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光伏头部企业如何挑选磁芯供应商?
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光伏头部企业如何挑选磁芯供应商?

2023-02-17 11:44:45 来源:磁性元件与电源 作者:丘水林 点击:5011

【哔哥哔特导读】高品质的磁芯应具备哪些特性?能赢得整机、磁性元器件企业认可的磁芯企业又具备哪些特点?未来磁芯企业会遇到哪些挑战和机遇?

磁芯作为磁性元器件的重要组成部分,其性能、品质的高低影响着最终磁性元器件的成品。企业数量较多,产能规模较小,不利于磁芯行业的发展,也对下游整机企业的选材增加了难度。那么,高品质的磁芯应具备哪些特性?能赢得整机、磁性元器件企业认可的磁芯企业又具备哪些特点?本文针对占据磁芯产能绝大部分的软磁铁氧体磁芯,邀请光伏领域头部企业共同探讨磁芯供应商的选择标准。

铁氧体磁芯在光伏领域的应用情况及痛点

铁氧体磁芯主要含锰锌系 (含功率与高导) 、镍锌系和镁锌系等,应用于电子系统中电磁信号的感应、耦合、转换、变换、传输、隔离、吸收,最大的用途是制作各种电子变压器、电感器、滤波器(EMI)等。

在光伏逆变器中,磁芯主要应用在输入回路的直流EMI滤波器、高频DC—DC变换电路的储能电感器 (非隔离系统)、高频DC—DC变换电路的隔离变压器 (隔离系统)、取样电路的电流互感器、以及工频逆变电路的电抗器、 交流EMI滤波器、隔离变压器等相关产品,在光伏系统中有着广泛的应用。有研究表明,磁性元器件是光伏系统中除功率器件外的第二大损耗源,中国电源学会磁技术专业委员会主任委员、太原理工大学杨玉岗教授也表示,磁性元器件的损耗在整个光伏逆变系统中占比约在20%-30%,而磁芯正是解决磁性元器件损耗的关键一环,随着产品不断向高频化演进,未来铁氧体磁芯在光伏领域,乃至整个新能源领域仍具有不可替代的作用。

杨志刚提到,铁氧体磁芯电阻率高,涡流损耗低,适用于高频电路中,铁氧体磁芯主要以共模电感、高频变压器、EMC磁环、互感器等磁性器件应用在阳光电源逆变器产品中。

吴新胜进一步表示,铁氧体磁芯的技术已经非常成熟,可选材材质种类多,较之金属粉芯,铁氧体工作频率高,损耗相对低,在电路中,根据不同的设计要求,选择的铁氧体软磁材质选择也不尽相同,主要是根据频率范围来选择,比如中高频损耗低成本低,有利于进入高频市场。吴新胜透露,2022年,海光铁氧体磁芯采购额已达2亿元。

软磁铁氧体磁芯是一种用途广、产量大、成本低的电子工业及机电工业和工厂产业的基础材料,是重要的支柱产品之一,它的应用直接影响电子信息、家电工业、计算机与通讯、环保及节能技术的发展,是衡量一个国家经济发达程的标志之一。

虽然中国已成为全球最大的软磁材料生产地区,占据了全球70%以上产能,但整个产业仍呈大而不强的格局。根据中国电子元件行业协会的数据统计,2021年中国软磁材料的产量36.1万吨,但目前从事软磁材料生产的磁芯企业超过300家,3 万吨以上产能仅横店东磁、天通股份和冠优达,万吨以上产能企业约10余家,1000吨以上初具规模的企业约 100 家,大多数企业的生产规模在 500 吨左右。

磁芯在光伏领域的应用

新能源头部企业供应商选择标准

数量众多的磁芯企业,加剧了磁芯行业的竞争,也在一定程度上增加了整机企业供应商挑选和管理的难度,那么,整机企业在选择磁芯企业供应商时,一般遵循什么流程?会关注磁芯企业哪些方面的能力?

从采访中我们也了解到,头部光伏整机企业,均已形成较为成熟的管理体系。杨志刚提到,阳光电源在选择磁性元器件或磁芯供应商方面已形成一整套管理体系,磁芯重点纳入二级供方管理,有专门的团队对新供方进行审核和验证,重点在供方的技术研发、质量、资质、实力、配套能力等方面严格考核,综合打分,根据打分结果分级管理。每个季度对供应商绩效评价与反馈,每个年度还会对供应商进行考核与复盘,对优秀供应商进行升级管理,对不达标供应商进行降级或者淘汰管理,保证供应链的稳定发展和良性循环发展。

海光自1988年成立以来,经过多年的技术沉淀和稳健经营,已形成稳定的合格磁芯供方清单。据吴新胜介绍,海光每年也会根据客户的要求和内部需求,评估是否增减磁芯供方。如果增加,海光会重点关点和考察磁芯企业的管理体系、过程管控、技术实力、成本、设备能力、细分领域表现、样品速度(含雕刻磁芯速度)以及样品性能等多个维度。

为应对新能源领域外部环境的激烈竞争及内部整机产品大批量快速迭代发展的要求,整机端企业必然会建立自己完整的供应链管理体系与准入准出机制,必然会有自己的核心战略伙伴,未来是强强联合发展的天下,低成本、高性能、高可靠的产品是王道。

前文我们已简单介绍过目前磁芯行业基本情况,那么,除了众所周知的东磁、天通等头部磁企,还有哪些磁芯企业具备发展潜力?

此次采访中,我们也了解到,冠优达、中德电子、尚朋高科和上海继胜等一批具备一定规模的磁芯后起之秀,也开始逐步受到越来越多的整机企业关注。目前冠优达、中德电子已进入阳光电源资源池,吴新胜还提到,海光也正在使用冠优达铁氧体磁芯产品,尚朋高科也已进入其合格供方,同时在进一步了解和观察中德电子和上海继胜。 

部分磁芯企业营收及产能情况汇总

部分磁芯企业营收及产能情况汇总

一是具备一定营收和产能规模。企业的营收与产能规模是其实力最直观的体现方式,对于规模体量庞大的头部整机企业而言,上游磁芯供应商的产能规模是考察的重要指标,尤其是近几年国际环境的变动,整机企业为保证自身供应链的稳定,更加剧了这一趋势,对于磁芯供应商而言是扩大产能规模较佳的窗口期。

二是具备一定的研发水平和技术实力。吴新胜提到,磁芯供应商具有哪些资质,是否具有专业的、有经验的研发工程师,能否把磁芯的损耗降低、性能提高等,是考察磁芯供应商技术实力的重要指标,而细分领域的相关产品的生产经验、技术论文发表数量、参与标准制定等也皆是其技术实力的加分项。

三是完善的流程与品控管理体系。以业内某知名企业的光伏逆变器解决方案为例,看上去相对较为简单的驱动变压器,但使用量高达16个,所以现在整机企业对磁性元器件的要求不断提高,据了解已有整机企业提出产品失效率需≤10ppm甚至更低,这也意味着对磁芯的稳定性提出了更高的要求,需要磁芯供应商具备较为完善的流程与品控管理体系。

我们认为,冠优达、中德电子、尚朋高科和上海继胜在光伏领域已得到头部整机企业的认证和初步的认可,且已进入头部整机企业供应体系,其中尤以冠优达表现最为突出,产能、营收均已进入磁芯第一梯队,在光伏领域具备较大发展潜力,也值得广大工程师给予更多关注。

发展机遇与挑战

在全球双碳背景下,新能源领域迎来了井喷式发展,磁性元器件及其上游磁性材料也迎来了高速发展机遇时期,同时也充满前所未有的挑战。

阳光电源股份有限公司研发经理杨志刚提到,磁芯企业所面临的挑战主要体现在以下几个方面:

一是低成本创新。未来新能源领域的高速发展,必然会有越来越多的磁芯企业参与进来,竞争会异常激烈,谁能率先掌握同等性能下低成本创新方案,谁就能立于不败之地;

二是供应链稳定。未来磁性器件同质化、批量化是趋势,谁能保证上下游链的稳定,谁就能高速发展;

三是高性能可靠性,未来磁芯在研发端仍然会向着低损耗、高性能、轻量化、小型化等方向极致创新,而且性能颗粒度要求会更精细,在生产端工艺必然向着智能化、自动化方向发展,以保证磁性元器件大批量生产效率的快速性、产品性能的一致性与稳定性,这样企业才能占领技术创新高地。

深圳市海光电子有限公司技术研发部总监吴新胜也提到,新能源领域的兴起对常用磁芯的具体要求主要体现在以下几个方面:

一是锰锌功率铁氧体磁芯的宽温特性,在整个使用温度范围区间,对材料特性的稳定性提出更高要求;高温下的材料特性,在高温区间,进一步提升材料的Bs,降低磁损等要求;此外对机械强度也提出了更高的要求。

二是凡过回流焊产品要关注炉温对磁芯温度特性的影响,尤其是随着业内回流焊温度上限的提升,对磁芯的耐温冲特性也提出了更高的要求。

铁氧体磁芯未来发展潜力及方向

吴新胜在采访中表示,铁氧体磁芯在新能源领域大有可为,可以满足光储充、新能源汽车大部份磁元器件的应用要求,各类高频功率变压器仍然以铁氧体材质为主,光伏磁元件中需求量较大的电抗体,以前主要使用金属粉或金属粉磁柱+铁氧体,当前已有客户使用铁氧体磁芯方案。但未来是高功率密度、高频率、小尺寸的产品需求,相对于铁粉芯材料直流偏置差,饱和磁通密度低,温度稳定性差,铁氧体的使用频率当前还有局限,急切需要能使用在更高频率的铁氧体种类材料。

杨志刚认为,为应对新能源领域外部环境的激烈竞争及内部整机产品大批量快速迭代发展的要求,铁氧体磁芯企业也应该在以下方面不断提升自身实力和产品性能,才能跟上整机企业发展步伐。因此,对于磁芯企业而言,开发低损耗、高性能、一致性高的大批量产品,提高产线智能化水平是与整机端企业合作的根本与前提。

提高产线智能化水平。当前新能源领域爆发式增长,上游磁性器件和磁性材料传统的生产制造工艺难以满足高速高稳定性供货的需求,随着全球制造业正迎来以数字化、信息化、智能化为发展方向的深刻变革,现代化的信息技术也正和传统软磁铁氧体生产逐步融合,当前我国软磁铁氧体企业普遍面临产品附加值低、劳动力成本上涨的问题,推进智能制造生产可以有效提升产品一致性、降低生产成本、提高生产效率,实现产业转型升级和企业效益提升,行业内大型生产企业需要加快推进生产线的自动化应用水平。

定制化的产品开发设计能力。随着新能源领域产品更新换代的速度不断提升,电子磁性器件的升级速度也进一步加快。铁氧体磁芯企业需要结合下游客户的实际应用场景,定制化调整产品的材质和尺寸,甚至需要从原材料端到磁性器件应用端整个器件开发周期内配合客户,设计出符合客户个性化需求的产品。未来软磁铁氧体材料生产的一大趋势是多品种小批量,行业内企业需要不断提升针对差异化客户需求进行同步开发、快速响应的能力。

台达电子杨海军也提到,100kW及更大功率产品需要定制化磁元件解决方案,希望磁性元器件企业针对功率分段、特殊结构、空间预留,以及如何开模以保证磁元件损耗相对稳定且较小等问题,可以给出指导意见或咨询资料,甚至能够提前介入前期开发以确定产品形状和特性。

结语

新能源领域产品在市场端的发展趋势是低成本、高性能、高可靠,在技术端的发展方向是高频化、高效化、轻量化,磁性器件作为新能源领域产品的重要组成元器件,必然也要随下游终端产品的发展趋势而创新发展。新能源领域产品磁性器件需要在体积小型化的同时实现较高的功率输出,这要求软磁铁氧体材料需达到更高的功率密度,未来软磁铁氧体材料将进一步向宽温宽频、高饱和磁通密度等方向发展,以满足新能源领域产品升级发展的需要。对于高导类磁性材料,除提升量产材料的磁导率水平外,还需要使材料在更宽的频率范围内都具备良好的阻抗特性。此外,以光伏发电、新能源汽车为代表的新能源领域应用场景均处于户外更加复杂的环境中,因而需要软磁铁氧体材料具备更高的温度稳定性。总体来看,综合性能和可靠性更优的软磁铁氧体材料更契合新能源领域的发展趋势和方向,在单品附加值和应用数量上发展前景都更为广阔。

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