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前汽車產(chǎn)業(yè)的一個重要發(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，實現(xiàn)了提升車載電池電壓以帶動高電壓驅(qū)動電機的功能。

▲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、價值量也大，因而也成為了業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注點所在。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

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，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升壓電感，若是多組電機且電機電壓不同或有機會增加主驅(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成本的15%-25%左右，因為OBC充電機各方面要比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)計需綜合考慮，找到成本與性能的平衡點。

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)驗的電感變壓器企業(yè)并不多見。

2.在選擇和設(shè)計升壓電感時，看重的技術(shù)指標有哪些?

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)鍵的指標包括前述六點以及動態(tài)電感量要求以及尺寸管控的嚴格性。

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準各有不同。我們主要關(guān)注升壓電感感量，因為感量會影響電路特性和磁飽和情況。其次是體積，必須限制在一定范圍內(nèi)，不能無限擴大。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到2-3安培每平方，有封裝的情況下則需要達到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。雖然既要體積小和又要散熱好這是一個互相矛盾的問題,但還是需要更合理的設(shè)計讓升壓電感體積小的同時如何讓電流功率能夠更高。

通合電子 張宇恒 主要難點在于散熱。升壓電感在汽車中扮演著變速箱的角色，具有兩個主要功能。首先，升壓電感能夠改變電流的方向，實現(xiàn)車輛的前進和倒退。其次，升壓電感通過電控提高輸出電流，以加速驅(qū)動電機。然而，在這個過程中，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)備折舊等多個因素。價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)，進一步推動升壓電感價格下降。

云路新能源 張建華 電驅(qū)控制器由升壓轉(zhuǎn)換器、對應(yīng)雙電機的兩組電機驅(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)計的重中之重，其承擔著驅(qū)動大功率動力電機的功能。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)。

升壓電感主要難點有以下幾點：其一，對磁芯性能要求比較高，尤其公差波動要求嚴厲;其二，因為很多方案都是定制件，通用性較差，電感變壓器企業(yè)在評估投入自動化產(chǎn)線時存在較大風險，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，其實是一個綜合的技術(shù)問題，最大的難點是要全面系統(tǒng)化去分析優(yōu)化設(shè)計，更合理選用材料，從而達到一個更優(yōu)的方案，實現(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)過程必然需要實現(xiàn)全自動化。要實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)，產(chǎn)品設(shè)計不僅需滿足性能指標，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，要么無法達到產(chǎn)量要求，要么無法滿足質(zhì)量標準。目前，鷹峰電子已成功實現(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(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)展方向為更高的工作頻率、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180度甚至200度的溫度，但電感溫度過高就會像一個發(fā)熱元件，影響整個控制器的內(nèi)部溫度，而這又涉及到快速水冷散熱設(shè)計的問題。

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。

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，后面將進入廝殺紅海狀態(tài)，上述幾點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 混合動力汽車實際上是在電池沒有突破之前的過渡車，但這個時間的話，我認為應(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)，再加上這個長續(xù)航電池的進一步升級，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問題尚不確定。有人認為在設(shè)計上可能并不需要(升壓電感)，因為電動車本身的電壓平臺已經(jīng)相當高，即使在電量枯竭時，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現(xiàn)更好的性能，關(guān)于這點，您認為電感變壓器企業(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)合自身的特點制定合適的發(fā)展戰(zhàn)略，不要盲目去跟風，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、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)計需要往車規(guī)級優(yōu)化方向走，標準化系列化布局，使產(chǎn)品具有更優(yōu)的性價比;總的來說行業(yè)競爭激烈，電感變壓器企業(yè)需要找準自己的戰(zhàn)略定位，找準賽道，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“護城河”，在自己所善長的細分領(lǐng)域進行深耕及持續(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，當然需要堅定地投入。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，同時減少銅線使用量，從而實現(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%，遠遠高出純電動車的24.6%?？梢哉f，升壓電感在未來一段時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。若其在汽車上使用，電感變壓器廠商也需嚴格遵守車規(guī)體系的標準;在生產(chǎn)上，成本是主機廠重要的考量之一。但對于電感變壓器廠商來說，目前，升壓電感的價格逐漸降低，雖然價格相對其他產(chǎn)品來說處于高位，但由于原材料價格波動、前期投入和回報周期等因素，對于尚未成熟的廠商來說或許是入局的難點。

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可以提升電機功率，拓寬電機工況點，提升電機效率點。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