混動車將成新能源汽車主力？如何看待升壓電感？

【嗶哥嗶特導(dǎo)讀】在混合動力汽車中，搭載升壓電感的升壓電路方案在其主驅(qū)控制器中發(fā)揮著重要作用。對于升壓電感，其未來的技術(shù)發(fā)展和市場趨勢將走向如何?本期《對話》為您解答~

編者按

作為以油車向電車發(fā)展的過渡，混合動力汽車成為當(dāng)前汽車產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重要發(fā)展方向。由于插電式混合動力汽車所裝載的電池比純電動汽車小，無法直接實(shí)現(xiàn)高電壓輸出，因此升壓電路在主驅(qū)控制器中扮演者關(guān)鍵的角色。目前，以比亞迪為代表的整車企業(yè)使用升壓電感和功率開關(guān)器件共同組成升壓電路，實(shí)現(xiàn)了提升車載電池電壓以帶動高電壓驅(qū)動電機(jī)的功能。

▲資料來源：公開市場資料

其中，升壓電感較一般的電感變壓器來說單體數(shù)量大、價(jià)值量也大，因而也成為了業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注點(diǎn)所在。本期對話，《磁性元件與電源》邀請了整車端工程師以及電感變壓器廠商，共同探究升壓電感未來的技術(shù)發(fā)展和市場趨勢。

對話導(dǎo)覽

一、新能源汽車中升壓電感的應(yīng)用情況如何?

二、主驅(qū)控制器上的升壓電感技術(shù)指標(biāo)

三、該升壓電感未來的技術(shù)發(fā)展方向和市場空間?

對話內(nèi)容

1.升壓電感具有體積小、耐高溫、低漏磁等優(yōu)點(diǎn)，通常應(yīng)用在升壓(Boost)電路中。隨著新能源汽車向往高壓發(fā)展，升壓電感在新能源汽車中運(yùn)用情況如何?在主驅(qū)控制器板塊中的升壓電感的使用情況如何?

云路新能源 張建華 插電式油電混合動力汽車的升壓電感主要是在OBC充電機(jī)和主驅(qū)控制器上的增壓轉(zhuǎn)化器中。其中，油電混合動力架構(gòu)汽車主驅(qū)控制器的增壓轉(zhuǎn)化器中一般會有一個(gè)升壓電感，若是多組電機(jī)且電機(jī)電壓不同或有機(jī)會增加主驅(qū)增壓線路，從而增加升壓電感的數(shù)量。

一般來說，功率電感和變壓器占整機(jī)成本的15%-25%左右，因?yàn)镺BC充電機(jī)各方面要比DC-DC轉(zhuǎn)換器要求更高，特別是高功率輸出OBC對升壓電感的耐壓、溫升和散熱要求提高，DC-DC產(chǎn)品功率越大，成本比例也會越高，不同設(shè)計(jì)需綜合考慮，找到成本與性能的平衡點(diǎn)。

鷹峰電子 羅青松 油電混合動力架構(gòu)汽車主驅(qū)控制器中搭載升壓電感，目前國內(nèi)僅有比亞迪一家企業(yè)采用這種方案。其他車企可能因?qū)＠拗贫床杉{此方案。因此，在國內(nèi)，具備升壓電感交付經(jīng)驗(yàn)的電感變壓器企業(yè)并不多見。

2.在選擇和設(shè)計(jì)升壓電感時(shí)，看重的技術(shù)指標(biāo)有哪些?

云路新能源 張建華 主要還是圍繞工作溫度、額定電壓、靜電感量范圍、偏差以及額定工作電流和功率密度。升壓電感基本屬于專屬定制件，各廠家基本都存在一些偏差。通常來說，升壓電感最關(guān)鍵的指標(biāo)包括前述六點(diǎn)以及動態(tài)電感量要求以及尺寸管控的嚴(yán)格性。

其中，工作溫度取決于電感變壓器廠商選用的材料，比如說我們可以選擇耐溫180℃的材料。尤其是對靜電感量偏差小于3%的要求非常高，而云路新能源有能力提供符合這一要求的升壓電感產(chǎn)品。

歐陸通 毛葉龍 不同公司對升壓電感的標(biāo)準(zhǔn)各有不同。我們主要關(guān)注升壓電感感量，因?yàn)楦辛繒绊戨娐诽匦院痛棚柡颓闆r。其次是體積，必須限制在一定范圍內(nèi)，不能無限擴(kuò)大。此外，線徑、磁性和材質(zhì)也在考慮范圍之內(nèi)。例如，線徑在無封裝情況下需要達(dá)到2-3安培每平方，有封裝的情況下則需要達(dá)到5-6安培每平方。

鷹峰電子 羅青松 對升壓電感體積的要求是最嚴(yán)格的。在客戶提供的空間約束下，升壓電感產(chǎn)品必須滿足其參數(shù)需求。在有限的空間內(nèi)，升壓電感還必須實(shí)現(xiàn)最大功率輸出。目前，產(chǎn)品功率從40千瓦起步，一般在40-60千瓦左右。

3.據(jù)您了解，相比于用在新能源汽車OBC、DC-DC中的升壓電感，用于主驅(qū)控制器上的升壓電感的技術(shù)/生產(chǎn)難點(diǎn)在哪?最大的挑戰(zhàn)是什么?

歐陸通 毛葉龍 體積和散熱這一方面主要是難點(diǎn)。雖然既要體積小和又要散熱好這是一個(gè)互相矛盾的問題,但還是需要更合理的設(shè)計(jì)讓升壓電感體積小的同時(shí)如何讓電流功率能夠更高。

通合電子 張宇恒 主要難點(diǎn)在于散熱。升壓電感在汽車中扮演著變速箱的角色，具有兩個(gè)主要功能。首先，升壓電感能夠改變電流的方向，實(shí)現(xiàn)車輛的前進(jìn)和倒退。其次，升壓電感通過電控提高輸出電流，以加速驅(qū)動電機(jī)。然而，在這個(gè)過程中，隨著電壓的升高，會產(chǎn)生大量熱量，高溫環(huán)境下，升壓電感容易失去磁性，這是一個(gè)重要的問題。

此外，升壓電感的毛利率較低。需要考慮原材料、前期研發(fā)投入、生產(chǎn)線建設(shè)以及設(shè)備折舊等多個(gè)因素。價(jià)格變動主要受原材料影響。隨著新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，升壓電感需求增長后將產(chǎn)生規(guī)模效應(yīng)，進(jìn)一步推動升壓電感價(jià)格下降。

云路新能源 張建華 電驅(qū)控制器由升壓轉(zhuǎn)換器、對應(yīng)雙電機(jī)的兩組電機(jī)驅(qū)動逆變器和DCDC轉(zhuǎn)換單元組成。高壓功率模塊可謂是電驅(qū)控制器設(shè)計(jì)的重中之重，其承擔(dān)著驅(qū)動大功率動力電機(jī)的功能。由于其功率太大，對應(yīng)高壓功率模塊中器件的冷卻方案和耐溫性(低溫升)成為巨大的挑戰(zhàn)。

升壓電感主要難點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：其一，對磁芯性能要求比較高，尤其公差波動要求嚴(yán)厲;其二，因?yàn)楹芏喾桨付际嵌ㄖ萍?，通用性較差，電感變壓器企業(yè)在評估投入自動化產(chǎn)線時(shí)存在較大風(fēng)險(xiǎn)，產(chǎn)品在生產(chǎn)過程對焊接工藝、尺寸封裝管控以及成品良率的挑戰(zhàn)是比較高的。

我們認(rèn)為此類磁性器件所面臨的絕緣耐壓性能、小型化、發(fā)熱等問題，其實(shí)是一個(gè)綜合的技術(shù)問題，最大的難點(diǎn)是要全面系統(tǒng)化去分析優(yōu)化設(shè)計(jì)，更合理選用材料，從而達(dá)到一個(gè)更優(yōu)的方案，實(shí)現(xiàn)減小體積、提升功率、降低發(fā)熱，且適合大批量生產(chǎn)。

鷹峰電子 羅青松 鑒于升壓電感功率較高，重量也相對較大，約為3-5公斤左右。通常情況下，產(chǎn)品必須符合汽車行業(yè)的大規(guī)模生產(chǎn)和高品質(zhì)要求，因此升壓電感生產(chǎn)過程必然需要實(shí)現(xiàn)全自動化。要實(shí)現(xiàn)全自動化生產(chǎn)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)不僅需滿足性能指標(biāo)，還需符合自動化批量生產(chǎn)的工藝要求，這兩者缺一不可。否則，要么無法達(dá)到產(chǎn)量要求，要么無法滿足質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。目前，鷹峰電子已成功實(shí)現(xiàn)該車規(guī)級升壓電感的全自動化生產(chǎn)，月產(chǎn)能約為20萬顆。

汽車行業(yè)專業(yè)人士 張經(jīng)理 主驅(qū)逆變器集成升壓電路，最主要的問題在于電磁兼容性(EMC)。逆變器內(nèi)部高頻、高壓和DCDC，OBC不處于同一個(gè)數(shù)量級，因此需要考慮如何優(yōu)化EMC以及如何屏蔽干擾的問題。此外，還要考慮到集成度的問題，如何令主驅(qū)單元更加緊湊，以提升客艙內(nèi)空間。在一些車型中，感抗器被應(yīng)用，其作用與升壓電感類似。對于整車廠而言，只要能夠滿足升壓性能指標(biāo)(效率、精度和響應(yīng)等)，就可以綜合考慮成本、質(zhì)量和供貨穩(wěn)定性。

4.未來，主驅(qū)控制器用升壓電感主要往什么方向發(fā)展?

云路新能源 張建華 目前趨勢是DC/DC、OBC二合一集成，或者DC/DC、OBC和PDU三合一集成，功率密度大幅提升，體積降低。因此升壓電感發(fā)展方向?yàn)楦叩墓ぷ黝l率、更高的耐壓、高磁飽和、低損耗、低溫升以及小型化。

這也對升壓電感提出了以下幾點(diǎn)要求：功率密度提升、磁芯與骨架或線圈注塑一體化、高耐溫等級。

鷹峰電子 羅青松 首先是高功率，未來升壓電感預(yù)計(jì)功率將提升至50-60KW;其次是小體積。目前大部分新能源汽車使用的是IGBT模塊，最高頻率僅為4K，而采用碳化硅方案后，頻率可達(dá)25K。在這種情況下，對升壓電感的要求也將降低，體積會相應(yīng)減小;第三則是溫升，也就是耐高溫性能。目前我們使用的材料可以承受高達(dá)180度甚至200度的溫度，但電感溫度過高就會像一個(gè)發(fā)熱元件，影響整個(gè)控制器的內(nèi)部溫度，而這又涉及到快速水冷散熱設(shè)計(jì)的問題。

岑科科技 杜軍 升壓電感未來發(fā)展方向主要為小型化。一方面，磁性材料能否進(jìn)一步提高飽和能力，這樣磁芯也能做得更加小。另一方面就是降低損耗，就電感變壓器來說，除了銅線本身的直流電阻帶來的損耗之外，還有很大一部分來自開關(guān)電路在磁芯上引起的磁通變化，也就是常說的鐵損。如果磁芯本身的交流損耗降低，銅線也能夠更加細(xì)。

汽車行業(yè)專業(yè)人士 張經(jīng)理 未來該類元器件就是抗電磁干擾、耐高溫、高度集成化等，還有就是一定要把成本做下來，把可靠性供貨穩(wěn)定性做上去?，F(xiàn)在新能源汽車領(lǐng)域越來越卷，后面將進(jìn)入廝殺紅海狀態(tài)，上述幾點(diǎn)都是電感變壓器廠商要盡可能給OEM保證的。

▲車規(guī)級升壓電感結(jié)構(gòu)示意圖 資料來源：公開市場資料

5.從市場空間上看，您預(yù)測升壓電感未來的需求量大概有多大?

云路新能源 張建華 升壓電感需求量預(yù)計(jì)會增加，但具體會增加多少不好預(yù)估，未來的市場應(yīng)該有一段多樣化共存的過程。新能源汽車往大電流、大功率方向發(fā)展，對磁芯材料、線材、貼合膠水、絕緣膠帶等提出了更高的要求，磁芯材料的優(yōu)化尤為重要，降低磁芯損耗，提升磁飽和密度。降低線材的損耗，絕緣材料的耐高壓、耐高溫要求更高。研發(fā)滿足性能要求的新型磁芯材料亦是發(fā)展方向。

在新能源汽車取代傳統(tǒng)燃油車的趨勢下，新能源汽車還有很大的發(fā)展空間。因此對汽車部件來講，市場需求量很大。未來的汽車市場，一定是以新能源汽車為主，隨著傳統(tǒng)燃油車逐步被替代，從汽車市場的總體規(guī)模來看，對電動汽車的零部件來說，市場發(fā)展空間巨大。

鷹峰電子 羅青松 混合動力汽車實(shí)際上是在電池沒有突破之前的過渡車，但這個(gè)時(shí)間的話，我認(rèn)為應(yīng)該在十年左右。在這十年之內(nèi)，混合動力汽車的銷量是增長的，按照新能源車到現(xiàn)在的滲透率，2023年滲透率是40%，然后每個(gè)月按照1%增長的話，假設(shè)2030年新能源汽車能做到2000萬的銷量。如果混動車占5成，就是1000萬，那么其中5成當(dāng)中又有5成用升壓電感的話，那么大概一年有500萬的升壓電感需求。

岑科科技 杜軍 隨著整個(gè)充電網(wǎng)絡(luò)，尤其是現(xiàn)在換電網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，再加上這個(gè)長續(xù)航電池的進(jìn)一步升級，純電動車的發(fā)展趨勢將變得更加明顯。長期來看，對于純電動車是否需要升壓電感這個(gè)問題尚不確定。有人認(rèn)為在設(shè)計(jì)上可能并不需要(升壓電感)，因?yàn)殡妱榆嚤旧淼碾妷浩脚_已經(jīng)相當(dāng)高，即使在電量枯竭時(shí)，也不會對輸出功率產(chǎn)生太大影響。

6.上述有汽車工程師也提到目前升壓電感存在投入成本大和回報(bào)周期長的難題，因此未來對電感變壓器企業(yè)的挑戰(zhàn)包括用更低的成本實(shí)現(xiàn)更好的性能，關(guān)于這點(diǎn)，您認(rèn)為電感變壓器企業(yè)該如何克服?

云路新能源 張建華 電感變壓器企業(yè)的進(jìn)入門檻較低，其一，電感變壓器企業(yè)需要結(jié)合自身的特點(diǎn)制定合適的發(fā)展戰(zhàn)略，不要盲目去跟風(fēng)，其二，建立電感變壓器企業(yè)自己的核心競爭力，包括智能設(shè)計(jì)、智能制造和數(shù)字化管理，以及穩(wěn)定人員等;其三，方案設(shè)計(jì)需要往車規(guī)級優(yōu)化方向走，標(biāo)準(zhǔn)化系列化布局，使產(chǎn)品具有更優(yōu)的性價(jià)比;總的來說行業(yè)競爭激烈，電感變壓器企業(yè)需要找準(zhǔn)自己的戰(zhàn)略定位，找準(zhǔn)賽道，尋找差異化競爭，建立品牌優(yōu)勢，努力構(gòu)筑企業(yè)自已的“護(hù)城河”，在自己所善長的細(xì)分領(lǐng)域進(jìn)行深耕及持續(xù)創(chuàng)新，力爭做到最大，再圖多元化布局。

鷹峰電子 羅青松 車規(guī)磁元件是一種高價(jià)值的產(chǎn)品。電感變壓器企業(yè)需要符合質(zhì)量管理體系，并且必須嚴(yán)格執(zhí)行，否則可能導(dǎo)致后續(xù)罰款和召回問題。另外，生產(chǎn)方面，如果電感變壓器企業(yè)采用專線生產(chǎn)，投入成本和回報(bào)周期會較長。因此，生產(chǎn)線需要具備一定的靈活性，以便適應(yīng)不同型號的產(chǎn)品生產(chǎn)，從而降低成本。

岑科科技 杜軍 這需要根據(jù)公司的決策來確定。如果對市場前景持樂觀態(tài)度，當(dāng)然需要堅(jiān)定地投入。隨后便要從產(chǎn)品本身入手降低成本，正如之前提到的，通過減少損耗、提高磁飽和能力，使產(chǎn)品更加小型化，同時(shí)減少銅線使用量，從而實(shí)現(xiàn)成本的相對降低。

小結(jié)

記者從上述采訪對象中了解到，此前國內(nèi)的升壓電感國內(nèi)需求并不大，國產(chǎn)電感變壓器廠商主要針對海外市場。隨著近幾年800V新能源電動車的普及，用到升壓電感的地方也越來越多，例如在充電模塊、電動車電控中等。此外，在光伏、儲能等上涉及到升壓電路的板塊也將運(yùn)用升壓電感。

就插電式混合動力汽車市場分析，2023年，插電式混合動力汽車將會是新能源車市場的主力。2023年，插電式混合動力汽車銷量同比增長84.7%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出純電動車的24.6%?？梢哉f，升壓電感在未來一段時(shí)間的需求仍呈上升趨勢。

從產(chǎn)品性能上看，小體積、高功率仍是對升壓電感性能的要求，也是升壓電感未來的技術(shù)難點(diǎn)。若其在汽車上使用，電感變壓器廠商也需嚴(yán)格遵守車規(guī)體系的標(biāo)準(zhǔn);在生產(chǎn)上，成本是主機(jī)廠重要的考量之一。但對于電感變壓器廠商來說，目前，升壓電感的價(jià)格逐漸降低，雖然價(jià)格相對其他產(chǎn)品來說處于高位，但由于原材料價(jià)格波動、前期投入和回報(bào)周期等因素，對于尚未成熟的廠商來說或許是入局的難點(diǎn)。

對于新能源汽車中升壓電感未來的發(fā)展空間，有部分工程師也對此持不樂觀的態(tài)度。除了產(chǎn)品本身毛利率的較低，也有工程師說到，Boost電路可把系統(tǒng)電壓從270V升至700V，系統(tǒng)效率可提升1%~2%，但電路boost本身會有損耗。不過Boost可以提升電機(jī)功率，拓寬電機(jī)工況點(diǎn)，提升電機(jī)效率點(diǎn)。但是如果電池性能提高，也可以做到，所以未來升壓電路的競爭對手其實(shí)是電池密度/成本。

因此，面對市場的不確定性，電感變壓器廠商需要具備柔性生產(chǎn)的能力。除了保持現(xiàn)有產(chǎn)品線的穩(wěn)定生產(chǎn)外，還應(yīng)該積極開拓相關(guān)領(lǐng)域，將原本用于生產(chǎn)特定類型電感的設(shè)備和技術(shù)轉(zhuǎn)化應(yīng)用到其他產(chǎn)品的制造中。在不斷探索和創(chuàng)新的過程中，電感變壓器廠商也能夠更好地應(yīng)對市場挑戰(zhàn)，保持行業(yè)競爭力。

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審核編輯 黃宇