Позвоните в службу поддержки
+86-795-3241001
2025-12-10
В условиях глобального продвижения целей «двойного углерода» и ускоренной интеграции рынка электромобилей, автомобильные силовые электронные системы претерпевают трансформацию от стратегии «приоритет эффективности» к двойному прорыву в эффективности и степени интеграции.
Магнитные компоненты, как ключевые элементы цепей преобразования энергии, напрямую определяют энергоэффективность и габариты таких систем, как бортовые зарядные устройства, инверторы и электроприводы с электроуправлением.
На этом фоне аморфные и нанокристаллические магнитные сердечники благодаря высокой магнитной проницаемости, низким потерям на перемагничивание и широкому температурному диапазону постепенно вытесняют традиционные материалы — кремнистую сталь и ферриты, становясь новым лидером рынка магнитных компонентов для электромобилей.
В данной статье рассматриваются различные системные сценарии применения, логика рыночного спроса и направления технологического развития аморфных и нанокристаллических магнитных сердечников.
Рыночный спрос: двойное стимулирование проникновения электромобилей и электрификации автомобилей
Взрывной рост спроса на аморфные и нанокристаллические магнитные сердечники по сути является результатом резонанса между расширением индустрии электромобилей и углубленной электрификацией автомобильных систем. С точки зрения масштабов отрасли, мировые продажи электромобилей уже восьмой год подряд демонстрируют двухзначный рост, а в 2025 году прогнозируется преодоление отметки в 35 миллионов единиц, что соответствует объему рынка автомобильных магнитных компонентов более 5 миллиардов долларов США. Среди них аморфные и нанокристаллические магнитные сердечники благодаря своей незаменимости в условиях высокой частоты и высокой эффективности ежегодно увеличивают долю рынка на 15%, и к 2030 году ожидается, что их доля превысит 40%.
Основные драйверы роста спроса происходят из двух аспектов: во-первых, распространение 800-вольтовой высоковольтной платформы повышает рабочую частоту автомобильных силовых электронных систем с 20 кГц до более чем 100 кГц, при этом потери в традиционных силиконовых стальных материалах резко увеличиваются (каждое удвоение частоты увеличивает потери примерно в 6 раз), тогда как потери аморфных и нанокристаллических сердечников при высокочастотной эксплуатации составляют лишь 1/5–1/3 от потерь в силиконовой стали, что делает их «стандартным» материалом для высоковольтных платформ; во-вторых, требования к легкости и интеграции: стремление электромобилей к максимальной дальности пробега заставляет компоненты снижать вес и стоимость, при этом высокая магнитная плотность аморфных и нанокристаллических сердечников позволяет уменьшить объем индуктивностей и трансформаторов на 30–50%, что идеально соответствует тенденции интеграции систем электрического привода и управления.
Многообразие сценариев применения: полное проникновение по всей цепочке — от энергетического обеспечения до управления двигателем.
Бортовые зарядные устройства (OBC): революция эффективности при высоких частотах
Бортовое зарядное устройство является «энергетическим мостом» между электросетью и аккумуляторной батареей, а его эффективность напрямую влияет на скорость зарядки и срок службы батареи. С ростом мощности бортовых зарядных устройств с 6,6 кВт до 11 кВт и 22 кВт, а также с внедрением технологии быстрой зарядки 800 В, магнитные сердечники сталкиваются с двойными вызовами: высокочастотными потерями и плотностью мощности. Аморфные и нанокристаллические сердечники демонстрируют явные преимущества в таких сценариях:
Индуктивности для фильтрации синфазного тока:начальная магнитная проницаемость нанокристаллических сердечников может превышать 100 000, что в 5–10 раз больше, чем у ферритов. При той же индуктивности количество витков медной проволоки сокращается на 40%, уменьшая потери и габариты. Например, тонколистовые нанокристаллические сердечники, производимые ООО Цзянси Даю Технология, массово применяются в синфазных индуктивностях OBC крупного автопроизводителя, повышая эффективность фильтрации на 20% и облегчая прохождение EMC-тестов.
Индуктивности PFC:аморфные сердечники C-типа в режиме непрерывной проводимости (CCM) имеют потери железа менее 0,5 Вт/кг (100 кГц / 0,1 Т), что на 60% меньше по сравнению с традиционной кремнистой сталью, обеспечивая общую эффективность OBC более 97% и соответствие строгим стандартам энергоэффективности ЕС (CEC).
Инверторы: «Сердце» электрического привода
Инвертор, преобразующий постоянный ток аккумулятора в переменный ток для двигателя, напрямую определяет динамику автомобиля и энергопотребление. Применение аморфных и нанокристаллических сердечников в инверторах сосредоточено на высокочастотных трансформаторах и выходных фильтрующих индуктивностях:
В 800-вольтовых высоковольтных электроприводных системах рабочая частота инвертора превышает 50 кГц, при этом традиционные ферритовые сердечники с низкой насыщенной индукцией (0,4–0,5 Т) легко насыщаются. Нанокристаллические сердечники имеют насыщенную индукцию до 1,2–1,5 Т, выдерживая более высокую плотность мощности. Например, нанокристаллический трансформатор инвертора на платформе BYD e3.0 имеет плотность мощности 1,5 кВт/см³, объем уменьшен на 35%, а масса на 28% по сравнению с предыдущей версией. Низкие потери сердечника снижают температуру инвертора на 15–20°C при полной нагрузке, значительно повышая надежность.
Электропривод и управление: ключевой элемент интеграции
Интеграция систем электропривода и управления — ключевой тренд в снижении затрат и повышении эффективности электромобилей. Основные решения эволюционировали от «двигатель + инвертор» к «двигатель + инвертор + редуктор». Нанокристаллические сердечники благодаря отличным магнитным свойствам становятся предпочтительными для интегрированных модулей:
Эллиптические нанокристаллические сердечники для шинных линий электропривода позволяют напрямую пропускать большой ток и фильтровать высокочастотные помехи, защищая подшипники двигателя. Они применяются в приводе NIO ET5, снижая EMC-помехи контроллера двигателя на 30% и увеличивая срок службы подшипников более чем в 2 раза. Технология магнитной интеграции объединяет фильтрующие индуктивности и трансформатор в один компонент; использование нанокристаллических сердечников уменьшает объем модуля на 40% и снижает стоимость на 20%. Такая технология внедрена на платформе Volkswagen MEB.
Система теплового управления: прорыв в охлаждении при высокой мощности
С ростом плотности мощности электромобилей система теплового управления становится ключевым элементом надежности. Несмотря на низкие собственные потери, аморфные и нанокристаллические сердечники в высокомощных элементах (например, трансформаторы быстрой зарядки) требуют эффективного охлаждения:
Американская компания ACT разработала систему охлаждения на керамических тепловых трубках для высокочастотных магнитных компонентов, устраняющую вихревые токи в металлических радиаторах. Электроизоляционные свойства керамики предотвращают образование вихревых токов, повышая эффективность охлаждения на 25%. В экспериментах трансформатор быстрой зарядки 150 кВт с керамическим охлаждением при полной нагрузке поддерживал температуру сердечника ниже 120°C, соответствуя автомобильным стандартам надежности. Комбинация «низкопотерь сердечник + эффективное охлаждение» стала стандартной для сверхбыстрой зарядки и высоковольтных бортовых компонентов.
Конкуренция и тенденции: шанс для китайских компаний «обойти по пути»
Глобальный рынок аморфных и нанокристаллических сердечников представлен «олигополией с ростом Китая». В 2024 году TDK и Hitachi Metals занимали более 50% высококлассного сегмента, но китайские компании благодаря локальным промышленным кластерам быстро догоняют. Произведено серийное производство нанокристаллических лент толщиной 18–25 мкм, продукция близка к международному уровню, доля на внутреннем рынке электромобилей превышает 60%.
В будущем отрасль будет развиваться в трех направлениях:
Прорыв в материалах: повышение насыщенной индукции нанокристаллических сердечников до более 1,6 Т для увеличения плотности мощности;
Автоматизация процессов: лазерная резка и интеграция ламинирования для снижения потерь на 10–15%;
Сценарная кастомизация: разработка сердечников с рабочей температурой от -40°C до 150°C для новых приложений, таких как станции быстрой замены батарей и автомобили на водороде.
Заключение: магнитные сердечники — «невидимое конкурентное преимущество» электромобилей
В эпоху трансформации электромобилей к «высокому напряжению, интеграции и интеллектуализации» аморфные и нанокристаллические сердечники перестают быть просто пассивными элементами и становятся «невидимой силой», определяющей энергоэффективность, динамику и надежность автомобиля. С ускорением технологического обновления и снижением стоимости эти сердечники проникнут во все системы силовой электроники электромобиля, становясь ключевым инструментом для глобального лидерства в автомобильной цепочке поставок. Компании должны сосредоточиться на разработке материалов и инновациях в производственных процессах, чтобы занять лидирующие позиции в этой «революции сердечников».
