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「华林会员登入」对话:探讨电动汽车OBC、DC/DC

 
作者:匿名      时间:2020-01-09 09:09:52    阅读量:2527
 

摘要:康灿新能源谢根华:dc/dc转换器作为电动汽车的核心部件,其中最大的难点就在于热设计。对于我们来讲,主要是觉得目前来讲的话,新能源汽车针对obc、dc/dc功率密度要求越来越高。此外,针对新能源汽车器件需求,大忠建有汽车级标准的实验室。


「华林会员登入」对话:探讨电动汽车OBC、DC/DC

华林会员登入,编者按:随着电动汽车dc/dc+obc朝着数字化深度集成、体积小、重量轻、功率密度大等趋势发展,给磁性材料、磁芯、磁性器件等上游企业也带来诸多考验,本期《对话》栏目,我们邀请了国内几位生产dc/dc变换器、obc的知名企业代表,以及磁芯、磁性器件等上游相关企业,听听上下游企业对于电动汽车动力系统和电源转化等方面各方的诉求。

dc/dc变换器是将某一直流电源电压转换成任意直流电压的变换器;车载充电机(obc)是固定安装在电动汽车上的控制和调整蓄电池充电的电能转换装置,都是电动汽车动力系统中很重要的一部分。

目前,生产电动汽车dc/dc变换器的国外企业有tdk、德尔福、联合电子、博世、大陆、艾默生等,而国内则主要有欣锐科技、康灿新能源、英威腾、力工新能源、洛阳嘉盛、南京中港电力、富特科技、合肥华耀电子、通合电子、核达中远通、深圳威迈斯、金霆正通等。这些企业生产的dc/dc变换器功率有1kw-5kw多个功率段。

生产车载充电机的国外企业主要有科世达、艾默生、法雷奥、英飞凌、博世等企业,国内企业有富特科技、英威腾、欣锐科技、力工新能源、洛阳嘉盛、南京中港电力、通合电子、得润电子、深圳威迈斯、金霆正通等。目前,国内车载充电机功率主要有3.3kw、6.6kw,国外亦有更高功率段的相关产品的应用。

康灿新能源谢根华:dc/dc转换器作为电动汽车的核心部件,其中最大的难点就在于热设计。对此,器件企业有何新的突破点?在材料和器件的选取上有何新的想法?

青岛云路王世伟:在新能源汽车的dc/dc电源方面,我觉得需要重视变压器的选型,选择最优的方案,最好用平面变压器的方案去设计。与传统变压器相比,同等体积,平面变压器的散热效果是最好的!

田村(中国)聂应发:是的,这对汽车厂商的选择来说是最优搭配,在性能上效率更高,体积更小。

青岛云路王世伟:目前国内如欣锐等厂家为了节省自身和客户成本,在dc/dc电源模块上采用的还是普通的变压器,而不是价格相对较高,但性能更好的平面方案。而像杭州富特等一些公司,在做dc/dc时,基本上用的就是平面变压器。磁芯方面,现在跟一些公司在合作,我们一直在寻找一些能满足更高频率下,损耗更低的材料。我们现在也跟很多公司在合作研发一些更高频率、损耗更低、性能更优异的铁氧体材料。

对于我们来讲,主要是觉得目前来讲的话,新能源汽车针对obc、dc/dc功率密度要求越来越高。obc从3.3kw,到6.6kw,再11kw,功率不断增大,但是体积其实并没有大多少,也使得整个模组的功率密度越来越大,所以器件要解决散热问题就越来越难。

大忠电子文成波:对于这方面的做法,大忠采用的是多功能的整合设计:包含磁性材料,导热材料,导电材料,金属屏蔽材料与吸波材料的选型与使用方法。进行系统设计和模拟仿真:包括电磁仿真,热仿真,可靠性测试。此外,针对新能源汽车器件需求,大忠建有汽车级标准的实验室。

铭普徐月朗:热设计从两方面来说,一个要看变压器磁芯,b值(磁感应强度)设定是否合理,磁芯是否适合在屏蔽下工作。一方面,设置一个合理的Δb,让铁芯的温升不要过高。另一方面,对铜线或者是铜箔,要求其电流密度、集肤效应设计都要合理,这样避免绕组温升变化过大。另外设计方面的考量,可以通过软件进行仿真模拟,再进行样品实测对照,通过以上手法来控制它的温升。材料的选型上面,工作频率下选用合适的磁芯,也就是要考虑磁芯性的合适的工作频率范围。

斯比特刘吉云:现在主要都是用平板变压器了,一些传统的变压器现在可能还是有,但是越来越少了。平板变压器性能稍微高一点,较少出现失效的情况,而传统变压器,可能在使用一段时间以后,就会出现一些问题,一般变压器保质期是2-3年,而汽车的保质期最少都10年以上。

麦捷杨文彬:以我们磁件厂商的角度来看,热设计就是要解决散热问题。解决这个问题有以下几种方式:第一、常用的方式,将产品的绕组铜片像鱼须一样伸长,就可以让器件的热量随着伸长的铜片导出。另一种,受到特殊的条件限制,通过灌胶的方式将新能源导热胶灌封进去,利用外壳进行散热。

一维新能源汪国军:我最关注磁性器件的新材料、新工艺。我想了解,国内这些产品目前的发展现状和水平,有没有新的工艺和材料能促进产业的后续发展?

斯比特刘吉云:现在主新材料就涉及很多种,如线材、磁芯、导热胶等等。导热胶的话,肯定就是寻找导热系数最好的产品。现在车大部分是采用水冷技术,很多器件、模组都在集成,其目的也就是减少震动,减少空间,降低成本,同时也会对器件造成一些影响。同样的磁芯,如果输出功率越大,成本就越低。因为影响电动汽车发展原因之一就是续航里程,电池容量的发展趋势肯定是越来越大,充电速度也是越来越快,所以功率越大越好,每一种材料要求都会提高。

康灿新能源谢根华:车规级别的器件,价格相对都比较高,像半导体器件这些货源都不是太好找,工艺做得比较好的车规级变压器厂家也不是很多,想了解目前行业内优秀的变压器企业在工艺上都有哪些新的改变或突破?

杭州铁城张总:我比较想了解平板变压器、电感、电容的分布方面是否有更好的解决方案或者工艺创新?

大忠电子文成波:我们在材料的选型上注重验证其可靠性,在设计时有质量控制计划,在组装时注重工艺可靠性,绕组的模块化设计。

青岛云路王世伟:在生产工艺上,我们主要从细分设计、生产设计两方面去细化。设计的话,我们公司目前主要与福州大学合作。类似从电磁仿真、从铜损和铁损的比例、热仿真、散热均匀等方案去优化性能设计。

我还是希望从立项一开始,模块厂家就得和磁性器件厂家沟通好。从设计参数、从设计方案、工艺方案、工艺条件等方面共同沟通,联合开发设计。

如果到了设计中后期,下游方案都定形了,再让磁性器件厂家再去改某些工艺,或者一些生产方案的话就会比较麻烦,因为现在为了降低温升,很多磁性器件,气隙已经开了很多段,工艺也是越来越复杂。所以说我们还是希望在项目立项的时候,从最初的时候,大家就一块联合开发,以更合理、更简单的方式去实现温升等不同技术指标的要求。

铭普徐月朗:首先要符合车载电子的要求,你必须通过aecq的认证,通过aecq的各项汽车实验,使用材料也要达到其要求等级。 我们生产的平板变压器,小电流部分用pcb去进行设计;大电流的次级绕组用铜片来进行设计。这就是把pcb与铜片结合在一起,再通过针状去连接,这也是平板变压器的一种设计方式。对于一般的电流小的我们用pcb,电流大我们用铜箔,最大电流可达上百安培。

主持人卞娅琪:obc、dc/dc厂商现在更倾向于采用什么样式的磁芯?

奥蒂电控吴建侠:变压器材质主要以铁硅铝为主。

麦捷杨文彬:不同的磁芯的抗饱和能力是不同的,这些都是有一定范围的。铁氧体的抗饱和能力较弱,铁粉芯的抗饱和能力较强。

青岛云路王世伟:如果用于车载dc/dc电源,且采用平面方案的话,一般是采用一些扁平化的磁芯,如pqi磁芯。像我们一般就愿意用那种高度较矮,长宽较大的那类磁芯。因为它的横截面积比较大,绕线空间比较大,我们希望的是减少绕线层数,如eq这样平面化结构的磁芯散热性能就比较好。采用高度较高的磁芯,需要绕线很多层,散热效果不佳,如pq、ee等结构类型的磁芯。

康灿新能源谢根华:对于磁芯的选型,我认为没有说哪个就一定是最好的,根据设计的实际需求来选择即可,一些设计模块要求器件满足耐大电流,节省空间的话,可能就会选择平面变压器。

田村(中国)聂应发:目前采用pq、eq相对多些,其它构造相对较少。

铭普徐月朗:我觉得pq、eq都是合适的。第一,它的截面积比较大,屏蔽效果比较好,这是形状方面的优点。 同时,该产品的材质、工作范围也要注意。pq、eq形状的磁芯是dc/dc、obc里面能量转化,目前主要的选型方式。由于它的截面积比较大,可以让变压器的功率密度更高一点。未来器件朝着扁平化趋势发展,可以让eq做的比较扁平化一些,pq则难以做到特别扁平化。

这里我给汽车厂商选型上的建议是,要选择符合车载电子的小尺寸、高工作频率、高功率密度的要求,以及高可靠性方面的要求,温升方面的要求。当然,选型方面必须得是符合车规产品的要求。

舍弗勒集团高级系统工程师贺学智:随着新能源汽车的逐渐普及,obc和dc/dc的发展趋势是什么样呢?

大忠电子文成波:目前,三电合一将成为电动汽车电控未来发展趋势。我想了解的是这一技术趋势存在哪些技术门槛,对于元器件的要求又有哪些?

康灿新能源谢根华:是的,从目前来看,三电合一未来可能会朝着这个趋势发展。对于器件厂商而言,变化应该不会很大,不会存在太高的技术门槛。

一维新能源汪国军:物理集成必须具备两个能力,obc设计和dc设计能力。 目前同时掌握这两种设计能力企业并不多,做集成方案的企业较少,大部分做集成方案的企业都是一些主流企业和头部厂商,小企业并不具备这种能力。 从技术层面来说,集成后期可能会带来一些事先无法预测的问题。在集成的同等情况下,既要做到高功率密度,又要考虑到散热结构,本身就是一个难题。

集成化对变压器的要求也会更高,集成化后,集成化的产品大部分情况下体积偏小,工作频率更高。对于磁集成、新材料材质都提高了要求,要求单个体积下传输的功率更大。同时,集成以后,定制化要求会更多。包括磁芯材料的材质、形状,甚至还有非标产品的存在,这也是目前我们在集成方面遇到的瓶颈。

奥蒂电控吴建侠:三电现在基本以llc拓扑为主,mos大部分用的是650v,pfc部分有一颗碳化硅二极管。

法雷奥动力总成陈铭:在软件层面上,会对整车vcu(整车控制器)宽通讯加密。对于三电来说,也要确保传输信号,电子元器件要考虑到失效问题,一些硬件,也会对器件的性能、体积等提出相应的要求

青岛云路王世伟:模块厂家在给不同的汽车厂家供货时,由于整车厂家的安装尺寸各异,使得模块厂家同样一个6.6kw功率段的产品,需要针对不同整车厂商设计不同的方案。于此同时,由于尺寸的不同,也会导致器件厂商要在满足同样电气性能的前提下,也符合安装尺寸规则。因为现阶段新能源汽车产量相比燃油车而言,在需求量上较为有限,所以,小批量的这种生产需求和变动让企业生产起来就显得有点困难了。

目前我们主要合作的obc、dc/dc厂家是欣锐和富特,与汇川和麦格米特也有合作。对于obc和dc/dc来讲,基本参数主要无非是输入电压、输电电流、拓扑结构、输出范围、频率等。我认为最好还是得有一些尺寸范围要求,比如说obc、dc/dc内部模块设计,给磁性器件所预留的空间有多大,有无新的变动或改进,这些情况提前沟通和了解的话,会使得一些方案在进行时会更加快速。

我们实际上也都清楚,不同汽车品牌、不同车型,给obc、dc/dc模块预留空间都不尽相同,所以很难实现统一化,其实器件厂商、模块厂商都希望可以实现统一标准化。如果业界或国家机构,有统一标准的方案,对于模块厂家、器件厂商都会会方便很多。

杭州富特周朝顺:是的,这种标准不统一的问题每个从业企业都会遇到,现行条件下只能按行业下游厂商的要求去做。

麦捷杨文彬:目前的供应商采购平台非常零散。如果集中化发展,那么这种竞争力相对来说会提高提升很多。到最后形成,不管是器件还是部件,都是按标准化来规划,大家的竞争力相应的也会得到提升。

不管是哪一个汽车厂商,他们所推出的不管是驱动电源还是obc模块,都是各自为政,相互之间不兼容。照目前的现状,各大厂商所做出的问题有所不同。如果大家能够统一标准化,才能体现出各自的优秀。

此外,按标准化的模式进行生产,也可以减少供需的矛盾。没有规划的定制化造成了很多生产呆料,也不利于降低成本。

斯比特刘春宣:6.6kw和3.3kw我们都在做,我们的市场占有率还挺高的,我们供给obc厂商,可能每次提出的要求都不一样,主要也是源于他们供给不同的车企、车型。到我们这里反应出来的问题就是对器件的体积、效率、温度实际都不一样,所以我们目前做的基本都是定制件,这样带来直接的影响就是成本比较高。

铭普徐月朗:标准化也是我们一个关注重点,希望未来可以推动这一技术方向的发展,因为标准化可以减少开模的成本。

一维新能源汪国军:在大部分的情况下,厂商定制化开模,也将导致成本增加,未来更换供应商的难度也将进一步加大。 目前很多企业还是借用原有的方案,我们也希望有新的方案能帮助解决这个瓶颈。 目前企业生产很多都是靠产品总量,实际定制化的产品需求量有限,定制化只能影响整个产业,如果大家同步往这个方向走,才能促进产品通用化发展。

青岛云路王世伟:受整机厂商生产变动影响,有些订单没有明显的规律性和计划性,模块厂家在接到整车厂家需求后紧急向器件厂商下达订单。但也会出现订单刚下不久,订单又改了,这就给双方都带来极大的不便,此前与国内一些车载obc、dc/dc厂家配合时,便偶尔会出现这种问题,导致库存积压,也会影响我们器件厂商后期继续采购原材料、交货等一系列问题。

康灿新能源谢根华:这种问题是新能源汽车产业上下游比较常见的问题,目前无法避免,这是这个行业乱象。汽车电源厂家也是受整车厂商指令向器件厂商发出供货需求。因为实际订单量少,又是长期合作比较好的客户,客户提出来,器件厂商也不得不尽量满足其要求,所以比较棘手。

奥蒂电控吴建侠:希望未来尽量做到平台化,根据不同的客户只需要变动外壳即可。

法雷奥动力总成陈铭:不同oem,会有不同的平台,它会有不同的标准,肯定不可能这么快实现统一标准,但是统一会是未来行业要去践行的方向,只是不会这么快实现。

杭州铁城张总监:目前所需要的磁芯都是按产品的需求去设计,每家的设计都存在差异性。并不是简单地去看单个产品,而是要看产品的实际需求。目前的需求的话希望在磁集成、功率密度方面有所改进,相关的厂家能够协助我们进行设计。国内哪些材质更适合大功率密度、高集成化的发展?

迈斯宝研发部李经理:我们也是比较关注如何提升磁性元器件的功率密度,磁集成方面再完善,来满足我们车规产品的需求。

麦捷杨文彬:磁集成可以通过在仿真设计时期,将电感和电子变压器集中设计在一起,不但能降低空间利用还能提高器件功率密度,最高可达到1兆。

田村(中国)聂应发:据我了解,未来还是希望有更多体积小、性价比高的磁性器件出现。且随着gan功率半导体频率提高,下游汽车及相关汽车电源模组厂商更需要高频、低损磁材和fiw高压三层绝缘电线来应对。

大忠总工文成波:现在用于obc、dc/dc的汽车级磁性器件的环境温度要求有哪些?

英威腾孙松:我们主要对于磁性器件的绝缘等级有要求,现在汽车用的绝缘材料基本都是采用三层绝缘线。

麦捷杨文彬:一个是工作温度,另一个是焊接温度。工作温度一般都不会太高,分为几个等级,低温等级范围-40度到-55度,高温等级范围为120-135度。焊接类型常用的有回流焊和波焊,回流焊温度耐温要求比较高。波焊耐温要求较低,抗温度等级为120度,而回流焊能达到180度的抗温等级。

奥蒂电控吴建侠:工作温度一般在110度左右,其它的没什么要求。

来源: 大比特商务网

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