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降本高达30%,磁集成是电源企业的福音吗?
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降本高达30%,磁集成是电源企业的福音吗?

2024-07-08 09:25:26 来源:电子变压器与电感网 作者:丘水林

【哔哥哔特导读】为什么说磁集成将会是大功率电源产品趋势?因为终端价格战越来越激烈,只有磁集成才能同时解决电源企业的三大核心竞争需求。

终端持续“卷”价格

储能价格正式步入0.5元时代。从价格战的角度来看,储能领域自2023年起就已经进入“0.5元/Wh时代”,并且价格战在不断加剧,2024年储能系统价格继续走低。6月份中国华电集团2024年第一批磷酸铁锂电化学储能系统框架采购开标,共吸引73家电源企业投标,电源平均报价0.598元/Wh,最低报价0.495元/Wh,再度创下新低。

新能源汽车价格战再度升级。刚结束的618年中大促,往年打折的基本都是数码3C产品,而今年却变成了汽车。比亚迪、理想、极氪、埃安、五菱、小鹏、零跑等国产品牌在此前多轮降价的前提下,再次推出了大力度优惠活动。惨烈的价格战,叠加上游材料涨价,对磁性元件等上游供应商形成双重挤压,电源成本压力可想而知。

现在正是新能源汽车市场发展的关键阶段。2024年自主品牌累计份额56%,相对于去年同期增加6.6个百分点。5月自主品牌批发市场份额64%,较去年同期增长9.2个百分点。当我们的新能源汽车产品性能实现碾压后,必须通过价格战撕下外资车企百年的品牌积累,因此在接下来的一段时间内,这种价格的压力必将持续存在。

这不仅给电源企业带来盈利上的压力,也倒逼电源企业提升综合实力和创新能力,在一定程度上也加速了电源产品技术的优化和行业洗牌,过度的低价竞争还可能对电源行业安全和健康发展造成隐患。

大功率化推高电源成本

除了终端电源产品价格的压力,随着电源不断朝大功率发展,也推高了电源自身的成本。大功率趋势下,一方面整体电源电路拓扑更加复杂,使用的元器件数量也越来越多。比如随着储能系统功率增大,目前双路三相的储能逆变器,PFC电路中仅电感就需要3颗,还是大电感,LLC电路中又需要4颗谐振电感,复杂化的电路结构也让元器件用量飙升,电源产品成本随之水涨船高。

另一方面,单颗元器件的体积和重量也越来越大,比如集中式光伏逆变器里面的那颗电抗器,小的几千克,大的已高达几十千克,块头越来越大的元器件;再比如充电桩模块电源,电路拓扑与储能电源类似,40kW模块电源已到30kg,在功率不断增加的情况下,目前40kW充电桩模块电源中的主变压器、谐振电感均采用了加工工艺更为复杂的膜包绞合线等等,这些都在进一步推高电源产品成本。

电源模块化发展导致尺寸接口迭代速度变慢

电源模块化发展这个很好理解,比如车载OBC的3.3/6.6/11.2/22kW,充电桩的15/20/30/40/60kW,储能的5/10/50/125/250kW等等,均在朝模块化、平台化发展,以满足终端企业不同系列电源产品的兼容性,这也导致这些模块电源产品形成了固定的尺寸、接口,而且在模块电源的迭代之际依然会保留这种接口、尺寸,至少在初期会保留过渡期,以保证终端电源产品顺利迭代。

优优绿能产品总监朱翔在采访时就表示,为了让客户更平滑地升级,优优绿能的模块电源,30kW和40kW是同尺寸、同接口的,这么大功率的超充系统,对于模块电源产品的功率密度、功率等级,包括单瓦的成本要求都越来越高。

这种电源产品规划路径和设计思路应该是模块电源企业的常用做法,至于60kW模块电源产品是否继续沿用相同的尺寸和规格我们还不得而知。

一充电桩模块电源企业产品技术路线图

▲一充电桩模块电源企业产品技术路线图

但哪怕是现在市面上最主流的30/40kW模块电源产品,其体积也依然是偏大的。以某家代表电源企业40kW模块电源为例,尺寸为457*381*128mm,而新国标充电桩功率上限已提高至900kW,如果采用当前市面常见的模块电源,需要23个才能实现,仅模块电源部分体积就已达457*762*1536mm(双排排列方式),而目前市面还是以30kW模块电源为主流,其体积将更大。

在终端市场卷价格的行情下,迫切需要对不断上涨的电源成本进行有效管控。有没有一种办法可以短期内立竿见影地降低储能产品生产成本呢?还真让行业的工程师找到了一个行之有效的方法,答案就是:磁集成!

磁集成降本高达30%

经过多年的发展,开关电源的电路拓扑也日渐成熟,电源整体的架构已有多年没有太大变化,比如目前比较火热的新能源汽车、光伏、储能、充电桩等领域的开关电源,从电路拓扑架构层面而言,大体上都采用了PFC功率电路+LLC谐振电路的电源结构。

而这也给磁集成技术留下了很好的发挥空间。中国电源学会磁技术专业委员会名誉主任委员、福州大学陈为教授表示,磁集成技术在LLC电路中的电源应用相对较多,且发展较为成熟,从实际电源应用情况来看,磁集成技术在性能、品质等方面均能满足光储行业的要求。

比如从目前部分推出光储逆变器磁集成解决方案的电源产品看,双交错逆变方案中LLC电路的电感用量可从原来的6颗减少至3颗;双路三相的逆变器中,网侧PFC功率电路中3颗电感可集成为1颗,LLC谐振电路中电源电感用量可从8颗减少至4颗,不仅元器件数量大大减少,体积也大大缩小。

有实验结果表明,采用磁集成技术后,磁性元件体积和重量分别减少了25.68%和43.82%,显著提高了电源的功率密度,电源成本也可降低10%-30%。

磁集成挑战依然不小

看到这有人就会问了,既然磁集成技术这么好,为啥以前没人用?那还不是因为以前价格卷的没哪里厉害,没有人愿意放着现成的成熟电源方案不用,却跑去把所有认证流程走一遍!

随着电源价格竞争逐步升级,以前看似多此一举的操作,现在已变得越来越有性价比,甚至香了!

对于整个电源产业链而言,虽然说磁集成技术有了可行性和经济效益,但想要落地却并非易事。

首要的挑战就是磁集成产品的设计问题。磁集成产品的应用,也将磁性元件行业推进到了精细化计算的阶段,电源设计和电源计算的复杂化,也让电源工程师越来越难以分心兼顾,亟需在众多磁性元件供应商中遴选出在电源产品预研阶段具备设计配合能力的供应商。

其次则是产品生产工艺挑战。既然是预研阶段深度配合的产品,肯定是高度客制化以保证产品竞争力的,这也意味着现有产线很有可能无法满足生产需求,需要对产线进行升级,甚至研发配套的自动化产线。

结语

综合来看,磁集成可同时解决电源企业成本、效率和体积三大核心竞争需求,在终端越来越卷的情况下,磁集成技术将在大功率电源产品中得到广泛应用。如何甄选出具备产品开发配合能力,并解决产品生产工艺问题的供应商,将会是接下来电源企业实现降本增效,树立竞争优势的关键。

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