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這家磁性材料企業(yè)如何攻克車載OBC高耗難題
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這家磁性材料企業(yè)如何攻克車載OBC高耗難題

2025-04-28 14:14:29 來源:電子變壓器與電感網(wǎng) 作者:周執(zhí)

在車載OBC(車載充電器)領(lǐng)域,高頻化、高效率與小型化的發(fā)展趨勢對磁性材料提出了嚴苛要求。

如何降低磁芯損耗成為行業(yè)核心痛點——高頻工況下,傳統(tǒng)鐵硅材料損耗過高易導致發(fā)熱加劇、效率下降,直接影響系統(tǒng)可靠性與能效;而追求低損耗的同時,還需兼顧直流偏置性能與成本控制,這對磁性材料材料技術(shù)和工藝創(chuàng)新形成雙重挑戰(zhàn)。

作為深耕磁性材料領(lǐng)域多年的代表企業(yè),梅州市瑞冠新材料科技有限公司(下稱“瑞冠”)研發(fā)工程師張工在接受《磁性元件與電源》專訪時,系統(tǒng)介紹了瑞冠從霧化制粉與包覆工藝兩大維度突破,成功開發(fā)出多系列低損耗磁粉芯解決方案,為磁性材料行業(yè)提供了實踐范本。

 

磁粉芯

磁粉芯 圖源:瑞冠

01 低損耗鐵硅材料綜合優(yōu)勢更突出

據(jù)張工介紹,在對磁性材料損耗要求較高的應用場景中,尤其是在大功率、大電流的和直流偏置(DC Bias)要求較高的情況下,優(yōu)先選用低損耗磁性材料是實現(xiàn)高效性能的關(guān)鍵所在。

傳統(tǒng)的鐵硅材料由于其高飽和磁通密度和高的直流偏置特性,廣泛應用于大電流、大功率領(lǐng)域,如新能源汽車、充電樁和光伏。但是,鐵硅材料的損耗普遍比較高,一般在50KHz/100mT的條件下,損耗在650左右。而瑞冠推出的低損耗鐵硅材料,在同等條件下,可將損耗值降低至約400mW/cm3。

為實現(xiàn)這一損耗目標,瑞冠從以下三個方面進行優(yōu)化:

一是采用先進的氣霧化制粉工藝。通過優(yōu)化霧化工藝,能夠顯著提升粉末的球形度,減少雜質(zhì)含量,從而為后續(xù)磁性材料性能的提升奠定基礎(chǔ)。

二是精心調(diào)配磁性材料成分。我們不僅對鐵、硅、鋁等主要元素的比例進行了精準優(yōu)化,還引入了其他特定元素,進一步改善磁性材料的特性,使磁性材料在損耗控制、直流偏置性能等方面達到更優(yōu)的平衡。

三是粒度控制,磁性材料粉末越細,損耗越低。傳統(tǒng)磁性材料通常使用150目的鐵硅粉末,而低損耗磁性材料則需使用200目以下的粉末,甚至可能用到400目左右的粉末。

目前,業(yè)內(nèi)使用最廣泛的磁性材料是低損耗鐵硅和復合材料,即鐵硅與氣霧化鐵硅鋁按一定比例混合而成的復合材料。

金屬磁粉芯

金屬磁粉芯 圖源:瑞冠

低損耗鐵硅材料是近年來行業(yè)推出的新磁性材料,成本相對較高。復合材料的成本則取決于其成分配比,瑞冠會根據(jù)不同需求提供多種檔次,例如300mW/cm3、350mW/cm3和450mW/cm3等不同規(guī)格,其價格也會因具體配比而有所不同。

從性能來看,鐵硅材料的直流偏置性能較好,可達到70%以上,而復合材料的直流偏置性能為60%。綜合考慮,低損耗鐵硅材料在性能上更具優(yōu)勢,但其成本比其他傳統(tǒng)磁性材料高出約10%至20%。

值得一提的是,在降低損耗方面,最高端的磁性材料是鐵鎳。鐵鎳的成本可能是鐵硅的7倍,因為其價格非常昂貴。鐵鎳的直流偏置性能可達80%以上,損耗僅為240mW/cm3左右。它具有低損耗、高直流偏置的特性,是天然的優(yōu)質(zhì)磁性材料。然而,由于其價格過高,目前大多數(shù)國產(chǎn)電車尚未采用鐵鎳材料,而進口汽車和服務(wù)器電源中則有較多應用。

磁導率

磁導率VS DC直流磁化強度 圖源:瑞冠

02 克服包覆工藝難點,損耗值達到380

在降低損耗方面,除了通過磁性材料本身的特性來實現(xiàn)外,工藝優(yōu)化同樣是降低損耗的重要途徑。

除了優(yōu)化原材料能降低磁粉芯損耗外,包覆技術(shù)也是至關(guān)重要的。但包覆技術(shù)則是各家企業(yè)的核心機密,具有高度的保密性。

包覆體系本身很復雜,不同的企業(yè)有不同的技術(shù)路線。例如,一些企業(yè)如韓國的企業(yè)更傾向于使用無機包覆材料,如硅酸鹽、硅溶膠(二氧化硅、氧化鋁等)等絕緣物質(zhì)。這些無機材料能夠提供良好的絕緣性能,從而有效降低損耗,且價格十分便宜。

包覆工藝的難點在于如何實現(xiàn)均勻包覆。如果包覆不均勻,尤其是在將原粉細化后,包覆的均勻性反而會降低,導致?lián)p耗上升,而不是下降。盡管大家都知道細粉的損耗更低,但實際操作中卻很難實現(xiàn)。因此,如何在實現(xiàn)均勻包覆的同時降低損耗,是當前面臨的主要挑戰(zhàn)。

包覆過程的具體操作如下:首先,將金屬粉末與包覆劑混合。包覆劑通常由酸、鹽以及溶劑等成分組成,將其配制成溶液后加入粉末中,使粉末與液體充分混合,形成類似漿料的物質(zhì),隨后通過加熱將其干燥。

從微觀角度來看,每個顆粒都需要被包覆劑中的絕緣物質(zhì)均勻包裹,以防止顆粒之間的導通。因為一旦顆粒之間發(fā)生導通,渦流損耗就會顯著增加。如果不對粉末進行包覆,材料將直接形成合金,而合金的損耗通常非常高。

包覆粉末

包覆粉末形狀 圖源:瑞冠

磁粉芯的特點在于,經(jīng)過包覆后,其內(nèi)部相當于形成了一個均勻的分布式的氣隙,這些氣隙由包覆劑中的絕緣物質(zhì)填充。這種結(jié)構(gòu)既阻止了顆粒間渦流電的產(chǎn)生,又沒有將其切割,保持了磁性材料的封閉性。因此能夠應用于高頻場景。如果沒有包覆工藝,磁性材料將無法在高頻條件下使用。

在低損耗鐵硅材料方面,通過優(yōu)化包覆工藝,瑞冠已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)50kHz和100mT條件下的損耗值達到380W/cm3左右,這標志著瑞冠在磁性材料和工藝優(yōu)化方面取得了顯著進展。

損耗曲線

磁性材料損耗曲線 圖源:瑞冠

03 不斷改進磁性材料與工藝,開發(fā)11種低損耗磁性材料

瑞冠是一家專注于磁粉及磁粉芯研發(fā)與生產(chǎn)的企業(yè)。通過持續(xù)優(yōu)化粉料配方與生產(chǎn)工藝,瑞冠成功開發(fā)出11種不同材質(zhì)的磁性材料。這些磁性材料依據(jù)不同的頻率、損耗水平以及直流偏置(DC)特性進行精準設(shè)計與開發(fā),能夠充分滿足多樣化的應用需求。每一種磁性材料均針對特定應用場景進行了深度優(yōu)化,確保其性能與應用要求高度匹配。

瑞冠的磁粉芯產(chǎn)品廣泛應用于光伏、家電、新能源汽車、充電樁、儲能、5G通訊以及服務(wù)器電源等領(lǐng)域,憑借卓越的性能與可靠性,為各行業(yè)提供了高效、穩(wěn)定的解決方案。

磁芯系列

結(jié)語

在新能源汽車產(chǎn)業(yè)向高效化、輕量化加速邁進的浪潮中,車載OBC作為能量轉(zhuǎn)換的核心樞紐,其性能突破始終與磁性材料的革新深度綁定。

未來,隨著800V高壓平臺、超充技術(shù)的普及,磁性材料將面臨更高頻、更高功率密度的挑戰(zhàn)。瑞冠以“純度-粒度-包覆”為核心的技術(shù)閉環(huán),以及覆蓋多場景的11種定制化磁性材料系列,不僅為車載OBC的持續(xù)升級提供了可擴展的解決方案,更向行業(yè)證明:唯有扎根基礎(chǔ)材料創(chuàng)新,方能以“硬核科技”撬動產(chǎn)業(yè)變革。

 

本文為嗶哥嗶特資訊原創(chuàng)文章,未經(jīng)允許和授權(quán),不得轉(zhuǎn)載,否則將嚴格追究法律責任;

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