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DC 85%↑+损耗160↓!这家磁材企业如何攻克车载OBC高耗难题?

放大字体  缩小字体 发布日期:2025-04-28 来源:Big-Bit电子变压器与电感 浏览次数:3

在车载OBC(车载充电器)领域,高频化、高效率与小型化的发展趋势对磁性材料提出了严苛要求。

如何降低磁芯损耗成为行业核心痛点——高频工况下,传统铁硅材料损耗过高易导致发热加剧、效率下降,直接影响系统可靠性与能效;而追求低损耗的同时,还需兼顾直流偏置性能与成本控制,这对材料技术和工

艺创新形成双重挑战。

作为深耕磁性材料领域多年的代表企业,梅州市瑞冠新材料科技有限公司(下称“瑞冠”)研发工程师张工在接受《磁性元件与电源》专访时,系统介绍了瑞冠从雾化制粉与包覆工艺两大维度突破,成功开发出多系列低损耗磁粉芯解决方案,为行业提供了实践范本。

01 低损耗铁硅材料综合优势更突出


据张工介绍,在对损耗要求较高的应用场景中,尤其是在大功率、大电流的和直流偏置(DC Bias)要求较高的情况下,优先选用低损耗材料是实现高效性能的关键所在。

传统的铁硅材料由于其高饱和磁通密度和高的直流偏置特性,广泛应用于大电流、大功率领域,如新能源汽车、充电桩和光伏。但是,铁硅材料的损耗普遍比较高,一般在50KHz/100mT的条件下,损耗在650左右。而瑞冠推出的低损耗铁硅材料,在同等条件下,可将损耗值降低至约400mW/cm3。

为实现这一损耗目标,瑞冠从以下三个方面进行优化:

一是采用先进的气雾化制粉工艺。通过优化雾化工艺,能够显著提升粉末的球形度,减少杂质含量,从而为后续材料性能的提升奠定基础。

二是精心调配材料成分。我们不仅对铁、硅、铝等主要元素的比例进行了精准优化,还引入了其他特定元素,进一步改善材料的特性,使其在损耗控制、直流偏置性能等方面达到更优的平衡。

三是粒度控制,粉末越细,损耗越低。传统材料通常使用150目的铁硅粉末,而低损耗材料则需使用200目以下的粉末,甚至可能用到400目左右的粉末。

目前,业内使用最广泛的材料是低损耗铁硅和复合材料,即铁硅与气雾化铁硅铝按一定比例混合而成的复合材料。

低损耗铁硅材料是近年来行业推出的新材料,成本相对较高。复合材料的成本则取决于其成分配比,瑞冠会根据不同需求提供多种档次,例如300mW/cm3、350mW/cm3和450mW/cm3等不同规格,其价格也会因具体配比而有所不同。

从性能来看,铁硅材料的直流偏置(DC)性能较好,可达到70%以上,而复合材料的直流偏置性能为60%。综合考虑,低损耗铁硅材料在性能上更具优势,但其成本比其他传统材料高出约10%至20%。

值得一提的是,在降低损耗方面,最高端的材料是铁镍。铁镍的成本可能是铁硅的7倍,因为其价格非常昂贵。铁镍的直流偏置(DC)性能可达80%以上,损耗仅为240mW/cm3左右。它具有低损耗、高DC直流偏置的特性,是天然的优质材料。然而,由于其价格过高,目前大多数国产电车尚未采用铁镍材料,而进口汽车和服务器电源中则有较多应用。

02 克服包覆工艺难点 损耗值达到380

在降低损耗方面,除了通过材料本身的特性来实现外,工艺优化同样是降低损耗的重要途径。

除了优化原材料能降低磁粉芯损耗外,包覆技术也是至关重要的。但包覆技术则是各家企业的核心机密,具有高度的保密性。

包覆体系本身很复杂,不同的企业有不同的技术路线。例如,一些企业如韩国的企业更倾向于使用无机包覆材料,如硅酸盐、硅溶胶(二氧化硅、氧化铝等)等绝缘物质。这些无机材料能够提供良好的绝缘性能,从而有效降低损耗,且价格十分便宜。

包覆工艺的难点在于如何实现均匀包覆。如果包覆不均匀,尤其是在将原粉细化后,包覆的均匀性反而会降低,导致损耗上升,而不是下降。尽管大家都知道细粉的损耗更低,但实际操作中却很难实现。因此,如何在实现均匀包覆的同时降低损耗,是当前面临的主要挑战。

包覆过程的具体操作如下:首先,将金属粉末与包覆剂混合。包覆剂通常由酸、盐以及溶剂等成分组成,将其配制成溶液后加入粉末中,使粉末与液体充分混合,形成类似浆料的物质,随后通过加热将其干燥。

从微观角度来看,每个颗粒都需要被包覆剂中的绝缘物质均匀包裹,以防止颗粒之间的导通。因为一旦颗粒之间发生导通,涡流损耗就会显著增加。如果不对粉末进行包覆,材料将直接形成合金,而合金的损耗通常非常高。 

磁粉芯的特点在于,经过包覆后,其内部相当于形成了一个均匀的分布式的气隙,这些气隙由包覆剂中的绝缘物质填充。这种结构既阻止了颗粒间涡流电的产生,又没有将其切割,保持了材料的封闭性。因此能够应用于高频场景。如果没有包覆工艺,材料将无法在高频条件下使用。

在低损耗铁硅材料方面,通过优化包覆工艺,瑞冠已经能够实现50kHz和100mT条件下的损耗值达到380W/cm3左右,这标志着瑞冠在材料和工艺优化方面取得了显著进展。 

03 不断改进材料与工艺,开发出11种低损耗材料

瑞冠是一家专注于磁粉及磁粉芯研发与生产的企业。通过持续优化粉料配方与生产工艺,瑞冠成功开发出11种不同材质的磁性材料。这些材料依据不同的频率、损耗水平以及直流偏置(DC)特性进行精准设计与开发,能够充分满足多样化的应用需求。每一种材料均针对特定应用场景进行了深度优化,确保其性能与应用要求高度匹配。

瑞冠的磁粉芯产品广泛应用于光伏、家电、新能源汽车、充电桩、储能、5G通讯以及服务器电源等领域,凭借卓越的性能与可靠性,为各行业提供了高效、稳定的解决方案。

结语

在新能源汽车产业向高效化、轻量化加速迈进的浪潮中,车载OBC作为能量转换的核心枢纽,其性能突破始终与磁性材料的革新深度绑定。

未来,随着800V高压平台、超充技术的普及,磁性材料将面临更高频、更高功率密度的挑战。瑞冠以“纯度-粒度-包覆”为核心的技术闭环,以及覆盖多场景的11种定制化磁材系列,不仅为车载OBC的持续升级提供了可扩展的解决方案,更向行业证明:唯有扎根基础材料创新,方能以“硬核科技”撬动产业变革。

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