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編者按

在終端需求疲軟的影響下，前兩年火熱的新能源汽車、光伏、儲能等新能源領(lǐng)域也掀起了價格戰(zhàn)，儲能已正式進(jìn)入0.5元時代，新能源汽車領(lǐng)域價格戰(zhàn)更是一輪接一輪，成本管控成為2024年企業(yè)繞不開的話題。

接下來我們將圍繞降本這個主題，展開一系列的對話，圍繞磁集成技術(shù)在新能源相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展，探討磁集成技術(shù)對降低成本的積極作用，以及由此給整個磁性元件產(chǎn)業(yè)鏈帶來的影響和改變。

本期《對話》通過高校、充電樁模塊電源整機(jī)、磁性元件、磁芯企業(yè)，共同探討磁集成技術(shù)在充電樁模塊電源領(lǐng)域的落地情況，以及當(dāng)前所面臨的難點，以探究磁集成技術(shù)如何更好地幫助整機(jī)企業(yè)降低生產(chǎn)成本。

問題導(dǎo)覽：

1.40kW充電樁模塊電源(或其他更高功率的模塊電源)是否有采用磁集成技術(shù)?磁集成的類型有哪些?集成后磁性元件用量有何變化?相比集成前成本、體積減少了多少?

2.目前磁集成技術(shù)在實際應(yīng)用中主要面臨哪些難題和挑戰(zhàn)?

3.磁集成產(chǎn)品的應(yīng)用對磁性元件和自動化設(shè)備廠商提出了哪些新的要求?在開發(fā)磁集成充電樁模塊電源產(chǎn)品過程中，您希望在上游供應(yīng)商提供哪些配合?

1.貴司目前是否有在開發(fā)或計劃開發(fā)40kW充電樁模塊電源?目前40kW充電樁模塊電源在充電樁模塊電源中的占比情況如何?

優(yōu)優(yōu)綠能朱翔：目前應(yīng)用在直流充電樁的模塊電源還是以30kW為主，以優(yōu)優(yōu)綠能為例，占出貨量的70%-80%，但僅看今年上半年，40kW模塊電源出貨量占比已到30%-40%，40kW模塊電源隨著大功率、800V高壓平臺車型的普及，現(xiàn)在都推出了600kW至更高的960kW超充，所以40kW的模塊電源出貨量也是逐月攀升。為了讓客戶更平滑地升級，優(yōu)優(yōu)綠能的模塊電源，30kW和40kW是同接口、同尺寸的，這么大功率的超充系統(tǒng)，對于模塊電源的功率密度、功率等級，包括單瓦的成本要求都越來越高。

▲一充電樁模塊電源企業(yè)產(chǎn)品技術(shù)路線圖

2.40kW充電樁模塊電源中，磁性元件類型(如電感器、變壓器、磁性放大器等)和數(shù)量情況如何?

優(yōu)優(yōu)綠能朱翔：會用到磁性元件主要有前級的PFC電感、共模電感，包括后級DCDC的差模電感、主變壓器、諧振電感等常用磁性元件，正如前面提到的30kW和 40kW尺寸是相同的，磁性元件用量上沒有太大變化，但功率提高了，雖然接口還是一樣，線徑的要求肯定不一樣了。另外針對40kW模塊電源優(yōu)優(yōu)綠能也推出了高效的全碳化硅版，電路拓?fù)溥€是經(jīng)典的維也納，前級PFC、后級LLC的移相全橋方案，雖然電路拓?fù)錄]有改變(磁性元件用量大致不變)，在磁性元件的選型上會有一些差別。另外目前我們也在研發(fā)60kW的模塊電源，面對未來更大功率的，比如充電堆，對于功率密度的要求都更高，但單瓦成本是可以下降，有利于磁集成技術(shù)的發(fā)展，針對液冷模塊電源，電流密度的取值會要求更小，但具體的數(shù)值要看產(chǎn)品方案。功率密度提高后，功率等級也會提高，電壓等級也會提高到1000V甚至1200V，不管是功率器件還是磁性元件，想要減小體積，都需要提高頻率，對應(yīng)的整個系統(tǒng)的散熱要求也會提高。

據(jù)我了解，目前也有部分廠家推出一級變換的方案，相當(dāng)于把前級PFC整合在一起，整個拓?fù)涞募軜?gòu)會有比較大的改動，好處是效率會更高，可以做到97%以上(目前主流方案為95%-96%)，但它的缺點是對軟件的處理要求更高，因為沒有前級PFC，對弱電網(wǎng)或者電網(wǎng)的紋波過濾要求更高。

泰科斯德楊習(xí)斌：每家的磁集成技術(shù)方案都略有區(qū)別，但一般都是前級三相PFC、后級LLC這樣的電路拓?fù)?，通過4組或更多的電感、變壓器組成。

▲充電樁應(yīng)用案例

3.40kW充電樁模塊電源(或其他更高功率的模塊電源)是否有采用磁集成技術(shù)?磁集成的類型有哪些?集成后磁性元件用量有何變化?相比集成前成本、體積減少了多少?

福州大學(xué)陳為：磁集成以后功率密度更高，體積可以減小。目前LLC電路中磁集成技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)比較多，也比較成熟了。

奧特迅張文勇：磁集成技術(shù)我們也有相關(guān)的研究和布局，但還沒有批量應(yīng)用。目前充電樁模塊電源有幾種電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但最主流的還是前級維也納、后級LLC然后采用多路串并的方式，這里面所所及到的磁性元件，最適合做磁集成產(chǎn)品的后面DCDC電路里面的電感和變壓器，把電感集成到變壓器上，因為這個磁集成電路里面所需的電感量不大，用漏感來做可實現(xiàn)性是比較強(qiáng)的。

磁極海來布曲：充電樁模塊電源從30kW-60kW模塊電源都有使用磁集成產(chǎn)品，相對來說60kW模塊電源產(chǎn)品使用更加普遍。我們在三年前就已經(jīng)配合吉利(威睿)、蔚來開發(fā)了480kW超級充電樁磁集成產(chǎn)品，由8個模塊電源組成，每個模塊電源60kW，單個變壓器做到了30kW，包括PFC電感做了三相五柱磁集成，LLC變壓器也是做了磁集成產(chǎn)品。

充電樁方面，磁極目前有LLC諧振變壓器磁集成產(chǎn)品方案，采用4個磁集成的諧振電感變壓器，替代傳統(tǒng)雙交錯方案的8個變壓器和4個諧振電感，功率密度更高，且加工的器件數(shù)量大大減少，可大幅度降低成本;也開發(fā)了PFC新方案，相比于傳統(tǒng)的多段組合磁芯(磁芯由6塊拼接而成)，新方案采用一體成型磁芯，生產(chǎn)耗時從15min/顆降低至2min/顆，且規(guī)避了物理結(jié)構(gòu)的漏磁，抗震性更高;以及充電樁直流共模電感新方案，采用一體成型的三角形磁芯結(jié)構(gòu)，可以將感抗、差模分量做得更高，且可用扁線立繞方式加工生產(chǎn)，生產(chǎn)效率提高至3min/顆。總體來看成本可降低20%-30%。

體積方面，由于各家企業(yè)布局不一樣，有從長度、寬度、高度不同方向去壓縮體積。以磁極60kW模塊電源的磁性元件為例，單個30kW磁集成變壓器(主變+諧振)體積為 110mm*80mm*70mm，以前半集成產(chǎn)品體積為150mm*85mm*85mm(不含獨立電感的體積)。

泰科斯德楊習(xí)斌：目前的磁集成產(chǎn)品方案主要就是希望利用漏感，把諧振電感集成到變壓器上，CLLLC和LLC等單雙向電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都會采用這種方案，統(tǒng)稱為漏感磁集成，這樣會在空間和成本上有比較大的優(yōu)勢。我們的方案有幾個特點：一是漏感可調(diào)余地大，能做到整個電感的10%-20%;二是不增加額外的磁芯和繞組，可以完全省掉諧振電感的成本;三是不影響變壓器耦合，變壓器依然能夠保持高效工作。綜合來看，體積可以減少20%-30%，并且可以完全省掉諧振電感的成本。

安可遠(yuǎn)王理平：目前20kW-60kW充電樁模塊電源均有采用磁集成技術(shù)，目前應(yīng)用最多的就是LLC電路中把主變壓器和諧振電感集成在一起。一方面磁性元件產(chǎn)品體積小了，PCB布局可以更靈活，另一方面成本也更低。

此外還有PFC電感的集成，以前是三顆獨立電感，現(xiàn)在也集成為一顆，目前來看這個產(chǎn)品節(jié)約成本的優(yōu)勢還沒有體現(xiàn)出來，但體積縮小了20%。

4.目前磁集成技術(shù)在實際應(yīng)用中主要面臨哪些難題和挑戰(zhàn)?

福州大學(xué)陳為：一是體積變小以后，對磁性元件企業(yè)的設(shè)計能力要求更高，否則磁性元件溫升過高，熱散不出去，目前磁性元件企業(yè)的設(shè)計能力相比電源企業(yè)要差一些;二是磁芯需要定制，無法套用現(xiàn)有磁芯;三是配套的檢測要跟上，集成以后功能更多也更復(fù)雜，檢測也比以前更復(fù)雜，需要匹配對應(yīng)的檢測手段，目前還沒有專門的儀器，當(dāng)然也不是無法檢測，只是這個檢測的數(shù)據(jù)只能用來進(jìn)行品質(zhì)控制;四是需要大規(guī)模應(yīng)用場景才能落地磁集成產(chǎn)品，因為都是定制化產(chǎn)品，量太小企業(yè)配合意愿可能相對就沒那么高了。

優(yōu)優(yōu)綠能朱翔：磁集成產(chǎn)品最主要的挑戰(zhàn)就是大功率、高電壓趨勢下，對于充電樁、模塊電源乃至磁性元件都提出了更高要求，像效率效率的要求，包括前面提到的體積要求，相同的體積，磁集成功率要從30kW提高至40kW甚至60kW，磁集成功率密度是大幅提高的，可能要到68W/cm³，這么高的功率密度，對元器件同樣會向上傳遞這個要求，體積要做的更小，頻率要更高，散熱要求更高。

奧特迅張文勇：磁集成技術(shù)最大的難點應(yīng)該就在散熱方面。原本獨立的變壓器和電感，他們是分開散熱的，集成后需要散出去的熱量是沒有變化的，如果沒有針對性做散熱方面的優(yōu)化設(shè)計，等于散熱條件更嚴(yán)酷了，無法在縮小體積的同時解決好散熱問題。

泰科斯德楊習(xí)斌：漏感磁集成需要對漏感進(jìn)行精準(zhǔn)控制，且漏感磁集成足夠大才能做成諧振電感，同時要保證變壓器效率不會降低、不會額外發(fā)熱、不會額外增加成本，需要滿足的條件是比較苛刻的，目前市面上漏感磁集成產(chǎn)品方案很多，但真正滿足上述所有要求的并不多。

目前充電樁模塊電源有幾個挑戰(zhàn)，一是希望體積更小;二是希望成本更低，因為現(xiàn)在卷的非常厲害;三是散熱問題如何解決。

而這三點最終都會在磁性元件上面有所體現(xiàn)。以現(xiàn)在市面上比較多的磁集成方案為例，還是會增加額外的磁芯、繞組，但通過共用部分磁路，依然能夠節(jié)省20%左右的成本，體積也得到了一定程度的縮小，而我們希望實現(xiàn)的是把諧振電感的成本徹底省掉;最大的挑戰(zhàn)是散熱問題，比如非獨立風(fēng)道、獨立風(fēng)道、液冷等方式，散熱問題還是比較難解決的，隨著產(chǎn)品功率越來越大、頻率越來越高，磁集成以后，共用部分磁路會非常熱，高頻損耗也非常高，且在線包里散不出來，磁集成方案需要通過什么樣的路徑把這些熱散出去，甚至配合客戶風(fēng)道的設(shè)計，都是比較大的挑戰(zhàn)，或者說是目前業(yè)界所面臨的優(yōu)劣選擇。

目前市面上也有不少磁集成方案，一是磁芯中間開孔，肯定是有利于線包散熱的，但必須經(jīng)過嚴(yán)格的磁路仿真，否則開在磁密高的地方，這里的磁路就沒法用了;二是將氣隙開在磁芯側(cè)面的位置上，并配合整個電源系統(tǒng)的風(fēng)道進(jìn)行散熱;三是盡量將繞組包裹，避免線圈裸露導(dǎo)致漏磁，從而減少發(fā)熱。

安可遠(yuǎn)王理平：第一是顛覆大家的想象，很多人以前也沒有針對這方面的研究，覺得不可能實現(xiàn)，比如這么大的磁芯理論上壓力是不夠的，無法一體成型等;第二是整個產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)都要跟著適應(yīng)調(diào)整，磁芯要重新定制開模，設(shè)備要更新?lián)Q代，磁集成技術(shù)之所以沒有普及應(yīng)用，很大一部分原因就是很多企業(yè)覺得這樣全部重做一遍太麻煩了;第三是需要在電源企業(yè)前期產(chǎn)品設(shè)計階段介入，配合電源企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)，對磁性元件企業(yè)設(shè)計能力要求高;第四是需要產(chǎn)品能夠起量，只有大規(guī)模應(yīng)用才能激發(fā)企業(yè)往這個方向走。

5.磁集成技術(shù)能否實現(xiàn)普及應(yīng)用?

奧特迅張文勇：我覺得現(xiàn)在磁集成已經(jīng)在逐步普及應(yīng)用了。據(jù)我了解磁集成技術(shù)應(yīng)該是20年前就有了，早期主要是應(yīng)用在功率較小的產(chǎn)品上，LLC電路最早應(yīng)用磁集成技術(shù)的應(yīng)該是電視機(jī)電源，近幾年開始逐步向大功率產(chǎn)品普及，比如目前的車載OBC產(chǎn)品已經(jīng)批量采用磁集成方案。

其實磁集成從應(yīng)用端角度看，不管是充電模塊、車載OBC還是光伏儲能等等，電路原理是相似的，所以我認(rèn)為磁集成應(yīng)用到充電樁產(chǎn)品，理論上是沒有問題的，而且也可有效縮小體積、降低成本，我覺得磁集成應(yīng)該是可以普及下去的。

磁極海來布曲：這是磁性元件未來的趨勢。十年前可能隨便加工一個產(chǎn)品就能把企業(yè)延續(xù)下去，但未來這種情況不會再有，競爭只會越來越激烈。以充電樁模塊電源為例，20/30/40kW模塊可能只有5%-10%的企業(yè)采用磁集成產(chǎn)品，但60kW模塊電源，50%企業(yè)都在開發(fā)磁集成產(chǎn)品，想辦法突破相關(guān)磁集成技術(shù)難題。

泰科斯德楊習(xí)斌：磁集成一定要普及的。在達(dá)到基本功能和性能要求的前提下，電源行業(yè)最核心的關(guān)鍵點，一是成本，二是效率，三是體積，這也是當(dāng)前電源行業(yè)普遍趨同的原因，電路拓?fù)湟呀?jīng)很多年沒有發(fā)生大的變化，甚至功率器件等標(biāo)品大家也都可以買到差不多的磁集成產(chǎn)品，只能在磁性元件等非標(biāo)產(chǎn)品上進(jìn)行競爭，電路板布局、風(fēng)道設(shè)計以及磁性元件，磁集成是可以幫助客戶有效解決這三大核心需求的，我認(rèn)為對磁性元件而言，已經(jīng)到了需要通過精細(xì)化計算、磁集成方案幫助電源企業(yè)樹立競爭優(yōu)勢的階段，必須要在磁集成這條路上繼續(xù)前進(jìn)。

6.磁集成產(chǎn)品的應(yīng)用對磁性元件和自動化設(shè)備廠商提出了哪些新的要求?在開發(fā)磁集成充電樁模塊電源產(chǎn)品過程中，您希望在上游供應(yīng)商提供哪些配合?

優(yōu)優(yōu)綠能朱翔：在磁集成新產(chǎn)品研發(fā)前期，針對整個模塊的指標(biāo)、對磁集成產(chǎn)品的選型以及EMC的相關(guān)指標(biāo)，肯定要跟功率器件、磁性元件供應(yīng)商進(jìn)行同步溝通，需要供應(yīng)商在前期的產(chǎn)品設(shè)計階段介入。另外當(dāng)前市場競爭也愈發(fā)激烈，給我們的時間也越來越短，不像以前一兩年做一款磁集成產(chǎn)品，可以賣四五年，現(xiàn)在一個磁集成產(chǎn)品從立項到送樣，也就半年時間，時效性要求是非常高的，對供應(yīng)商的響應(yīng)速度要求也是非常高的。

奧特迅張文勇：一是前面提到的磁集成散熱，一旦溫升過高容易導(dǎo)致鐵氧體磁芯開裂，絕緣系統(tǒng)可靠性也會降低;二是磁集成產(chǎn)品的一致性，這兩者都需要磁性元件、磁材企業(yè)在材料、設(shè)計和工藝上有所突破，比如說新的磁芯形狀、漏感的處理方式、開氣隙的方式、繞組繞制工藝的改良等，都需要磁性元件和磁材企業(yè)有一定研究，才能保證磁集成產(chǎn)品良好的散熱性能和可靠性。

磁極海來布曲：大功率的磁性元件，每家做出來的磁集成產(chǎn)品規(guī)格、尺寸以及材料用量都不一樣，對磁性元件企業(yè)的設(shè)計能力提出了全新的要求，磁集成需要具備項目開發(fā)能力，也需要磁性元件研發(fā)工程師既懂電路原理又深諳電磁理論，對磁路共用、磁路抵消能夠進(jìn)行精確計算，目前的測試、仿真設(shè)備也很難拿到這種多元化磁性元件的參數(shù)。“既懂電又懂磁”將會是未來磁性元件研發(fā)工程師標(biāo)配。對于整個磁集成產(chǎn)業(yè)鏈而言，也會造成深刻影響，磁性元件企業(yè)對磁集成技術(shù)需要重新開模，調(diào)整產(chǎn)線，設(shè)備企業(yè)也要研發(fā)對應(yīng)的磁集成自動化生產(chǎn)設(shè)備

泰科斯德楊習(xí)斌：對磁性元件企業(yè)的磁集成設(shè)計能力提出了較高的要求，隨著磁性元件進(jìn)一步精細(xì)化，加上終端磁集成產(chǎn)品迭代周期加快，電源工程師會越來越缺乏精力去專心研究磁性元件，而且不同廠家的電源方案也沒法套用同一套磁集成方案，不同的電路拓?fù)洌瑢Υ偶僧a(chǎn)品的定義是完全不一樣的，磁性元件越來越深刻地跟電源耦合在一塊，能否提供一套有效的磁集成產(chǎn)品解決方案滿足電路的需求顯得至關(guān)重要。

磁集成對自動化設(shè)備企業(yè)而言，未來會越來越強(qiáng)調(diào)柔性制造，因為工藝越來越精細(xì)，越來越復(fù)雜，且在不斷加速變化，不像以前一套工藝解決所有問題。

磁集成對絕緣系統(tǒng)而言，我個人認(rèn)為目前還沒有一套比較好的絕緣系統(tǒng)，比如說現(xiàn)在做大功率磁集成產(chǎn)品的絕緣系統(tǒng)，用的最多的聚酰亞胺薄膜(PI膜)有個天然劣勢是導(dǎo)熱差，導(dǎo)致熱散不出去，未來需要新的絕緣材料解決散熱問題。

我們現(xiàn)在跟電源企業(yè)合作過程中，基本上是前期客戶給我們磁集成技術(shù)的參數(shù)，我們進(jìn)行整套磁集成方案的設(shè)計、磁仿真、熱仿真并最終出樣。

結(jié)語

綜合對話嘉賓的觀點看，目前在充電樁模塊電源領(lǐng)域，20/30/40/60kW模塊電源產(chǎn)品均有應(yīng)用到磁集成技術(shù)，其中30kW模塊電源應(yīng)用較多，還有模塊電源企業(yè)提到，40kW模塊電源產(chǎn)品沿用了30kW的尺寸和接口，若大家對磁集成都采用這種思路，未來40kW及更高功率的磁集成產(chǎn)品則必須實現(xiàn)某種程度的磁集成。

磁集成技術(shù)對充電樁模塊電源企業(yè)而言，磁集成技術(shù)帶來的好處是顯而易見，至少從目前已推出市面的部分磁集成產(chǎn)品來看，成本可降低20%-30%，體積可縮小20%以上。

磁集成在具體的實現(xiàn)路徑上，雖然各家企業(yè)磁集成產(chǎn)品方案在電路拓?fù)浼?xì)節(jié)方面略有差別，但總體上不脫離前級PFC+后級LLC(或CLLLC)的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中前級PFC功率電路中3顆電感可通過共用磁路方式實現(xiàn)集成以縮小體積，后級LLC(或CLLLC)電路中可通過主變壓器+諧振電感集成以實現(xiàn)降低成本、減小體積的目的。

磁集成技術(shù)對磁性元件企業(yè)而言，則需要在模塊電源企業(yè)磁集成產(chǎn)品研發(fā)階段就參與其中，要求企業(yè)具備磁集成項目配合的研發(fā)設(shè)計能力，對企業(yè)的磁集成技術(shù)人才也提出了新的要求：既懂磁又懂電。

磁集成技術(shù)對設(shè)備企業(yè)而言，這也可能帶來新一輪的市場機(jī)遇，就目前已面世的磁集成產(chǎn)品而言，均無法通過原有產(chǎn)線生產(chǎn)，需要重新開模、對產(chǎn)線進(jìn)行升級甚至更新才能滿足磁集成新產(chǎn)品形態(tài)的生產(chǎn)需求。

我們始終相信，只有材料的突破、技術(shù)的創(chuàng)新、產(chǎn)品的迭代和工藝的改進(jìn)所帶來的降本才是可持續(xù)的，一味壓縮供應(yīng)鏈和材料的方式并不足取，甚至?xí)m得其反。磁集成技術(shù)恰好能夠滿足電源企業(yè)成本、效率和體積三大核心競爭需求，在可預(yù)見的未來將會為磁集成產(chǎn)業(yè)鏈的降本帶來積極的推動作用。下期《對話》我們將探討磁集成技術(shù)在光儲領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展，敬請關(guān)注。