在800V電驅(qū)系統(tǒng)趨勢下，納米晶材料將逐步替代傳統(tǒng)材料，佳友作為專業(yè)生產(chǎn)非晶納米晶的磁性材料企業(yè)，在納米晶領(lǐng)域?qū)⒔o我們帶來什么驚喜？

納米晶材料因其性能優(yōu)越，在電動車的車載充電器、逆變器、電機軸承保護和充電站等場景的應(yīng)用廣泛，常做成電感、扼流圈、CT和磁環(huán)等組件。

但隨著新能源汽車向高性能、高集成度方向發(fā)展，對納米晶材料的性能要求越來越高，有些納米晶材料難以滿足終端車載應(yīng)用的要求。

如在DC-DC模塊中的低壓側(cè)功率電感中，一般使用低磁導(dǎo)率的鎳鋅鐵氧體，但隨著DC-DC模塊的功率不斷提升，鎳鋅鐵氧體的抗飽和特性的表現(xiàn)已不再足夠。因此，磁性材料行業(yè)迫切需要開發(fā)出在高頻環(huán)境下具備高阻抗、高抗飽和能力，以及在高低溫、受應(yīng)力狀態(tài)下的穩(wěn)定性的納米晶材料。

本文通過采訪安陽佳友非晶科技有限公司（下稱“佳友”）的銷售經(jīng)理郭振偉，闡述在800V電驅(qū)系統(tǒng)下，對納米晶材料提出的技術(shù)要求、趨勢以及佳友在納米晶材料方面做出的行業(yè)范例。

800V高壓平臺對磁材提出更高要求

在800V高壓平臺下，EMC技術(shù)面臨以下挑戰(zhàn)：

1、碳化硅器件因其高開關(guān)速度和高電壓特性，容易產(chǎn)生高頻共模噪聲。

2、系統(tǒng)耦合干擾問題導(dǎo)致兼容性設(shè)計難度增加。

3、充電功能復(fù)用導(dǎo)致EMC濾波挑戰(zhàn)增大。

4、濾波設(shè)計的迭代周期長且成本高。

為了應(yīng)對上述挑戰(zhàn)，車企在應(yīng)用800V高壓平臺技術(shù)時，需要對電驅(qū)、OBC（車載充電器）、DC-DC模塊等核心三電系統(tǒng)的EMC濾波系統(tǒng)進行重新設(shè)計，這增加了對磁環(huán)設(shè)計和相關(guān)納米晶材料設(shè)計的高要求。在大功率應(yīng)用場景中，需要使用抗飽和特性更好的磁性材料。

磁性材料的抗飽和特性與其磁導(dǎo)率有關(guān)。理論上，磁導(dǎo)率越高，材料在較高磁場下工作時越不易磁飽和。然而，當(dāng)磁場強度達到一定程度時，即使是高磁導(dǎo)率材料也可能磁飽和，導(dǎo)致磁導(dǎo)率下降。

在直流偏置電流作用下，磁芯的磁導(dǎo)率會因飽和作用而減小。磁導(dǎo)率越低的材料，在不平衡電流或直流時的衰退越少。

不同磁導(dǎo)率的材料在磁場中的磁化特性 供圖：佳友

納米晶材料在小型化、輕量化、高效能等方面具有明顯優(yōu)勢。其優(yōu)勢包括緊湊、高效、穩(wěn)定。緊湊性體現(xiàn)在納米晶材料高飽和磁密，同樣的性能下相比其他軟磁材料體積更小巧；高效性體現(xiàn)在高磁導(dǎo)率和低損耗，有效抑制電磁干擾；穩(wěn)定性體現(xiàn)在居里溫度高，溫度系數(shù)低，可靠性更強。

在車載應(yīng)用中，比如大功率OBC模塊中的三相共模電感，電驅(qū)中使用的納米晶濾波磁環(huán)，都存在不平衡電流的情況，使高磁導(dǎo)納米晶磁環(huán)進入飽和狀態(tài)，引起發(fā)熱甚至燒機。所以，大電流應(yīng)用中如何降低納米晶磁環(huán)的磁導(dǎo)率特性來提高它的抗飽和特性成為納米晶行業(yè)的技術(shù)難點。

DC-DC模塊中的低磁導(dǎo)納米晶磁芯 供圖：佳友

目前業(yè)界一般采用調(diào)整材料配方和通過恒張力加工這兩種方式生產(chǎn)低磁導(dǎo)納米晶。然而，調(diào)整納米晶材料配方一般難以做到磁導(dǎo)率2000以下，而且靈活性比較差。因此，佳友采用恒張力的方案，通過高精度的張力調(diào)整配合溫度曲線調(diào)整，實現(xiàn)磁導(dǎo)率從μ150-10000快速可調(diào)，充分滿足了下游客戶設(shè)計快速調(diào)整需求。目前國內(nèi)恒張力的方式一般最低能做到磁導(dǎo)率500左右，再低比較難批量。佳友通過自研高精度、高穩(wěn)定性恒張力退火設(shè)備，已經(jīng)能做到批量生產(chǎn)μ=150產(chǎn)品，并且在實驗室對更低的磁導(dǎo)率發(fā)起沖擊。

低磁導(dǎo)納米晶的曲線 供圖：佳友

為滿足車載納米晶材料需求，佳友采用新型設(shè)計結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)納米晶一般是針對10kHz-100kHz頻率設(shè)計的，但現(xiàn)在電機控制器模塊中高次諧波干擾越來越高頻化，意味著納米晶濾波磁環(huán)要有更好的高頻阻抗，更寬的頻率范圍才能滿足EMC的要求。

所以，佳友未來的主要研究目標(biāo)為納米晶材料在高頻下的高阻抗，更好的抗飽和能力，以及在高低溫、受應(yīng)力狀態(tài)下的穩(wěn)定性。

在設(shè)計結(jié)構(gòu)上，由于納米晶是由帶材繞制而成，因此對應(yīng)力比較敏感。為了保持納米晶材料性能穩(wěn)定，制造過程中需要盡量降低應(yīng)力。而環(huán)形在制造過程中是受應(yīng)力作用最小的，其次是跑道形，最后是矩形。所以傳統(tǒng)應(yīng)用中環(huán)形納米晶比較多。

環(huán)形和跑道形納米晶磁芯 供圖：佳友

然而，盡管環(huán)形納米晶磁芯性能優(yōu)越，但由于其空間利用率不足，現(xiàn)在在汽車行業(yè)內(nèi)不算太常用。跑道形由于在狹小空間內(nèi)性能比較好，現(xiàn)在應(yīng)用比較多，其次是矩形。一些大功率的場景還會用到C型切割磁環(huán)。由于這些形狀是環(huán)形形變而成，如何保持形狀的前提下消除磁環(huán)應(yīng)力影響，保持磁環(huán)穩(wěn)定性是主要問題。

跑道形納米晶磁芯 供圖：佳友

佳友非晶通過幾年的實驗和沉淀，優(yōu)化了固化配方，相比傳統(tǒng)的固化工藝性能衰減更??；同時通過更優(yōu)化的強磁場熱處理工藝，使磁環(huán)本身的抗應(yīng)力能力更強。同時，針對異形的鐵芯，佳友還使用疊塊和沖片的方式來加工，大大增加了納米晶材料的應(yīng)用場景。

未來，佳友將持續(xù)朝著以下幾個方面努力：

一是優(yōu)化現(xiàn)有納米晶產(chǎn)品性能：持續(xù)投入研發(fā)資源，對現(xiàn)有的納米晶磁芯等產(chǎn)品進行性能優(yōu)化。例如，進一步提高磁芯的高頻磁導(dǎo)率、降低損耗，以增強新能源汽車電氣系統(tǒng)的電磁兼容性和能量轉(zhuǎn)換效率，提升車輛的續(xù)航能力和整體性能。

二是拓展納米晶產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域：積極拓展納米晶材料在車載充電器、逆變器等更多關(guān)鍵部件中的應(yīng)用。開發(fā)適配不同車型、不同功率需求的定制化產(chǎn)品，滿足市場多樣化需求。

三是開發(fā)新納米晶產(chǎn)品系列：基于市場趨勢和技術(shù)發(fā)展，研發(fā)具有更高性能和附加值的納米晶材料新產(chǎn)品系列。如開發(fā)納米晶與其他材料的復(fù)合產(chǎn)品、開發(fā)圓形截面鐵芯、非晶一體注塑等。

四是設(shè)備方面計劃引進國內(nèi)外先進的生產(chǎn)設(shè)備及檢驗設(shè)備，由設(shè)備團隊進行升級改造，期望是實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化、智能化控制，提高產(chǎn)品的一致性和穩(wěn)定性。

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審核編輯 黃宇