu)勢是超過燃油汽車的
DC/DC轉(zhuǎn)換器國產(chǎn)化率高
在新能源汽車電驅(qū)動模塊設(shè)計中，DC/DC轉(zhuǎn)換器國產(chǎn)化率較高的模塊。一受訪的業(yè)內(nèi)人士更是直言，新能源汽車DC/DC轉(zhuǎn)換器應(yīng)該是唯一一款基本實現(xiàn)國產(chǎn)化的新能源汽車關(guān)鍵部件。目前國內(nèi)擁有鐵城科技、英威騰、欣銳科技、合肥華耀、麥格米特、杭州富特、聯(lián)合汽車電子、英飛凌等多家生產(chǎn)廠家。
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其中，鐵城科技是車載電源解決專家，專注于新能源汽車領(lǐng)域的電動汽車DC/DC轉(zhuǎn)換器及車載充電機(jī)等產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)工作。鐵城科技生產(chǎn)的DC/DC轉(zhuǎn)換器最優(yōu)產(chǎn)品功率輸出2kW，輸入電壓范圍144~540V，效率在95%以上。
英威騰在新能源汽車領(lǐng)域，其主要產(chǎn)品包括電機(jī)控制器、DC/DC轉(zhuǎn)換器等。該公司生產(chǎn)的DC/DC轉(zhuǎn)換器，自然冷卻方式的產(chǎn)品輸出功率最高實現(xiàn)2kW;英威騰DC/DC轉(zhuǎn)換器風(fēng)冷型輸出功率最高實現(xiàn)3kW，水冷型最高實現(xiàn)2.5kW。
欣銳科技是北汽新能源、江淮汽車、長安汽車等廠商的重要供應(yīng)商，為新能源汽車行業(yè)提供車載電源全方位整體解決方案，其主要技術(shù)集中在DC/DC轉(zhuǎn)換器和車載充電機(jī)，DC/DC轉(zhuǎn)換器核心優(yōu)勢包括轉(zhuǎn)換效率96%以上。欣銳科技DC/DC轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品輸入電壓范圍30~800V，輸出12V/24V/48V，功率范圍為0.8~6kW，轉(zhuǎn)換效率可達(dá)96%以上。
麥格米特也涉獵了DC/DC轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品，其DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊輸入電壓范圍200~700V，轉(zhuǎn)換效率高于95%，額定功率3.025kW。
這些廠商是目前國內(nèi)，乃至全球市場上，DC/DC轉(zhuǎn)換器研發(fā)生產(chǎn)的佼佼者，其產(chǎn)品不僅應(yīng)用在知名國產(chǎn)新能源汽車品牌上，在許多國際老牌車企推出的新能源汽車電驅(qū)動模塊上，也能見到它們的身影，如，英飛凌給寶馬、奧迪做配套。
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DC-DC 轉(zhuǎn)換器
目前，一些國外新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈廠商也正在從各個模塊不斷做創(chuàng)新，尋求合作商用的模式也在慢慢鋪開。
8月25日，環(huán)境、工程和戰(zhàn)略咨詢公司里卡多(Ricardo)宣布與韓國領(lǐng)先汽車電子元件制造商LS Automotive Technologies合作，開發(fā)一種為電動汽車的低壓網(wǎng)絡(luò)供電的先進(jìn)的、高壓DC/DC轉(zhuǎn)換。
里卡多負(fù)責(zé)開發(fā)創(chuàng)新型DC-DC轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器可從為電動汽車推進(jìn)器提供動力的直流高壓電池中獲取能量，并將能量轉(zhuǎn)換從而用于車燈、風(fēng)扇、泵、雨刮器和電子控制單元。此外，該能量轉(zhuǎn)換器的功率表轉(zhuǎn)換效率必須很高，從而確保很好地冷卻設(shè)備，且體積小。為了實現(xiàn)高效率、高能量密度和性能目標(biāo)，里卡多將使用碳化硅和氮化鎵電力電子設(shè)備。憑借這一系列研發(fā)項目，里卡多獲得了先進(jìn)的技術(shù)和經(jīng)驗，因此能夠為轉(zhuǎn)換器打造出新穎設(shè)計。與現(xiàn)有的最新技術(shù)相比，該轉(zhuǎn)換器可大大改善效率和性能。
DC/DC轉(zhuǎn)換器集成超高“出鏡率”
對于安全性要求較高的新能源汽車來說，隔離型DC/DC轉(zhuǎn)換器的設(shè)計非常重要，設(shè)計難點包括熱設(shè)計、保護(hù)功能設(shè)計、EMC設(shè)計、效率及可制造性設(shè)計等方面。
在技術(shù)方向上，新能源汽車DC/DC轉(zhuǎn)換器將向著大功率、雙向、多合一集成、SiC材料、小尺寸的方向快速發(fā)展。
SiC作為第三代半導(dǎo)體材料，相比Si和GaAs具備高禁帶寬度、高熱導(dǎo)率、高擊穿場強(qiáng)等優(yōu)勢;SiC在新能源汽車DC/DC轉(zhuǎn)換器上的應(yīng)用將提升該器件的整體性能，包括降低損耗、縮小體積和提升開關(guān)頻率等。
第三代半導(dǎo)體材料給新能源汽車DC/DC轉(zhuǎn)換器，乃至其他電驅(qū)動模塊在減小體積方面帶來更多可能。新能源汽車的續(xù)航問題被逐漸解決后，開始向整車智能化加速邁進(jìn)。相比于獨立部件的各自優(yōu)化，系統(tǒng)層面集成的效率會更高。
而集成方案，同樣給體積帶來改變。
手握原創(chuàng)“三電”技術(shù)的比亞迪，在新能源汽車應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢已較為明顯。“新能源汽車此前一貫是以3+3的模式設(shè)計，我們現(xiàn)在已經(jīng)在往多合一的方向推動。” 比亞迪汽車工業(yè)有限公司工程部副經(jīng)理潘華說。
目前主流集成方案包括二合一：DC/DC+OBC;三合一：DC/DC+OBC+高壓控制盒;未來，與電機(jī)控制系統(tǒng)，以及其他電驅(qū)動模塊集成的方案也將陸續(xù)出現(xiàn)，如與電機(jī)、電機(jī)控制器等融合的“五合一”、“七合一”等。
集成化的推動因素主要包括降低成本、提高效率、優(yōu)化車企流程、智能化演進(jìn)等。
隨著電驅(qū)動模塊集成化趨勢加快，鐵城科技相應(yīng)的也推出了二合一、三合一產(chǎn)品。其DC/DC+OBC二合一產(chǎn)品可實現(xiàn)功率輸出1.5kW+6.6kW;DC/DC+OBC+PDU三合一集成最優(yōu)產(chǎn)品輸出功率1.5kW(DC/DC)+6.6kW(OBC)，輸入電壓范圍144~540V，滿載效率DC/DC為95%以上。
英威騰也已推出DC/DC轉(zhuǎn)換器、 高壓電盒和OBC等多合一集成方案，DC/DC轉(zhuǎn)換器最高輸出功率可實現(xiàn)1.5kW，OBC最高可實現(xiàn)6.6kW;麥格米特、欣銳科技也都推出集成方案。
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華為DriveOne“七合一”電驅(qū)動系統(tǒng)圖示
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深圳麥格米特電氣股份有限公司磁性器件資深工程師段文輝說，DC/DC轉(zhuǎn)換器隨著集成化趨勢越來越明顯，磁性器件小型化、高功率化、可靠性要求非常高。
浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院應(yīng)用電子學(xué)系教授王正仕博士，對電動汽車中高性能電能變換(車載充電機(jī)OBC、車載DC/DC的高效率、深度集成車載電能變換等)、新能源發(fā)電中高效率電能變換，電力電子電能轉(zhuǎn)換器中電感、變壓器高頻磁性元件設(shè)計等研究方向有較深的理論與實踐經(jīng)驗。
電動汽車OBC&DC/DC如若二合一集成，在磁性元件集成方面，他做了示范圖，如下圖所示，他認(rèn)為，諧振電感Lr、升壓電感Lb，集成在主變壓器Tm內(nèi)。
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優(yōu)質(zhì)磁企已供整車DC/DC轉(zhuǎn)換器
DC-DC轉(zhuǎn)換器也是集成電路，主要由主控板和功率器件(IGBT、電感器、電子變壓器等)組成。
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北汽EC180新能源車DC/DC轉(zhuǎn)換器拆解圖
杭州鐵城信息科技有限公司研發(fā)張總監(jiān)說，目前所需要的磁芯都是按產(chǎn)品的需求去設(shè)計，每家的設(shè)計都存在差異性。他希望磁性器件企業(yè)在磁集成、功率密度等方面加快改進(jìn)，協(xié)助他們產(chǎn)品設(shè)計。
段文輝主要負(fù)責(zé)麥格米特磁性元器件研發(fā)、設(shè)計、認(rèn)證工作，包括一些前端技術(shù)的調(diào)研。他告訴記者，此前車載電源所用磁性元器件供應(yīng)商主要集中在一些國外廠商，即便是目前，許多國內(nèi)磁性元器件廠商在產(chǎn)品設(shè)計，資質(zhì)等方面，仍未完全達(dá)到IATF16949汽車行業(yè)體系認(rèn)證要求。
段文輝說，新能源汽車板塊的業(yè)務(wù)是麥格米特未來發(fā)展的重要業(yè)務(wù)，尤其是DC/DC轉(zhuǎn)換器、電驅(qū)動、MCU這幾個板塊未來會是麥格米特的主力業(yè)務(wù)。“我們目前這些業(yè)務(wù)已經(jīng)進(jìn)入過一些國內(nèi)知名汽車廠商應(yīng)用終端，未來將繼續(xù)深挖更多國內(nèi)客源，并進(jìn)一步開發(fā)國外主流廠家需求。”
雖然新能源汽車DC/DC轉(zhuǎn)換器國產(chǎn)化率高，但高品質(zhì)的國產(chǎn)電子變壓器國內(nèi)供應(yīng)商較少，尤其是車用的2KW、3KW大功率電子變壓器，國內(nèi)供應(yīng)商可選擇性有限，原材料供應(yīng)也不夠穩(wěn)定。
目前國內(nèi)DC/DC轉(zhuǎn)換器功率普遍介于1-3KW，個別企業(yè)甚至已實現(xiàn)6KW，雅瑪西技術(shù)中心總監(jiān)成偉個人認(rèn)為，大功率肯定是未來DC/DC轉(zhuǎn)換器發(fā)展方向，但功率再大也有個限度。他認(rèn)為DC/DC轉(zhuǎn)換器功率在3KW左右已經(jīng)差不多到限度了。
與其他傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)相比，新能源汽車產(chǎn)業(yè)自然算得上新興行業(yè)，各種技術(shù)研發(fā)，自然也是從無到有的過程，近十年間也涌現(xiàn)了一批在新能源汽車領(lǐng)域具有代表性的磁性元器件供應(yīng)商，主要聚集在廣東，尤其是深莞地區(qū)。如順絡(luò)電子、可立克、京泉華、海光電子、瑞格精密、雅瑪西、大忠電子等企業(yè)，這些企業(yè)有些已直接深入到車企設(shè)計環(huán)節(jié)。
成偉告訴記者，雅瑪西已經(jīng)通過了16949、VDA等汽車行業(yè)質(zhì)量認(rèn)證體系。產(chǎn)品已用到部分DC/DC核心廠商，多數(shù)DC/DC廠商已有接觸，更深層次的合作有待后續(xù)跟進(jìn)。“目前國內(nèi)有些企業(yè)，在產(chǎn)品穩(wěn)定性、可靠性方面，只是實現(xiàn)基本功能，真正要成為車企的優(yōu)質(zhì)供應(yīng)商，需要深入識別、解決客戶真正需求。”
京泉華楊工告訴記者，他們已在汽車電子領(lǐng)域深耕多年，通過了IATF16949和VDA汽車行業(yè)質(zhì)量體系認(rèn)證。目前車載磁性元器件類產(chǎn)品是京泉華重要的產(chǎn)品發(fā)展方向，主要應(yīng)用在新能源汽車電氣電控總成零部件，包括OBC車載充電機(jī)、DC-DC/DC-AC轉(zhuǎn)換器、BMS和充電器件等。
據(jù)悉，大忠電子一年生產(chǎn)包括用于包括車載項目變壓器的電子變壓器達(dá)1.3億只。大忠電子副總經(jīng)理陳貴林說，在DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊，磁性元器件在整個空間占比介于10%-20%之間。許多磁性元器件廠商與新能源汽車產(chǎn)業(yè)的聯(lián)系，都是通過諸如DC/DC、OBC等電源模組廠商合作，延伸至整車廠商。而大忠電子在一些客戶業(yè)務(wù)上，繞開電源廠已直接供應(yīng)到汽車廠商，目前他們已與比亞迪長期合作多年。
普晶電子是華東一帶的磁性元器件代表企業(yè)，李峰兵認(rèn)為，國內(nèi)企業(yè)在布局新能源汽車方面，雖然產(chǎn)品的質(zhì)量還沒有那么的完善，但布局比較早，國家給予的政策扶持推動著整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。從整車品牌廠到零部件供應(yīng)商，華東一帶在新能源汽車方面的產(chǎn)業(yè)鏈也越來越齊全。
據(jù)其透露，目前普晶電子在設(shè)計端就與一些大廠攜手開發(fā)了，他們主要提供的是新能源汽車用的整套磁性元器件解決方案，包括用于DC/DC倍流電感。目前普晶電子在汽車品類的磁性元器件，占到他們所有產(chǎn)品業(yè)務(wù)量超40%。
陳貴林說，目前新能源汽車上的主變壓器主要用到仍為鐵氧體材料，比如PC95材、PC96材。設(shè)計難點主要是損耗、溫升、EMC設(shè)計等，總的難點即為可靠性要求。汽車電子對可靠性要求是比較高，需要保證產(chǎn)品在很長周期內(nèi)不會出現(xiàn)問題。
軟磁材料幾經(jīng)變革，云路新能源也一直在尋找一些能滿足更高頻率下，損耗更低的材料。現(xiàn)在他們也跟很多公司在合作研發(fā)一些更高頻率、損耗更低、性能更優(yōu)異的鐵氧體材料。
目前鐵氧體材料的發(fā)展已經(jīng)從此前主流的PC40材質(zhì)，歷經(jīng)PC44、PC47，發(fā)展到PC95材質(zhì)，但目前這一材質(zhì)已不能完全滿足車載變壓器的使用了。目前，更多的軟磁廠商推出PC96、PC97等材料，正在被廣泛應(yīng)用，但國內(nèi)廠商材料供應(yīng)的穩(wěn)定性還需提升。
總結(jié)
在新能源汽車產(chǎn)業(yè)日新月異的局面下，DC/DC轉(zhuǎn)換器的市場價值看得見的深厚，加之DC/DC轉(zhuǎn)換器國產(chǎn)化率之高，給國內(nèi)配套廠商機(jī)會可以預(yù)見!優(yōu)質(zhì)國產(chǎn)DC/DC轉(zhuǎn)換器磁性元器件供應(yīng)商從量上來說，并不多見，也沒有任何一家可談已做到絕對的實力。新能源汽車產(chǎn)業(yè)是國家重要發(fā)展產(chǎn)業(yè)，也是目前磁性元器件清晰可見的高附加值的產(chǎn)品應(yīng)用市場。國產(chǎn)磁性元器件廠商應(yīng)重點把握契機(jī)，需奮起直追，盡早在資質(zhì)、技術(shù)與市場上站穩(wěn)腳跟。
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