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磁元件企业如何跑入百亿便携储能电源赛道?
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磁元件企业如何跑入百亿便携储能电源赛道?

2022-06-07 14:12:12 来源:电子变压器与电感网 作者:陈泽香 点击:1422

【哔哥哔特导读】有行业机构预计,2021 年全球便携式储能电源市场规模超百亿元。磁性元器件企业如何跑入百亿便携储能电源赛道?

编者按:近年来,受新冠疫情影响,聚集性跨省、跨国旅游减少,周边户外野营等少人聚集的出游形式成为许多人闲暇时放松的选择。随着户外活动参与人群的增加以及应急备灾安全意识的增强,便携储能电源市场呈现出强劲爆发力。

根据中国化学与物理电源行业协会的统计,2016 年全球便携式储能出货量仅为 5.2 万台, 全球市场规模仅为 0.6 亿元,五年间市场迅猛扩张,预计 2021 年全球便携式储能出货量达到 483.8 万台(同比+131.7%),市场规模达到 111.3 亿元(同比+161.3%)。

所谓便携储能电源,实际就是一种安全、便携、稳定、环保的小型储能系统,是采用内置高能量密度的锂离子电池来提供稳定交、直流电输出的电源系统。

受其使用场景影响,消费者对其便携性、充电速度、安全性等性能有着更高的需求。便携储能电源企业依据消费者需求不断改进技术,亦对包括磁芯、磁性元器件企业在内的上游企业提出新的技术要求。

本期《对话》栏目,让我们听听国内便携储能电源企业对磁性元器件具体有何要求?为想要布局或已经布局服务器领域的磁芯、磁性元器件企业进一步了解便携储能电源行业生态提供力所能及的点拨。

对话嘉宾:

对话嘉宾

对话导览:

1. 便携储能电源的重要特点之一,就是方便携带,未来便携储能电源势必会往更小的体积方向改变。磁性元器件企业通过什么方案推动产品小型化轻量化?

2. 由于消费者追求充电速度更快,未来还将继续往更高功率发展。磁性元器件企业是否能满足当前电源企业的功率要求?未来如何助力便携储能电源提高功率?

3. 由于便携储能电源的应用场景越发广泛,且在户外易受环境温度、下雨天气等影响,对其整体安全性与散热性提出了更高的要求。磁性元器件企业如何提升产品的安全性与散热性?

4. 从消费者对便携式储能电源的需求以及其技术发展趋势来看,磁性元器件未来需要往损耗降低,提升转化效率方向发展。影响磁性元器件损耗、转化效率的因素都有哪些?磁性元器件企业通过可通过什么措施降低损耗,提升转化效率?

5. 企业对于选用的磁性元器件产品质量严格把关,但同时在原材料、芯片等价格上涨的压力下,也会考虑到磁性元器件价格问题,在当中寻求平衡。磁性元器件企业如何做到提升产品品质的同时降低成本,提升产品竞争力?

6. 谈谈对便携储能电源市场的看法,未来是否会扩大布局?

绿联科技:便携储能电源的重要特点之一,就是方便携带,未来便携储能电源势必会往更小的体积方向改变。一般来说,电池的大小与重量对储能电源的影响最大,对于磁性元器件企业而言,也需尽可能缩小体积与重量(磁性元器件企业通过什么方案推动产品小型化轻量化?)

嘉龙海杰:通过高频化,集成化,模块化缩小磁性元器件体积及重量

(1)高频化,提高工作频率可以减小绕组圈数及磁芯体积,从而减小磁性元器件的体积及重量。我司有丰富经验及成功项目,通过选择匹配的磁芯材料,多股线及合理的布置绕组结构,降低高开关频率下的磁损及铜损,使磁性元器件在减小体积情况下温升及效率均满足应用要求。

(2)集成化,通过共用绕组或者共用磁芯,减小磁性元器件体积。

(3)模块化,将电容,电阻,开关管等电子元件布置在磁芯与绕组间的高度落差,充分利用空间,从而减小磁性元器件体积。

协兴电子:作为磁性元器件供应商主要还是看上游客户与方案公司的方案,我们会配合客户工程师整合磁性元器件的尺寸与性能,目前的方案有将主变压器与PFC电感做成一体化,也有用铜包铝减轻总体重量的。

郡嘉电子:我们主推平面变压器来替代传统变压器方案,大大缩小变压器的空间和重量。郡嘉电子生产的一个主变(PQ40)能替代原有客户传统的三个主变(PQ35),减少了磁性元器件所用数量,也降低了整体的体积与重量,已经有多个成功案例。

力可为:磁性元器件企业单独针对体积小型化、轻量化去设计并不可行。因为磁性元器件体积的大小还与芯片、频率挂钩。所以我们磁性元器件企业需要跟芯片企业一起去沟通协作。在前期芯片厂商、客户端提供设计资料过来后,我们会结合磁性元器件可提供的选型、自动化生产、成本等多方面因素进行沟通,最终达成上下游企业双方都能接受的状态。

凯通电子:我们认为电子设备整机、器件小型化、轻量化是一个永恒的主题、永远在路上。山东春光集团是全世界最大的专业化生产MnZn铁氧体粉料的公司,也有很强的材料研发能力,生产的粉料畅销全国各地;山东凯通电子有限公司主要采用集团公司稳定、优质的高阶粉料,优化烧结工艺,提高高导磁心的磁导率、降低功率磁心的损耗来实现磁心小型化,满足客户需要。

电小二

电小二:目前便携储能电源的主流功率输出规格有300W/500W/1000W/1500W,市面上如电小二能做到2200W,且由于消费者追求充电速度更快,未来还将继续往更高功率发展。(磁性元器件企业是否能满足当前电源企业的功率要求?未来如何助力便携储能电源提高功率?)

嘉龙海杰:我司有各种类型的生产车间及线体,可配合客户生产各种功率级数的产品,目前生产的产品功率在5W-22KW之间。且有丰富及强大的技术团队配合客户开发各种功率级数的磁性元器件提高功率的方式通常为提高工作电压或工作电流,提高工作电压相应的安规距离,绝缘耐压要求也会增加,提高工作电流绕组的截面积需要增加。高电压高绝缘要求的绕组采用多股三层绝缘线或膜包绞合线,低压大电流绕组采用扁平线或铜片,我司有成熟的供应链提供相对应的物料,材料交期3-7天,可快速配合客户设计打样验证。

协兴电子:把功率做大体积做小是电源行业永恒的追求,但是需要在保证产品质量与使用寿命的前提下发展。后续将会使用一系列新的线材(包括三层绝缘绞合线,方形高温膜包线)与更低功耗的磁芯。

郡嘉电子:我们已经能配合客户去生产1kW、2kW、3kW等多种不同功率的便携储能电源。每个客户的设计理念不同,便携储能电源里应用的磁性元器件也会有所不同。一般来说,便携储能电源会用到主变、差模电感、共模电感、PFC电感等多种类型磁性元器件。依据功率的不同,应用磁性元器件的数量也会有所改变。以平面变压器为例,应用在1kW、2kW的便携储能电源只需一个,3kW的便携储能电源则需要两个平面变压器。

凯通电子:随着便携式储能电源的主输出功率越来越大、充电速度越来越快,以碳化硅SiC、氮化镓GaN为代表的第三代半导体有着禁带宽度大、高击穿电场、高热导率、高电子飘逸速度以及高功率密度的特点。随着这类器件的推广使用,磁性元器件对磁性材料的要求越来越高。我们正在努力研制、投产新型材料,满足使用频率提高提高到200kHz、300kHz,性能因子Bm*f能够得到有效提升的同时,磁心损耗不高于100kHz,200mT来满足磁性元器件的需要,如已经在小批量产的KH96A。持续优化、产业化频率在200kHz~1MkHz的磁心的电气性能是我们近期努力的目标之一。

电小二

拆解电小二1000W便携储能电源(图源网络)

罗马仕:由于便携储能电源的应用场景越发广泛,且在户外易受环境温度、下雨天气等影响,对便携储能电源的整体安全性与散热性提出了更高的要求。(磁性元器件企业如何提升产品的安全性与散热性?)

嘉龙海杰:我司通常依照最恶略的工作环境进行电气设计,结构设计及选材,并预留一定余量,另样品完成后会依照工作环境做冷热冲击,高温高湿,机械冲击,机械振动等可靠性测试进行验证。设计时建议客户预留匹配的空间,选用线饼+铜片或PCB+铜片的结构,更有利于散热。另绝缘材料的选择除关注其绝缘性能及工作温度外,综合考虑其导热性能。

力可为:传统来看,为了散热会在机柜外面安装风扇,现在由于要将结构、体积做小,磁性元器件会采用自然的冷却方式。比如实际上客户需要做到1200W,我们的磁性元器件能达到1500W的需求,那么就有足够的余量来解决温升问题,不会发热。一般在设计时的温度设定是100℃,但实际工作温度最高只会达到80℃,这就不会出现因温度太高而造成安全问题。

郡嘉电子:通过改变磁性元器件结构,如在磁性元器件内部保留风道,便于散热,这就要和产品体积的小型化之间做一个平衡。

协兴电子:这些要求有时候看起来就是矛与盾的关系,既要功率大又要体积小,既要安全距离还要散热好。其实散热方面可以参考高端电脑主板的冷却系统,使用冷却液降温。

凯通电子:实际上,电源对MnZn铁氧体材料的要求已经不是过去单纯的高磁导率、低损耗了,都希望得到一个宽频、宽温、高Bs和低损耗的复合体。春光集团 凯通公司有全国优秀的科研、生产设备,也有全国可靠的检测硬软件分析手段,有一个兢兢业业、任劳任怨的专业化科研团队,长期参与了多个世界著名电源公司的设计,我们认为要解决磁性元器件的安全性和散热,除了材料本身要尽可能做到宽温以外,磁心的尺寸、电气性能的质量一致性也不能忽视,磁心的形状对磁性元器件散热影响也很大,如扁平化磁心有助于磁性元器件的散热,是解决磁性元器件散热的有效途径之一。

奥海科技:从消费者对便携式储能电源的需求以及其技术发展趋势来看,磁性元器件未来需要往损耗降低,提升转化效率方向发展。(影响磁性元器件损耗、转化效率的因素都有哪些?磁性元器件企业通过可通过什么措施降低损耗,提升转化效率?)

嘉龙海杰:精准定制:磁性元器件通常根据电路最恶劣的工作条件进行设计,为避免饱和,留一定余量,这样效率往往做不到最优化。我司设计磁性元器件时会确认电路详细的工作模式,例如周围环境温度,长期工作温度,最高工作温度,最低电压输入的时长,最低工作频率,最大工作频率,最大过载,电路中出现最大的电压/电流及时长等等信息,综合考量选择匹配的磁芯材质及线径,布置绕组结构,并进行仿真,做到规定尺寸内,磁性元器件效率最优化。

郡嘉电子:损耗的问题主要从材料和工艺两方面解决。郡嘉的磁性材料基本选用95材,甚至是96、97材等高性能材料。生产工艺上,如将传统电子变压器做成平面,增加初次级的耦合面积,减少了漏感,从而降低损耗。

协兴电子:降损耗提升转化效率一直是电源工程师孜孜不倦追求的目标,我们一般会向电源厂家的工程师推荐一些损耗小,温升低,抗干扰性能好的磁芯,总体来说要根据客户的需求来综合选型。

奥海科技:一方面,在提升磁芯磁通饱和密度的同时避免磁饱和、温度过高等现象;一方面,选用绞合三层绝缘线膜包线、FIW线等能降低铜线趋肤效应,提升铜线的有效使用面积等能减少损耗的线材。

品胜电子:我们对于选用的元器件产品质量严格把关,但同时在原材料、芯片等价格上涨的压力下,也会考虑到元器件价格问题,在当中寻求平衡。(磁性元器件企业如何做到提升产品品质的同时降低成本,提升产品竞争力?)

嘉龙海杰:生产主要涉及的成本为物料成本,制造成本,管理成本等.

(1)针对物料成本, 我们利用一定的采购规模优势, 培养策略的物料供应商,获取最佳的价格支持,共同在市场抢单;

(2)针对制造成本,我们的主要生产基地在广西贵港,用工成本偏低,且人员稳定,持续提升生产效率; 针对量大的型号,坚持投入自动化设备,实现灵活的分段自动化生产;

(3)针对管理成本, 我们正在推行降本增效行动,从不浪费一滴水&一度电开始,降低公司的管理成本,提升成本竞争力.

(4)产品归一化设计,共用物料,降低物料成本,另生产线体及工治具共用,降低管理成本。

(5)整机企业在项目启动时,若允许磁性元器件企业参与磁性元器件的设计,综合考虑磁性元器件企业的建议,更便于生产制造,往往能做到效率及成本最优化。

力可为:要保证产品的品质以及控制成本,最重要的就是要采用标准件生产,这就能在满足产品一致性的同时,通过批量化生产降低成本。因此我们都会在前期深度参与设计环节,提供磁性元器件的标准件,为后续的产品品质和降成本提前做好准备。

协兴电子:我司配备了完整的可靠性实验室(直流叠加,高低温冲击,磁芯功耗仪等),同样的材料会优选2-3家有实力的供应商合作,所有原材料都将通过我司的可靠性测试。确保做到紧急时有备胎质量有保证价格有优势。

郡嘉电子:我们正大力发展平面变压器,增加自动化设备,降低人工成本。今年下半年至明年,还会将东莞这边的厂地打造成智能制造车间,推动磁性元器件生产往自动化、智能化方向发展。

凯通电子:MnZn铁氧体生产是个资金密集型、劳动密集型和技术密集型行业,成立近二十年的凯通公司既是一个老公司、也是一个新公司,公司这两年走在了一个快速、稳步提质、扩量的路上,通过这两年快速换装老旧设备,配备行业最先进的成型、烧结、磨加工设备,有效的提升了产品质量;我要求的是公司能用机器的地方绝不用人,采用机器换人的思路增加自动化辅助设备,极大地减轻了工人的劳动强度,提高劳动生产率;加之人工智能AI视觉系统的投入运用,以及流程化的在线管理系统的启动。现在,质量的稳定性一致性明显改善,劳动生产率得到了实质性提高,交货准确率都得到了大幅度的改进,公司的产品竞争力得到了有效提升。同时凯通公司还下大力气配备和使用先进的生产管理MES系统,通过对生产系统的细致化管理,提升产品生产一致性和可追溯性,能够更好的实现批次间稳定性,保证品质。

谈谈对便携储能电源市场的看法,未来是否会扩大布局?

电小二:国家倡导新能源,新能源是一个趋势,便携储能电源跟户外露营旅游自家等匹配度关联很高。近几年野外露营也成为年轻人的一种时尚游玩方式,相应的便携储能电源可以说水涨船高。

奥海科技:便携式储能又称“大号充电宝”、“户外电源”,搭配太阳能板使用,可以实现户外灵活充放电、家庭紧急备电等需求。便携式储能作为储能市场的分支,优在便捷,主要应用于户外活动与家里临时备电。伴随产品成熟度提升和储能成本下行,行业于2018年左右开始逐渐放量,自2018年以来,便携式储能行业进入高速增长,据统计,2021年行业全球出货约483.8万台,销售金额达111.3亿元。目前,行业在全球正处于发展初期,需求侧户外旅行+备电需求依然庞大,且渗透率较低,供给侧储能政策频出,且成本有望中期下行,我们认为行业未来空间较大。预计2026年全球便携式储能行业规模有望达到882亿元,出货量3110万台。

嘉龙海杰:户外电源可以给无人机、数码相机、笔记本电脑、游戏本、车载冰箱、厨用小家电等设备充电,解决户外娱乐消遣、生活办公、应急启动车辆的用电难题,随着行业的发展,便携式储能电源行业的市场规模将会持续增长,我司广西贵港生产基地有预留空间,可随时扩充磁性元器件生产规模应对订单的增长需求。

力可为:我们认为接下来便携储能电源相关磁性元器件的市场还会继续增长。虽然疫情导致人们很少能实现跨省、跨国旅游,但是周末的时候,去周边露营等放松方式越来越受到人们的喜爱。且随着汽车产业的发展,周边旅游经济兴起,便携储能电源的应用场景也会越来越多。接下来我们也会考虑扩大这一市场领域布局。

结语:

有行业机构预测,2025 年便携式储能市场新增出货 2470 万台,21-25 年均复合增速 50%;新增装机量可达约 17.3Gwh,年平均复合增速约 58%;市场空间达 563亿元,年平均复合增速约 50%。

从全球布局来看,中国占据了全球90%以上的产量和出货量,是便携储能电源的主要生产地。百亿便携储能电源市场,也吸引了越来越多电源企业与磁性元器件企业入局、加码。从对话中我们也发现,无论是便携储能电源企业还是磁性元器件企业,都十分看好这一新赛道,未来也打算继续扩大这一市场领域布局。

记者通过与国内多家便携储能电源企业对话得知,电池仍是当前影响便携储能电源发展的最大技术难点。未来,随着电池能量密度技术和电池系统设计的不断优化,电池的续航性、稳定性将不断提升,便携储能电源有望进一步增长。以电小二为例,目前市面上一块便携储能电源大概能实现500次充放电,之后寿命会逐渐衰减到20%以内。记者了解到,如今电小二已经研制了新品,后续会用到更好的电芯,使用次数能达到1000次,足以满足消费者的普遍需求。

对磁性元器件的技术要求,主要集中在小型化轻量化、高功率、安全性、降损耗提效率等方面,对此,磁性元器件企业普遍都有其应对方式,足以满足当前便携储能电源企业的需求。

值得一提的是,本次对话,多家便携储能电源企业与磁性元器件企业提到,希望磁性元器件企业未来能更多地参与前期设计环节,利用磁性元器件企业本身的专业优势提供更加适合的产品解决方案。我们也期待,上下游产业链企业能勠力同心,共同发掘便携储能电源更多优秀产品方案!

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